PLC flash: la prossima generazione o un miraggio?

stock.adobe.com

I produttori di storage lavorano costantemente per migliorare la capacità e ridurre i costi. In nessun caso questo è più evidente che nel caso dello storage flash, dove le capacità sono aumentate da gigabyte a 20 TB e oltre. Le prestazioni sono molto superiori a quelle possibili con i dischi rotanti e il costo per GB potrebbe presto superare l'HDD.

La memoria flash PLC (Penta-Level Cell) è l'ultima generazione di storage a stato solido basato sulla tecnologia 3D NAND. Utilizza cinque bit per cella per archiviare i dati, con la promessa di volumi maggiori su un singolo chip e quindi – sperano i produttori – di un costo per GB inferiore.

Tuttavia, il flash PLC implica accettare una serie di compromessi. Questi includono una durata ridotta, controller più complessi e, di conseguenza, prestazioni inferiori. Ciò probabilmente limiterà i casi d’uso del flash PLC, soprattutto nei suoi primi anni.

La prima generazione di memoria flash NAND utilizzava la tecnologia SLC (Single Level Cell). Questo supporto, ormai in gran parte obsoleto, poteva memorizzare solo uno stato, 0 o 1, per cella. L'industria ha quindi sviluppato una memoria cellulare multilivello, in grado di memorizzare quattro stati o commutare i risultati.

Le celle a triplo livello (TLC) hanno aumentato il numero di interruttori di tensione a sette. QLC, con quattro bit per cella, ha 16 stati o 15 interruttori. Questo è attualmente lo storage NAND con la capacità più elevata.

Attualmente, gli SSD QLC da 30 TB sono ampiamente disponibili presso i fornitori di storage, mentre alcuni produttori, come Pure Storage, forniscono unità proprietarie da 48 TB.

Ciò pone la capacità della memoria flash superiore anche a quella dei dischi rigidi convenzionali più grandi, mentre la memoria flash PLC potrebbe aumentare ulteriormente le capacità. Alex McMullen, CTO internazionale di Pure, prevede che "nei prossimi 10 anni" ci saranno sistemi con una capacità di 300 TB.

Lo sviluppo della flash PLC (e QLC) è stato guidato da miglioramenti nei controller di archiviazione e nel software che gestiscono le tensioni più piccole utilizzate per scrivere i dati.

Poiché la NAND 3D è diventata la norma nell'architettura dei chip, i produttori hanno aggiunto livelli senza ridurre le porte, rendendo QLC una proposta pratica e aprendo la strada al flash PLC.

Tuttavia, il passaggio a flash PLC di capacità maggiore pone delle sfide; il principale tra questi è il numero di livelli di tensione nel chip.

Un'unità flash PLC, con cinque bit per cella, mantiene 32 livelli di tensione, rendendo la differenza tra le tensioni molto piccola. Ciò è più complicato da leggere con precisione per il controller, rende l'archiviazione potenzialmente meno stabile e potrebbe avere un impatto sull'I/O poiché i controller e il software di correzione degli errori sono costretti a lavorare di più.

"L'aumento massimo della densità di bit da QLC a PLC sarà del 20%, ma comporterà un onere di costi molto maggiore per quanto riguarda l'ingegneria a causa della complessità prevista, delle prestazioni inferiori e della fragilità del mezzo", afferma McMullen di Pure.

Con QLC la differenza tra i livelli di carica è di circa il 6%, ma con PLC scende al 3%. Ciò richiede una correzione degli errori molto più potente rispetto, ad esempio, al flash MLC o TLC.

"Il PLC ha più bit nella stessa area di silicio, quindi dovrebbe avere una capacità maggiore, ma [a scapito dell'affidabilità e della conservazione dei dati", afferma Joseph Unsworth, vicepresidente per tecnologie e tendenze emergenti, NAND flash, SSD e SSA presso Gartner. "Non conosciamo la densità o la capacità della NAND perché oggi sul mercato non ci sono prodotti disponibili in commercio."

I progettisti di chip dovranno inoltre prevedere una maggiore ridondanza. Già con altri tipi di flash i produttori aggiungono maggiore capacità ai moduli per coprire le celle che si usurano. È probabile che questo sovraccarico sia maggiore con il PLC.

Al momento, non sono stati pubblicati dati I/O per la flash PLC poiché i produttori devono ancora rilasciare campioni, ma i fornitori di storage si aspettano un calo delle prestazioni – e poi ci sono domande su quanto durerà la flash PLC.

"Penta sarà meno durevole. Questa è la sua innegabile meccanica. Man mano che il delta tra ciascun livello di carica diventa più piccolo, è necessario programmarlo con maggiore attenzione, quindi funziona più lentamente", afferma McMullen di Pure.