Qu’est-ce que la mémoire flash avec cellules à trois niveaux (TLC) et comment fonctionne-t-elle ?

Qu’est-ce que la mémoire flash avec cellules à trois niveaux (TLC) et comment fonctionne-t-elle ?

La mémoire avec cellules à trois niveaux (TLC) est une version de la mémoire avec cellules multi-niveaux capable de stocker trois bits d’information par cellule. La mémoire TLC permet aux organisations de réduire le coût de leur stockage de données en conservant davantage de données dans le même espace.

On l’utilise généralement dans la mémoire flash, un support de stockage électronique non volatile de la mémoire d’un ordinateur qui peut être effacé et reprogrammé électriquement. La mémoire flash peut être de type NOR ou NAND, en référence aux portes logiques du même nom.

À quoi sert la mémoire flash TLC ?

La mémoire flash TLC est principalement utilisée dans les clés USB, les disques de stockage flash (SSD) pour les entreprises et le grand public, et dans les cartes de stockage pour les appareils photo et les téléphones portables. 

Lorsque les fabricants de puces informatiques ont atteint les limites d’évolutivité des cellules 2D, ou à niveau unique, ils ont créé la mémoire flash NAND 3D, qui empile les cellules de mémoire verticalement sur la puce pour permettre des densités de stockage plus élevées à un coût moindre par bit et améliorer également l’endurance de la mémoire flash.

D’où vient le nom TLC ?

TLC est l’acronyme de « triple-level cell » (cellule à trois niveaux). Les cellules de mémoire sont les composants fondamentaux de la mémoire des ordinateurs. Toshiba a introduit des cellules à trois niveaux en 2009. Peu de temps après, Samsung a annoncé un type de mémoire flash NAND capable de stocker trois bits d’information par cellule et a inventé le terme de "cellule à trois niveaux" ("TLC"). Samsung Electronics a commencé à produire des cellules TLC en masse en 2010 et les a utilisées pour la première fois dans les SSD de la série 840.

Comment fonctionne une cellule TLC ?

Toutes les puces de mémoire flash comportent des centaines de millions de cellules, chacune d’entre elles présentant généralement deux états possibles en fonction de la présence ou non d’électrons sur le piège à charge de la puce. Cet état (1 ou 0) correspond à l’unique bit de données stocké dans la cellule sur un seul niveau, dans ce que l’on appelle la mémoire SLC (cellule à niveau unique).

Chaque cellule TLC peut stocker trois bits d’information. Cela est possible grâce à des pièges à charge avec huit niveaux d’électron potentiels différents, soit huit tensions de seuil possibles qui peuvent affecter la valeur binaire stockée (1 ou 0) sur chaque cellule, ce qui permet finalement de stocker trois éléments de données dans chaque cellule au lieu d’un seul.

Une mémoire avec cellules multi-niveaux (MLC) utilise des cellules qui stockent deux bits chacune via quatre valeurs ou niveaux de charge. Dans une cellule MLC de deux bits, un seul niveau de charge est attribué à chaque combinaison possible de 1 et 0.

Quels sont les avantages de la mémoire TLC, par comparaison aux mémoires SLC et MLC ?

Le principal avantage de la mémoire TLC par rapport aux mémoires flash SLC et MLC est son coût inférieur par unité de stockage, en raison de la densité de données plus élevée. Puisque la mémoire TLC stocke davantage de bits par cellule, elle peut fournir trois fois plus de capacité qu’une mémoire SLC et 1,5 fois plus de stockage qu’une mémoire MLC à deux bits.

La mémoire SLC offre une vitesse d’écriture plus élevée, consomme moins d’énergie et ses cellules ont une meilleure endurance. Cependant, son coût de fabrication par mégaoctet de stockage est plus élevé, car elle stocke moins de données par cellule que les mémoires MLC et TLC.

Quels sont les inconvénients de la mémoire TLC, par comparaison aux mémoires SLC et MLC ?

La mémoire TLC présente les inconvénients suivants :

Performance : les huit niveaux de tension de la mémoire TLC, contre deux et quatre niveaux pour les mémoires SLC et MLC à deux bits, la rendent plus lente, car chaque niveau de tension doit être vérifié et traduit en bits lors de la lecture des données.

Fiabilité : les huit niveaux de tension de la mémoire TLC et la très faible différence entre eux rendent le processus de lecture plus sensible au bruit, ce qui entraîne un taux d’erreur binaire plus élevé que le pour les mémoires SLC et MLC.

Endurance : en général, plus une cellule flash possède de bits de données et de niveaux de charge, moins elle peut supporter de cycles P/E ou d’écriture. De ce fait, la mémoire flash TLC possède une endurance en écriture plus faible que les mémoires flash SLC et MLC. Une cellule de mémoire TLC planaire ne peut habituellement pas effectuer plus de 500 ou 100 cycles d’écriture.

SSD TLC : l’équilibre entre performance et capacité

Dans une mémoire flash TLC, les cellules de mémoire sont empilées verticalement pour permettre des densités de stockage plus élevées à un coût moindre par bit. Les SSD TLC peuvent stocker trois bits d’information par cellule. Si l’utilisation de SSD TLC pour le stockage de données présente des avantages évidents, notamment un coût inférieur et une densité de données plus élevée, elle présente également certains inconvénients en matière de performances, de fiabilité et d’endurance. Le choix du SSD le mieux adapté à vos besoins dépend de votre budget et de vos exigences en matière de stockage de données. Il n’existe pas de solution unique et, compte tenu des nombreuses possibilités qui s’offrent à vous, vous devrez effectuer vos propres recherches et éventuellement essayer différentes solutions avant de vous décider.