Компьютерный инженер и технический энтузиаст превратил свой твердотельный накопитель Crucial BX500 из четырехуровневой ячейки (QLC) в одноуровневую ячейку (SLC) NAND. То есть емкость накопителя с 512 ГБ снизилась до 120 ГБ. Габриэль Ферраз объяснил, что он обменял емкость на производительность и долговечность.

Как работает SSD и в чем разница между SLC, MCL, TLC, QLC, PLC

Ключевым элементом флэш-памяти является «плавающий» затвор. Это элемент, хранящий электрический заряд, и который, можно сказать, является хранилищем данных флэш-памяти.

Чтобы запрограммировать ячейку на 1, необходимо применить напряжение от 4 до 5 вольт. Так же необходимо напряжение от 9 до 10 вольт, чтобы запрограммировать элемент на 0.

Флеш-память со временем теряет данные – заряд постепенно снижается и обновить его можно, только перезаписав ячейку, физически разрушающую ее материал и заставляющую ее быстрее терять заряд.

Двухбитное представление 1 и 0 называют флеш-памятью типа SLC. Это самый надежный тип хранения данных, поскольку ячейка имеет примерно 4 вольта напряжения между состояниями 1 и 0.

Однако возможности миниатюризации и наращивания емкости SLC иссякли еще в 2000-х годах. Поэтому производители придумали MLC – память, в которой хранится уже четыре значения 11, 01, 00, 10. На практике это означает, что тот же диапазон 0-15 вольт разбит на четыре уровня напряжения, каждый из которых соответствует значению двух битов. И запас стойкости составляет уже 2 вольта.

Когда возможности миниатюризации MLC иссякли, производители ввели память TLC. Она, соответственно, сохраняет три бита данных в одной ячейке, например, 011. Физически это означает, что диапазон 0-15 вольт распределен на 8 уровней в соответствии с значениями сохраненных битов. Электрический запас между уровнями TLC сократился до 0,67 вольта.

Память QLC и PLC соответственно хранят по четыре и пять бит данных. То есть электрический диапазон 0-15 вольт у QLC разделен на 16 уровней и 32 уровня у PLC соответственно.

Поскольку у PLC нет запаса напряжения между уровнями, она очень быстро начинает портить данные. Производители заявляют о ее надежности на уровне 1000 циклов записи. SLC предлагает 100000 циклов записи.

Преобразование SSD из QLC в SLC

Следовательно, каждый SSD может работать в режиме SLC, если соответствующим образом изменить его прощивку. Именно это сделал Габриэль Ферраз.

Твердотельный накопитель Crucial BX500 емкостью 512 ГБ – это накопитель с разъемом SATA, который использует QLC NAND, чтобы обеспечить потребительскому рынку недорогую память на полтерабайта.

Crucial BX500 512 ГБ оказался применим к модификации благодаря наличию контроллера Silicon Motion SM2259XT2 и флэш-памяти NAND от Micron.

Ферраз отметил, что на борту его накопителя было четыре матрицы NAND, и у них были номера деталей NY240. Эти данные важны для процесса преобразования QLC в SLC.

Он скачал программу под названием MPtools для контроллера Silicon Motion SM2259XT2 и тщательно ввел номера флеш-чипов.

Ферраз ожидает, что после модификации выносливость SSD подскочит до 4000 TBW. Это значительное увеличение выносливости флэш-памяти примерно на 3000%.

При тестировании производительности с использованием стандартных инструментов, таких как ATTO и Crystal Disk Mark, многие потенциальные преимущества модификации не показали себя из-за интерфейса накопителя SATA III. Скорость передачи данных не была масштабирована столь впечатляюще, как могла бы быть. Но заметно более многообещающее уменьшение задержек и времени доступа. То есть, диск начал быстрее реагировать на действия ОС и пользователя.