Top.Mail.Ru
Типы памяти серверных накопителей: как выбрать лучший вариант для вашего бизнеса | Блог Serverflow Скачать
прайс-лист
Бесплатная
доставка по РФ
Бонус за
обратную связь
Интернет-магазин
Серверного оборудования
8 (800) 222-70-01 Консультация IT-специалиста Сравнение

Типы памяти серверных накопителей: как выбрать лучший вариант для вашего бизнеса

~ 15 мин
12939
Простой
Статьи
Типы памяти серверных накопителей: как выбрать лучший вариант для вашего бизнеса

Введение

SSD-накопители стали основой надежного и эффективного хранения данных в современных вычислительных системах, особенно после появления первых NVMe-SSD в 2012 году. Сейчас их распихивают буквально во все дисковые отсеки и слоты M.2 для ускорения обработки информации и хранения больших объемов данных, а с недавнего времени SSD стали востребованы еще и в ИИ-инфраструктурах, позволяя значительно ускорить операции с KV-кэшем. Но несмотря на такую популярность, мало кто задумывается, что стоит за этим передовым типом накопителей. А стоит за ним огромная россыпь различных типов ячеек памяти и видов компоновки, которые и отвечают за высочайшую производительность и огромную емкость современных SSD.

Что такое ячейки памяти SSD и как они работают?

Ячейка памяти SSD — это, по сути, обычный транзистор с плавающим затвором, который может хранить в себе 1 или более бит данных в виде электрического заряда. Чтобы записать данные в ячейку, контроллер SSD накопителя подает высокое положительное напряжение, и электроны запираются внутри затвора, а если необходимо стереть данные, то все происходит в точности наоборот — контроллер подает высокое отрицательное напряжение, и электроны выталкиваются из затвора. Чтобы прочитать данные, контроллер измеряет пороговое напряжение на ячейке и определяет, какая комбинация бит там записана. Ячейки, последовательно соединенные друг с другом в несколько слоев, образуют полноценный современный NAND-чип, которые лежат в основе всех современных SSD. 


Элементарная ячейка памятЭлементарная ячейка памяти NANDи NAND, представляющий из себя транзистор с плавающим затвором. Источник: Codeby School.

Именно количество бит, которые может храниться в ячейке, определяет разновидность ячеек памяти. Может показаться, что здесь работает принцип “Чем больше, тем лучше”, но это не совсем так. Действительно, увеличение количества бит в ячейке позволяет записывать больше данных и масштабировать емкость накопителя, однако из-за этого страдает стабильность. Контроллер SSD при чтении измеряет пороговое напряжение на ячейке и определяет, какая комбинация бит там записана. Чем больше бит в ячейке, тем больше градаций напряжения нужно различать контроллеру — и тем выше вероятность ошибки чтения, тем медленнее запись, и тем быстрее ячейка деградирует.

Да-да, несмотря на всю инновационность ячеек памяти SSD, они не бесконечны, в виду чего у накопителя есть определенный рабочий ресурс, который измеряется в циклах перезаписи. Каждый цикл “стирание-запись” постепенно разрушает оксидный слой, удерживающий заряд, и ячейка начинает “подтекать”. При достижении критического порога ячейка перестает надежно хранить данные. Важно, что если ячейка хранит, скажем, 4 бита (а это 16 возможных градаций напряжения), то деградация даже одного из пороговых напряжений делает нечитаемой всю ячейку целиком, а не только один бит. Именно поэтому с ростом битности на ячейку ресурс SSD падает экспоненциально.

Чипы памяти Micron NAND Flash на базе ячеек MLC
Чипы памяти Micron NAND Flash на базе ячеек MLC.

Разновидности ячеек памяти SSD-накопителей

Теперь, когда мы раскрыли вам секрет работы SSD-накопителей, пришло время более подробно рассказать об основных видах ячеек памяти SSD, их особенностях и сценариях использования.

SLC

Начнем, конечно же, с легендарного старичка SLC, который появился в далеком 1987 году благодаря усилиям гениальных японских инженеров компании Toshiba (ныне Kioxia), и вот уже более 40 лет этот тип памяти наводит шороху в индустрии вычислительных технологий. 

Ячейки SLC NAND могут хранить всего 1 бит, в них нету никаких сложных технических элементов, да и вообще, глядя на более современные типы ячеек может показаться, что это какой-то первобытный зверь. Но именно в этой простоте кроется вся суть SLC — этот тип ячеек буквально неубиваем. Ячейки SLC выдерживают от 50 000 до 100 000 циклов перезаписи, при этом они сохраняют высочайшую скорость работы: до 25 мкс на чтение, до 300 мкс на запись и до 2 мс на стирание, что делает этот тип памяти самым быстрым среди всех разновидностей ячеек SSD. Но в емкости SLC никак не могут конкурировать со своими более современными потомками. Кто-то искренне полагает, что SLC-память умерла вместе с ранними SSD. В действительности она живее всех живых — просто переехала в сегмент корпоративных серверных накопителей, ведь именно там надежность и выносливость ценится больше, чем максимальная емкость.

Ключевым производителем памяти SLC NAND в данный момент является компания Solidigm (бывшая Intel, нынешняя дочка SK hynix). Solidigm сохранила и развила наследие Intel в области SLC-памяти, выпуская накопители серии D7-P5810 емкостью до 1,6 ТБ и интерфейсом PCIe 4.0 x4, построенную на 144-слойной SLC 3D NAND с огромной выносливостью до 50 циклов случайной перезаписи в день (DWPD) для рабочих нагрузок с экстремальной интенсивностью записи. 

Несмотря на свои феноменальные показатели, память SLC так и не стала массовой из-за запредельной стоимости выпуска, усугубляющейся реалиями кризиса памяти. Компаниям, клиенты которых гонятся за высокой емкостью, просто невыгодно выпускать решения на 1-битных ячейках. Например, вместо выпуска SLC SSD емкостью 256 ГБ, производитель мог бы выпустить QLC SSD емкостью в 1 ТБ практически никак не вкладываясь в перенастройку оборудования, так как SLC и QLC в сущности являются одними и теми же NAND-кристаллами. Лишь считанные проценты компаний на рынке готовы переплачивать за большую надежность.

Solidigm SSD D7-P5810
Накопитель Solidigm SSD D7-P5810 на базе ячеек SLC. Источник: ServeTheHome.

MLC

Следующий виток эволюции ячеек памяти SSD — память MLC, которая может хранить уже до 2 бит на ячейку. Интересно, что именно MLC в свое время стал главным популяризатором 3D NAND и в целом стал первым коммерчески успешным форматом многоуровневых ячеек. Ячейки MLC выдерживают от 3 000 до 10 000 циклов перезаписи и выдерживают умеренную скорость работы: до 55 мкс на чтение, до 900 мкс на запись и до 3 мс на стирание — конечно, это не рекорд и очень далеко от показателей SLC, но SSD-накопители с таким типом ячеек изначально создавались с упором на обеспечение повышенной емкости, что и сделало MLC настоящим прорывом в свое время.

В 2010-х годах на MLC строился весь корпоративный сегмент: Intel выпускала серии легендарных SSD-накопителей DC S3700 (10 полных перезаписей в день, конденсаторная защита от пропадания питания, ресурс под 10 петабайт записи и до 800 ГБ емкости в топовых моделях), Western Digital продвигала решения SSD800MM / SSD1600MM линейки HGST Ultrastar (25 полных перезаписей в день для моделей, конденсаторная защита, ресурс до 59 петабайт записи в топовых моделях, емкость до 1,6 ТБ), а Samsung выпускала самые емкие решения линейки 860 Pro с 4 ТБ памяти. Micron, Kioxia и Seagate в те времена тоже подтягивались к сегменту MLC, но их линейки были намного менее популярны решений “большой тройки”.

Однако в настоящее время MLC практически полностью замещен TLC NAND. И дело не в том, что технология плохая, а в том, что контроллеры и коды коррекции ошибок (LDPC) шагнули настолько далеко, что TLC-память по выносливости практически сравнялась с MLC образца 2015 года, а емкости MLC остановились на уровне 1,6 ТБ. Те немногие MLC-чипы, что еще доступны на рынке в следовом количестве, перекочевали в нишевые промышленные и встраиваемые решения, где важна долгосрочная доступность компонентов, а не передовая производительность. Индустрия вычислительных технологий сделала свой выбор, и он не в пользу 2 бит на ячейку.

Intel SSD DS S3700
Накопитель Intel SSD DS S3700 на базе ячеек MLC.

TLC

Если SLC это узкое решение для корпоративного сегмента, а MLC это технология, канувшая в лету, то TLC — это ведущий стандарт ячеек памяти и абсолютный чемпион на рынке SSD-накопителей на данный момент, несмотря на свой почтенный возраст в 18 лет. Он сочетает в себе как высокую емкость за счет возможности хранения 3 бит на ячейку, так и повышенную надежность на уровне MLC-решений. Ячейки TLC куда менее живучие, чем его старшие братья, и выдерживают от 500 до 3 000 циклов перезаписи, однако это компенсируется еще большим увеличением емкости SSD до 30 ТБ данных. Кроме того, благодаря передовым контроллерам, сложным алгоритмам коррекции ошибок (LDPC — Low-Density Parity Check) и интеллектуальной прошивке, низкая выносливость TLC трансформируется в реальную выносливость на уровне 1-5 DWPD. Но скорости все же оставляют желать лучшего — до 80 мкс на чтение, до 1,5 мс на запись и до 5 мс на стирание. Это один из самых медленных видов ячеек памяти SSD, но его массовость и доступность сделала TLC абсолютным лидером продаж, ввиду чего 85%-90% всех выпускаемых NAND-чипов выпускаются именно с этим типом ячеек.

Именно с выходом TLC индустрия нашла ту самую “золотую середину”, которая удовлетворила подавляющее большинство сценариев использования — от массовых пользовательских ноутбуков до самых требовательных серверов в дата-центрах. Samsung со своей компоновкой V-NAND делает ставку именно на TLC в своих ключевых корпоративных моделях SSD. К примеру, накопитель Samsung PM9D3a с интерфейсом PCIe 5.0 x4 позволяет достичь астрономической емкости в 30.72 ТБ в стандартном 2.5-дюймовом форм-факторе, что привлекает владельцев корпоративных вычислительных инфраструктур. Компании Micron и Solidigm также предлагают решения на базе TLC NAND с аналогичной емкостью.

Intel SSD D5-P5530
Накопитель Intel SSD D5-P5530 на базе ячеек TLC.

QLC

QLC — это самый молодой тип ячеек памяти из тех, что можно встретить в продаже на сегодняшний день. Появившийся лишь в 2019 году, QLC сразу зарекомендовал себя как решение для построения самых емких SSD-накопителей на данный момент, поскольку этот тип ячеек позволяет хранить до 4 бит. Но несмотря на рекордную плотность хранения, индустрия встретила QLC с огромным сомнением: выносливость на уровне 0.2-0.3 DWPD, низкая скорость записи и ограниченная пригодность для смешанных нагрузок выставляют этот тип ячеек явно не с лучшей его стороны. Однако в тех задачах, где важен именно объем хранения данных и высокая скорость чтения, вроде хранения ИИ-датасетов, у QLC в данный момент буквально нет никаких аналогов.

Яркий пример — SSD-накопитель Micron 6600 ION с интерфейсом PCIe 5.0 x4 , который обеспечивает феноменальную емкость до 245 ТБ благодаря использованию 276-слойной памяти G9 QLC NAND. При случайных операциях чтения блоками 4K накопитель демонстрирует до 0,4 мс, а при случайной записи около 15 мкс — грубо говоря, скорость чтения как у PCIe 5.0, а скорость записи на уровне PCIe 3.0. Заявленная надежность для последовательной записи Micron 6600 ION равна 1 полной перезаписи в день (DPWD), а для случайной записи 4K-блоками — 0,075 DWPD. Безусловно, хвастаться тут нечем, но Micron и не делала ставку на лучшую выносливость и скорость записи. Чтение и емкость, вот главные козыри Micron 6600 ION, и это уже подкупает многих интеграторов ИИ-систем.

Micron 6600 ION
Накопитель Micron 6600 ION на базе ячеек QLC. Источник: Micron.

PLC

До недавнего времени ячейки PLC с емкостью до 5 бит казались лабораторным экспериментом, далеким от реальности. Однако в условиях огромного спроса на емкость со стороны ИИ-нагрузок, PLC все больше и больше маячит в в заголовках тематических статей. Очевидно, что этот тип ячеек не станет новым флагманом в надежности и скорости SSD-накопителей, но он точно займет свою нишу там, где важна именно максимальная емкость хранения. SK hynix уже включает PLC в перечень официальных обозначений для типов NAND (вместе с SLC, MLC, TLC и QLC), что намекает на ведение активных разработок в этой области. На конференции IEDM 2025 корейские исследователи представили работу по оксинитриду бора как туннельному слою для “надежной работы PLC в 3D V-NAND”, и это также подтверждает, что концепцию PLC не стали откладывать в долгий ящик и уже готовятся взять на вооружение в обозримом будущем. Скорее всего, первые PLC SSD появятся лишь в 2028-2030 годах, но вряд ли они выйдут за пределы серверного сегмента.

Z-NAND / XL-FLASH

Знатоки, возможно, спросят, почему же мы не добавили тип ячеек SSD 3D XPoint на основе технологии фазового перехода, которые использовались в легендарных SSD-накопителях Intel Optane с беспрецендентной производительностью и огромной скоростью. Ответ прост — наработки Intel вполне успешно перекочевали к компаниям Samsung и Kioxia, в результате чего появились идейные продолжатели 3D XPoint: Z-NAND / XL-FLASH.

Intel Optane SSD DC 4800X
Накопитель Intel Optane SSD DC 4800X на базе ячеек 3D XPoint.
  • Z-NAND (Samsung): Впервые представлена в 2017–2018 годах с накопителем SZ985, а в 2025 году на FMS анонсирован перезапуск технологии. По физической основе это классическая 3D V-NAND (48 слоев в первом поколении, затем обновленная), но работающая исключительно в SLC-режиме — один бит на ячейку. Ключевой архитектурный трюк — уменьшенный размер страницы до 2–4 КБ (против стандартных 16 КБ у обычного TLC), что резко снижает задержки при случайном доступе и позволяет быстрее обрабатывать мелкие операции записи, а также обеспечивает выносливость до 30–60 полных перезаписей в день. С 3D XPoint технологию роднит позиционирование в классе Storage Class Memory с микросекундными задержками и недостижимой для обычных SSD выносливостью, однако принципиальное отличие — физика ячейки: Z-NAND остается зарядовой памятью на основе Charge Trap Flash, а не фазовой, и хотя задержки записи у нее немного выше (~16 мкс против ~10 мкс у Optane), она масштабируется проще и дешевле за счет использования существующих NAND-линий.
  • XL-FLASH (Kioxia): Анонсирована Kioxia в 2019 году, первые коммерческие продукты — серия FL6 с интерфейсом PCIe 4.0. Базируется на 96-слойной 3D BiCS FLASH в SLC-режиме, но в отличие от обычного SLC использует параллельный доступ к 16 плоскостям (вместо привычных 4–8), что кратно увеличивает производительность случайного чтения и записи, а контроллер оптимизирован под минимальные задержки. Задержки чтения достигают 4 мкс, записи — порядка 75 мкс, выносливость до 60 DWPD. Как и 3D XPoint, XL-FLASH нацелена на ультранизкие задержки и экстремальную выносливость для роли SCM, однако это не фазовая память, а форсированная SLC NAND: время записи не рекордное (~75 мкс, почти на порядок выше, чем у Optane), зато плотность и стоимость производства гораздо привлекательнее благодаря совместимости с выпуском BiCS-пластин.

Разновидности компоновки ячеек памяти SSD-накопителей

Если битность определяет компромисс между скоростью, выносливостью и ценой, то компоновка дает возможность масштабировать этот компромисс до современных емкостей SSD. Упаковка ячеек напрямую влияет на плотность записи, а косвенно — даже те же скорость, задержки и надежность, поскольку определяет, насколько сильно соседние ячейки расположены рядом друг с другом и сколько операций можно между ними распараллелить. 
  • 3D NAND (V-NAND): 99% современных SSD используют именно трехмерную компоновку — слои ячеек ставят друг на друга, а не размещают рядом, что значительно экономит место на плате накопителя и позволяет наращивать емкость. Изначально такой способ компоновки был недостижим из-за ограничений технологий травления чипов: протравливать вертикальный канал сквозь десятки чередующихся слоев без изгибов и замыканий чрезвычайно сложно. Но к 2013 году Samsung все же удалось преодолеть этот барьер и выпустить 24 слойную 3D NAND, и это долгое время оставалось стандартом. Позднее появились ячейки на 32, 48, 52 слоев от различных компаний, и так постепенно индустрия подошла к  232, а затем и более 300 слоям. Сейчас осваивают гибридный бондинг и сегнетоэлектрические материалы, и индустрия нацелилась на достижение 1000 слоев примерно к 2030 году.
  • 2D NAND (Planar NAND): Уже мертвая технология. Ячейки располагались бок о бок в одной плоскости, а прогресс упирался в литографию — при зазорах 15–20 нм начинались паразитные связи, и заряд становился непредсказуемым. Kioxia официально объявила EOL на всю 2D NAND (последние заказы — сентябрь 2026-го, финальные отгрузки — конец 2028-го), а остальные крупные производители прекратили выпуск еще раньше. Сегодня все слои размещают вертикально, друг над другом.
Разница между 2D NAND и 3D NAND
Разница между 2D NAND и 3D NAND наглядно. Источник: StoredBits.

Выводы

Как мы выяснили, ни один тип ячеек памяти нельзя назвать универсальным — все они имеют как положительные стороны, так и огромные недостатки, что и предопределяет сценарий использования SSD-накопителей на их базе. Там, где на первом месте стоит надежность и скорость записи, выбирают SLC NAND, там, где важна максимальная емкость и скорость чтения, выбирают QLC NAND, а там, где нужен компромисс между выносливостью и быстротой, выбирают TLC. Ну а про MLC и PLC и говорить нечего — первая уже окночательно ушла на покой, а вторая появится лишь спустя пару лет. Тем не менее, если вы решили приобрести SSD-накопитель для своей серверной инфраструктуры, всегда обращайте внимание на тип ячеек памяти, если не хотите получить решение, которое не соотносится с вашими задачами. А если вы не хотите забивать себе голову аббревиатурами и запоминать особенности каждого типа SSD, просто обращайтесь в компанию ServerFlow — мы поможем выбрать накопитель, который идеально подойдет для вашей системы, подберем оптимальную конфигурацию и проведем вас за руку от покупки оборудования до его развертывания и запуска в эксплуатацию.
Автор: Serverflow Serverflow
Поделиться

Комментарии 0

Написать комментарий
Сейчас тут ничего нет. Ваш комментарий может стать первым.
Написать отзыв
До 6 фото, размером до 12Мб каждое
Мы получили ваш отзыв!

Он появится на сайте после модерации.

Написать комментарий

Комментарий появится на сайте после предварительной модерации

До 6 фото, размером до 12Мб каждое
Мы получили ваш отзыв!

Он появится на сайте после модерации.

Мы свяжемся с вами утром

График работы: Пн-Пт 10:00-18:30 (по МСК)

Обработаем вашу заявку
в ближайший рабочий день

График работы: Пн-Пт 10:00-18:30 (по МСК)