Was ist TLC-Flash-Speicher (Triple-Level Cell) und wie funktioniert er?

Was ist TLC-Flash-Speicher (Triple-Level Cell) und wie funktioniert er?

TLC-Speicher (Triple-Level Cell) ist eine Variante des Multi-Level-Cell-Storage, der drei Bits pro Speicherzelle speichern kann. Mit TLC können Unternehmen ihre Daten-Storage-Kosten senken, indem sie mehr Daten auf der gleichen Fläche speichern.

TLC wird üblicherweise in Flash-Speicher verwendet, einem elektronischen, nichtflüchtigen Computerspeichermedium, das elektrisch gelöscht und neu programmiert werden kann. Die beiden Hauptarten von Flash-Speicher sind NOR und NAND, benannt nach den NOR- und NAND-Logikgattern.

Wofür wird TLC-Flash verwendet?

Zu den üblichen Anwendungsfällen für TLC-Flash gehören USB-Laufwerke, Solid-State-Laufwerke (SSDs) für Unternehmen und Verbraucher sowie Storage-Karten für Digitalkameras und Mobiltelefone. 

Als die Hersteller von Computerchips an die Grenzen der Skalierbarkeit von 2D- oder Single-Layer-Speicherzellen stießen, entwickelten sie 3D-NAND-Flash, bei dem die Speicherzellen vertikal auf dem Chip gestapelt werden, um eine höhere Storage-Dichte bei geringeren Kosten pro Bit zu ermöglichen und außerdem die Flash-Lebensdauer zu verlängern.

Warum heißt es TLC?

TLC ist ein Akronym für „Triple-Level Cell“. Speicherzellen sind die grundlegenden Bausteine des Computerspeichers. Toshiba führte 2009 Speicherzellen mit drei Ebenen ein. Kurz darauf kündigte Samsung eine Art von NAND-Flash an, die drei Bits an Informationen pro Zelle speichern kann, und prägte den Begriff „Triple-Level Cell“ („TLC“). Samsung Electronics begann 2010 mit der Massenproduktion von TLCs und verwendete diese erstmals in seinen SSDs der Serie 840.

Wie funktioniert TLC?

Jeder Flash-Speicher-Mikrochip besteht aus Hunderten von Millionen von Zellen, von denen jede traditionell zwei mögliche Zustände hat, je nachdem, ob Elektronen in der Ladungsfalle des Mikrochips vorhanden sind oder nicht, wobei dieser Zustand (eins oder null) das einzelne Datenbit darstellt, das in der Zelle auf einer einzigen Ebene im sogenannten SLC-Speicher (Single-Level Cell) gespeichert ist.

TLC bewirkt, dass drei Bits an Informationen in jeder Zelle gespeichert werden können. Erreicht wird dies durch Ladungsfallen mit acht verschiedenen potenziellen Elektronenniveaus, die acht verschiedene Schwellenspannungen ermöglichen, die sich auf den gespeicherten Binärwert (eins oder null) jeder Zelle auswirken können, sodass letztlich in jeder Zelle drei Daten-Bits statt nur einem gespeichert werden können.

MLC-Speicher (Multi-Level-Cell) bezeichnet die Verwendung von Zellen, die zwei Bits pro Zelle über vier Ladungswerte oder -zustände speichern. Bei einem Zwei-Bit-MLC wird jeder möglichen Kombination von Einsen und Nullen ein einziger Ladezustand zugewiesen.

Welche Vorteile hat TLC gegenüber SLC und MLC?

Der Hauptvorteil von TLC gegenüber SLC- und MLC-Flash-Speicher sind die niedrigeren Kosten pro Storage-Einheit aufgrund der höheren Datendichte. Da bei TLC mehr Bits pro Zelle gespeichert werden, kann es die Kapazität von SLC verdreifachen und bietet 1,5-mal mehr Storage als Zwei-Bit-MLC.

SLC-Speicher bietet die Vorteile höherer Schreibgeschwindigkeiten, eines niedrigeren Stromverbrauchs und einer höheren Lebensdauer der Zellen. Allerdings sind die Herstellungskosten pro Megabyte an Storage höher, da weniger Daten pro Zelle gespeichert werden als bei MLC und TLC.

Was sind die Nachteile von TLC gegenüber SLC und MLC?

Zu den Nachteilen von TLC gegenüber SLC und MLC gehören:

Performance: Die acht Spannungsebenen von TLC, im Gegensatz zu den zwei Ebenen von SLC und den vier Ebenen von Zwei-Bit-MLC, machen TLC langsamer, da jede Spannungsebene beim Lesen von Daten geprüft und in Bits zurückübersetzt werden muss.

Zuverlässigkeit: Die acht Spannungsebenen von TLC und der sehr geringe Unterschied zwischen ihnen machen den Leseprozess empfindlicher für Rauschen als SLC und MLC, was eine höhere Bitfehlerrate als bei SLC und MLC bewirkt.

Schreibbeständigkeit: Im Allgemeinen gilt: Je mehr Datenbits und Ladezustände eine Flash-Zelle hat, desto weniger P/E- oder Schreibzyklen kann sie unterstützen. Daher hat TLC-Flash eine geringere Schreibbeständigkeit als SLC- und MLC-Flash. Eine planare TLC-Speicherzelle übersteht in der Regel nicht mehr als 500 oder 1.000 Schreibzyklen.

Performance und Kapazität mit TLC-SSDs ausbalancieren

Bei TLC-Flash-Speicher werden Speicherzellen vertikal gestapelt, um eine höhere Storage-Dichte bei geringeren Kosten pro Bit zu ermöglichen. TLC-SSDs können drei Bits an Informationen pro Zelle speichern. Die Verwendung von TLC-SSDs für Daten-Storage hat zwar eindeutige Vorteile, wie z. B. niedrigere Kosten und eine höhere Datendichte, aber es gibt auch gewisse Nachteile, etwa im Hinblick auf Performance, Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Welche SSD für Ihre Anforderungen geeignet ist, hängt von Ihrem Budget und Ihren Daten-Storage-Anforderungen ab. Es gibt keinen perfekten Daten-Storage von der Stange, und bei der Fülle der Angebote müssen Sie selbst recherchieren und möglicherweise verschiedene Lösungen ausprobieren, bevor Sie die bestmögliche Wahl treffen.