SLC Önbellek – TLC Yonga Farkları

Hayatımız giderek daha fazla veri odaklı hala geldikçe veri depolama ihtiyacı daha da artmaktadır. 3D NAND mimarisi sayesinde; depolama dünyası, kapladığı alanı artırmadan daha yüksek depolama yoğunluğu ve bit başına daha düşük maliyet ile 2D (düzlemsel) NAND’ın teknolojik sınırlamalarından kurtulmayı başarmıştır. Ayrıca, hücreler arası girişimi azaltan NAND litografisi sayesinde 3D NAND mimarisi tabanlı sürücüler, daha yüksek güvenilirliğe, daha iyi okuma/yazma performansına ve daha uzun dayanıklılığa sahip olmaktadırlar.

Teknolojik gelişmeler sayesinde 3D NAND tabanlı TLC (triple level cell-üç katmanlı hücre) depolama çözümleri sadece yüksek kapasite ihtiyacı olan uygulamalarda değil, aynı zamanda güvenilir performans ve uzun süre hizmet veren depolama ihtiyacı olan endüstriyel uygulamalarda bile geniş bir kullanım alanı buldu.

Pek çok üretici 3D TLC yongalar kullandıkları ürünlerinde, ek performans artışı için de SLC (single-level cell-tek katmanlı hücre) önbellek çözümleri kullanmaktadırlar.

SLC Önbellek nedir?

SLC, hücre başına yalnızca bir bit veri depolayan NAND flash tipini belirtir. Geliştirilen ilk NAND flash türüdür. Sonrasında üretilen flash depolama türleri (MLC, TLC, QLC) içerisinde işlemi en basit şekilde gerçekleştiren türdür. Bu sayede veriyi daha hızlı yazar, daha az güç tüketir ve daha yüksek dayanıklılığa sahiptir. Fakat yaygın kullanımda tercih edilmemesine sebep olan iki büyük eksiği vardır; düşük kapasiteler sunabilmesi ve gigabayt başına düşen maliyetin yüksek olmasıdır.

3D TLC tabanlı flash NAND ise gigabayt başına düşük maliyet ve yüksek depolama kapasitesi sunabilmekte ancak hücre başına 3 bit veri depoladığı için düşük okuma/yazma performansı sağlayabilmektedir. Özellikle DRAM önbellek bulunmayan SSD sürücülerde bu düşük performans daha belirgin hale gelmektedir.

SSD üreticileri hem yüksek performanslı hem de düşük fiyatlı çözümler üretmek için çeşitli yöntemler kullanırlar. Bunlardan birisi de TLC yongalı sürücünün bir bölümünü SLC gibi davranacak şekilde ayrılmasıdır. Bu bölüme “SLC önbelleği” denir. SLC NAND kadar yüksek performans göstermez ancak SLC NAND gibi hücrede sadece bir bit veri depolayarak SSD’nin okuma/yazma performansının artmasını sağlar.

NAND flash türlerinin karşılaştırması. (Kaynak : Kingston)

SLC Önbellek Türleri

İki farklı SLC önbellek türü vardır : statik ve dinamik. Sürücünün hangisini kullandığı bellenim (firmware) tarafından belirlenir.

• Statik Önbellek. Adından da anlaşılacağı gibi, belirlenen alanın boyutu sabittir. Ana avantajı, sadece SLC önbelleği için ayrılmış belirli bir alan olmasıdır. Bu alan yalnızca TLC depolamanın  geri kalanı tamamen kullanıldığında devre dışı bırakılır. Ancak, SLC önbelleği için yalnızca sabit yani sınırlı bir alan atandığından, alan içerisinde bulunan hücre başına daha yoğun okuma ve yazma işlemleri gerçekleşecek ve bu durum daha yüksek P/E döngülerine sebep olacak ve bu da sürücünün dayanıklılığını olumsuz etkileyecektir.

• Dinamik Önbellek. Sabit önbelleğin aksine, belirli olmayan bir alanı ifade eder. En önemli avantajı, aşınma dengelemesinin (wear leveling) tüm sürücü boyunca çok daha tutarlı olmasıdır. Eksi yönü ise esnek yapısı nedeni ile kullanılabilir önbellek boyutunun belli olmamasıdır.

Statik ve Dinamik SLC Önbellek Karşılaştırması

SLC Önbellek – Doğrudan TLC NAND Yazma Karşılaştırması

Dahili DRAM ile önbelleğe alma işlemi sayesinde küçük boyutlu yazma işlemleri depolanıp SSD üzerine tek seferde büyük boyutlu bir veri gibi, yazılması okuma yazma performansını büyük ölçüde hızlandırır. Ancak ek DRAM maliyeti nedeni ile uygun fiyatlı TLC tabanlı SSD sürücülerde DRAM bulunmaz, doğrudan TLC yonga üzerine yazma işlemi yapılır. Maliyeti yüksek olmasına rağmen yüksek performans sunan DRAM önbellek kullanmayan SSD sürücüler, uygun maliyetli ancak düşük performanslı çözümler olmaktadır.

TLC SSD sürücülerde düşük okuma/yazma performansını çözmek için  SLC önbellek kullanıldığında, önbellek alanı boyutu sürücü kapasitesine göre farklı olmaktadır. 500GB sürücü için 1GB, 1TB sürücü için 2GB gibi. SLC önbelleğin tamamı kullanılmadığı sürece, bu alan SLC NAND performansı benzeri okuma yazma performansı sunabilmektedir.

SLC önbellek alanının tamamı dolduğunda, sürücü yazılımı (firmware) önbelleği temizlemek için arka planda çöp toplama (garbage collection) işlevini çalıştırır. Bu esnada eğer sürücüde veri aktarımı da devam ediyorsa sürücünün performansı olumsuz etkilenir.

SLC Önbellek – TLC Doğrudan Yazma Karşılaştırması. Önbellek alanı dolana kadar SLC önbellek performansı oldukça yüksektir.
Ancak alan dolduğunda performans belirgin bir şekilde düşmektedir. TLC depolama ise sabit bir performans sunmaktadır. Kaynak: ATP

SLC önbellek ve Doğrudan TLC yazma karşılaştırması

ATP