Chip nhớ TLC lưu ba bit trên mỗi ô nhớ và đã trở thành loại chip phổ biến nhất trong ổ SSD, thay chỗ của MLC. Bài viết giải thích khác biệt giữa bốn kiểu ô nhớ NAND, lý do chu kỳ ghi xoá giảm khi nhồi thêm bit vào một ô, cách đọc thông số tuổi thọ ghi trên tài liệu ổ, và cách chọn loại chip cho máy tính công nghiệp.
Bốn kiểu ô nhớ của chip nhớ flash NAND
Ổ thể rắn lưu dữ liệu trong các ô nhớ của chip flash NAND. Điểm khác nhau giữa bốn kiểu chip nằm ở số bit nhét vào một ô, kéo theo số mức điện áp mà bộ điều khiển phải phân biệt được khi đọc.
| Kiểu ô nhớ | Số bit mỗi ô | Số mức điện áp | Chu kỳ ghi xoá tương đối | Thường gặp ở |
|---|---|---|---|---|
| SLC, Single-Level Cell | 1 | 2 | Cao nhất trong bốn kiểu | Ổ chuyên dụng cho máy ghi dữ liệu liên tục |
| MLC, Multi-Level Cell | 2 | 4 | Thấp hơn SLC | Ổ công nghiệp đời trước, máy chạy liên tục |
| TLC, Triple-Level Cell | 3 | 8 | Thấp hơn MLC | Phần lớn ổ đang bán, gồm cả dòng công nghiệp |
| QLC, Quad-Level Cell | 4 | 16 | Thấp nhất trong bốn kiểu | Ổ dung lượng lớn, thiên về đọc nhiều ghi ít |
Cột số mức điện áp là cột giải thích mọi thứ còn lại. Bộ điều khiển của ổ SLC chỉ cần phân biệt hai mức, còn ổ TLC phải phân biệt tám mức trong cùng khoảng điện áp. Biên giữa các mức hẹp lại nên chip cần mã sửa lỗi mạnh hơn, thời gian ghi lâu hơn, và mỗi phần hao mòn của ô nhớ gây ảnh hưởng sớm hơn.
Vì sao chu kỳ ghi xoá giảm khi nhồi thêm bit
Dữ liệu trong ô nhớ được giữ bằng điện tích nằm sau một lớp cách điện. Mỗi lần ghi rồi xoá, điện tích đi xuyên qua lớp cách điện đó và làm nó hao mòn thêm một phần. Sau một số lần nhất định, lớp cách điện không còn giữ điện tích ổn định, ô nhớ bị bộ điều khiển đánh dấu hỏng và thay bằng ô dự phòng. Số lần đó gọi là chu kỳ ghi xoá, thường viết tắt là P/E.
Với ô lưu ba bit, tám mức điện áp phải nằm gọn trong cùng khoảng như hai mức của ô một bit. Chỉ cần lớp cách điện hao mòn một chút, ranh giới giữa các mức đã đủ mờ để đọc sai. Đó là lý do chip nhớ TLC phổ thông chỉ chịu được khoảng vài trăm tới một nghìn chu kỳ ghi xoá, trong khi các kiểu ít bit hơn chịu được nhiều hơn hẳn. Con số cụ thể thay đổi theo từng thế hệ chip và từng nhà sản xuất, nên phải tra theo tài liệu của chính ổ định mua.
Ba thay đổi kỹ thuật đưa TLC thành chuẩn
Khi TLC mới xuất hiện, giới kỹ thuật hoài nghi đúng như từng hoài nghi MLC trước đó. Ba thay đổi dưới đây làm loại chip này đủ tin cậy để dùng cả trong ổ công nghiệp.
- Chip xếp lớp theo chiều đứng. Thay vì thu nhỏ ô nhớ trên mặt phẳng, nhà sản xuất xếp chồng nhiều lớp ô nhớ. Mỗi ô giữ được kích thước đủ lớn nên biên điện áp rộng hơn, độ bền tốt hơn so với chip phẳng cùng số bit mỗi ô.
- Bộ điều khiển và mã sửa lỗi mạnh hơn. Ổ hiện nay dùng mã sửa lỗi có khả năng khôi phục cao, cộng thêm thuật toán san đều hao mòn để không dồn ghi vào một vùng ô nhớ. Hai kỹ thuật này kéo dài đáng kể quãng đời sử dụng thực tế.
- Vùng đệm ghi nhanh và phần dung lượng dự phòng. Một phần chip được vận hành ở chế độ một bit mỗi ô để nhận dữ liệu ghi vào trước, sau đó mới dồn sang vùng ba bit. Phần dung lượng dự phòng không hiện ra với người dùng dùng để thay các ô đã hỏng.
Điểm cần nhớ là ba thay đổi trên phân biệt ổ tốt với ổ kém, chứ không phân biệt loại chip. Hai ổ cùng ghi 3D TLC trên nhãn vẫn có thể chênh nhau nhiều lần về tuổi thọ thực tế, tuỳ bộ điều khiển và phần dung lượng dự phòng bên trong.
Đọc thông số tuổi thọ ghi trên tài liệu ổ
Loại chip nhớ chỉ cho biết thứ tự tương đối. Muốn so sánh hai ổ cụ thể thì phải đọc các con số dưới đây trong tài liệu.
| Thông số | Ý nghĩa | Cách dùng khi so sánh |
|---|---|---|
| Chu kỳ ghi xoá, P/E | Số lần mỗi ô nhớ ghi rồi xoá được | So sánh giữa các thế hệ chip, không so trực tiếp giữa hai ổ khác dung lượng |
| Tổng lượng ghi trong vòng đời, TBW | Tổng số terabyte ghi được trước khi hết hạn dùng | Chia cho lượng ghi mỗi ngày để ra số năm dùng ước tính |
| Số lần ghi đầy ổ mỗi ngày, DWPD | Số lần ghi đầy toàn bộ dung lượng ổ trong một ngày, suốt thời hạn bảo hành | Quy đổi được sang tổng lượng ghi khi biết dung lượng và thời hạn |
| Chế độ pSLC | Vận hành chip nhiều bit ở chế độ một bit mỗi ô | Dùng khi tải ghi rất nặng mà dung lượng cần không lớn |
| Phần dung lượng dự phòng | Phần chip giữ lại để thay ô hỏng và dồn dữ liệu | Giải thích vì sao hai ổ cùng loại chip lại khác tuổi thọ |
Phép tính thường dùng rất đơn giản: lấy tổng lượng ghi cho phép chia cho lượng dữ liệu máy ghi mỗi ngày, ra số ngày dùng ước tính. Cách ước lượng lượng ghi mỗi ngày theo từng kiểu máy được trình bày trong bài chọn ổ SSD công nghiệp cho máy tính công nghiệp.
Chip nhớ trong dòng ổ công nghiệp Advantech
Trên các mã SQFlash đang giới thiệu tại website này, loại chip nhớ được ghi rõ trong tài liệu sản phẩm. Bảng dưới đối chiếu vài mã để thấy cách hãng chia nhóm.
| Mã ổ | Dạng ổ | Chip nhớ theo tài liệu | Hợp với máy |
|---|---|---|---|
| SQF-C25V4-240G-ECE | 2,5 inch SATA | MLC | Máy chạy liên tục, tải ghi đều, dung lượng vừa |
| SQF-C25V8-480G-ECE | 2,5 inch SATA | Theo tài liệu hãng | Máy cần dung lượng lớn hơn trong cùng khay ổ |
| SQF-SMSV4-512G-SBC | Mô-đun M.2 SATA | 3D TLC BiCS3 | Máy nhúng thân mỏng chỉ có khe M.2 |
Nhóm mã dùng 3D TLC cho thấy loại chip này đã đi vào ổ công nghiệp chứ không còn giới hạn ở ổ dân dụng. Khác biệt so với ổ ngoài cửa hàng nằm ở phần bộ điều khiển, phần dung lượng dự phòng và cam kết giữ nguyên linh kiện trong nhiều năm, chứ không nằm ở tên loại chip.
Chọn ổ theo loại chip nhớ
Trình tự chọn gọn trong ba bước. Bước một, ước lượng lượng dữ liệu máy ghi mỗi ngày và số năm muốn dùng ổ. Bước hai, nhân hai con số đó ra tổng lượng ghi cần thiết rồi đối chiếu với thông số của ổ. Bước ba, nếu tổng lượng ghi cần thiết vượt mức ổ TLC thông thường đáp ứng, chuyển sang bản dung lượng lớn hơn hoặc bản vận hành ở chế độ một bit mỗi ô.
Nếu máy trong xưởng còn dùng ổ đĩa cơ, phần so sánh hai loại ổ trong điều kiện rung và nóng có tại bài ổ SSD thay ổ cứng HDD trong máy tính công nghiệp. Các mã ổ và linh kiện khác của hãng nằm trong chuyên mục thiết bị công nghiệp của website.
Các dòng máy dùng những ổ này được liệt kê tại chuyên mục máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247. Khi chưa rõ dòng máy nào hợp với vị trí lắp đặt và tải ghi dự kiến, chạy công cụ chọn máy theo điều kiện lắp đặt rồi gửi kết quả kèm yêu cầu báo giá.
Câu hỏi thường gặp về chip nhớ TLC
Chip nhớ TLC là gì?
TLC viết tắt của Triple-Level Cell, tức mỗi ô nhớ lưu ba bit dữ liệu. Bộ điều khiển phân biệt tám mức điện áp khác nhau trong một ô để đọc ra ba bit đó. Cách này cho dung lượng cao hơn trên cùng diện tích chip so với SLC và MLC, đổi lại số chu kỳ ghi xoá của mỗi ô thấp hơn.
Chu kỳ P/E là gì và vì sao nó giới hạn tuổi thọ ổ?
P/E là chu kỳ ghi rồi xoá của một ô nhớ. Mỗi lần điện tích đi qua lớp cách điện của ô, lớp này hao mòn thêm một phần. Sau một số chu kỳ nhất định, ô không giữ được điện tích ổn định và bị bộ điều khiển đánh dấu hỏng. Tuổi thọ ổ vì thế tính theo lượng dữ liệu đã ghi chứ không theo số giờ chạy.
Ổ dùng chip nhớ TLC có đủ bền cho máy tính công nghiệp không?
Đủ cho phần lớn máy trong xưởng, với điều kiện ổ thuộc dòng công nghiệp và tải ghi mỗi ngày đã được ước lượng trước. Ổ 3D TLC dòng công nghiệp có bộ điều khiển, mã sửa lỗi và phần dung lượng dự phòng khác hẳn ổ dân dụng cùng loại chip. Với máy ghi liên tục khối lượng lớn thì nên xét mức tuổi thọ ghi cao hơn.
Chế độ pSLC là gì?
Đây là cách vận hành chip MLC hoặc TLC ở chế độ chỉ lưu một bit mỗi ô. Dung lượng khả dụng giảm xuống nhưng số chu kỳ ghi xoá tăng lên nhiều lần vì bộ điều khiển chỉ phải phân biệt hai mức điện áp. Chế độ này dùng cho máy ghi dữ liệu liên tục mà dung lượng cần không lớn.
Nên đọc thông số nào để so sánh độ bền giữa hai ổ?
Đọc tổng lượng dữ liệu ghi được trong vòng đời ổ, thường ghi là TBW, hoặc số lần ghi đầy ổ mỗi ngày trong thời hạn bảo hành, thường ghi là DWPD. Hai con số này quy về cùng một đại lượng và so sánh được giữa các ổ khác dung lượng, trong khi loại chip nhớ chỉ cho biết thứ tự tương đối.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
