SSD Reboot

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SLC, MLC, eMLC, TLC


Das Grundprinzip des Flash-Speichers besteht darin, elektrische Ladungen in einer Zelle zu speichern. Bei Single-Level-Cell-Flash (SLC) lässt sich – wie der Name es erahnen lässt – nur ein Ladungslevel speichern und auswerten. Das ist ausreichend, um zwischen "Ladung" und "keine Ladung" zu unterscheiden und damit ein Bit pro Zelle zu speichern.

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Bildquelle: Micron


Bei Multi-Level-Cell-Flash (MLC) werden vier verschiedene Ladungslevel verwendet, um die vier möglichen Zwei-Bit-Kombinationen 00, 01, 10 und 11 in einer Zelle zu unterscheiden. Hier muss aber die SSD nicht nur feststellen, ob die Zelle überhaupt geladen ist, sondern auch mit welchem Ladungslevel. Ebenso muss beim Schreiben der entsprechende korrekte Level getroffen werden. Das Resultat ist ein höherer Aufwand. Vom Grundprinzip sind beide Zellentypen gleich aufgebaut, da für eine bestimmte Datenmenge bei MLC-Flash aber folgerichtig nur halb so viele Zellen benötigt werden, wie bei SLC-Flash, hat MLC einen bedeutenden Kostenvorteil. Der Nachteil sind niedrigere Schreibraten und eine geringere Lebenserwartung der Zellen, welche üblicherweise ab 3.000 P/E-Zyklen (=Program/Erase; Schreibvorgängen) pro Zelle liegen.

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Enterprise MLC (eMLC) entstand aus der Nachfrage nach preisgünstigen Flahspeichern für Servereinsätze im Unternehmensbereich. Dort bestand die Nachfrage nach den Preisvorteilen von MLC, aber bitte doch ohne die geringere Lebenserwartung im Vergleich zu SLC. eMLC weist daher mehr Schreibzyklen pro Zelle auf, wenn auch bei weitem nicht so viel wie bei SLC-Flash. Die höhere Haltbarkeit wird durch Selektion bzw. Produktion in größeren Strukturbreiten erreicht. Daraus resultiert logischerweise ein deutlich höherer Preis im Vergleich zu Consumer-MLC-Flash.

Mittlerweile ist auch Triple-Level-Cell-Flash (TLC) auf dem SSD-Markt angekommen. Dieser verwendet 8 verschiedene Ladungslevel um drei Bit pro Zelle speichern zu können, weswegen der Name Triple-Level-Cell streng genommen unpassend ist. Da auch hier die Prizipien gleich sind, wirken sich die Nachteile bei der Haltbarkeit und der Schreibleistung noch stärker aus. Des Weiteren wartet TLC-Flash meist mit einer niedrigeren Anzahl von ca. 1.000 P/E-Zyklen auf. Neu ist die Technik im Grunde nicht, seit 2008 wird diese Methode mitunter bei USB-Sticks verwendet. Nichtsdestotrotz stellt die Verwendung von TLC höhere Anforderungen an die Fehlerkorrektur, schließlich gehen mit dem Verlust einer Zelle gleich drei Bit auf einmal verloren.

SLC eMLC MLC TLC
Vorteile geringe Komplexität, sehr robust hohe Speicherdichte, günstiger als SLC höhere Speicherdichte, günstiger als eMLC sehr hohe Speicherdichte, sehr geringe Kosten
Nachteile niedrige Speicherdichte, hohe Kosten pro GB geringere Schreibraten als SLC weniger robust als SLC, niedrigere Schreibraten als SLC geringe Schreibraten
Schreibzyklen pro Zelle bis 100.000 ab 10.000 ab 3.000 ab 1.000
Einsatzgebiete Datacenter, Industriell Server Consumer mit höheren Schreibanforderungen Consumer mit einfachen Schreibanforderungen

Im Anwenderbereich weist selbst eine SSD mit 1.000 P/E Zyklen ausreichend Schreibreserven für private Anwendungsfälle auf. Es würde ausreichen, um sechs Jahre lang, jeden Tag die halbe SSD zu überschreiben und die wenigsten Anwender schreiben so viel.