Che cos'è la memoria flash a cella a triplo livello (TLC) e come funziona?

Che cos'è la memoria flash a cella a triplo livello (TLC) e come funziona?

La memoria a cella a triplo livello (TLC) è una versione di una memoria a cella multilivello in grado di memorizzare tre bit di informazioni per cella di memoria. Consente alle organizzazioni di ridurre i costi di data storage grazie alla possibilità di memorizzare più dati nello stesso spazio.

È comunemente utilizzata nella memoria flash, un supporto di storage della memoria dei computer non volatile che può essere eliminato e riprogrammato elettricamente. I due tipi principali di memoria flash sono NOR e NAND, che prendono il nome dalle relative porte logiche.

Quali sono i casi d'uso della memoria flash TLC?

I casi d'uso più comuni della memoria flash TLC comprendono le unità USB, le unità a stato solido (SSD) di livello enterprise e consumer, e le schede di storage per fotocamere digitali e telefoni cellulari. 

Una volta raggiunti i limiti di scalabilità delle celle di memoria 2D, o a singolo livello, i produttori di chip informatici hanno creato flash NAND 3D, che esegue lo stacking verticale delle celle di memoria sul chip per consentire una densità di storage più elevata a un costo inferiore per bit e aumentare inoltre la durata delle unità flash.

Perché si chiama TLC?

TLC è l'acronimo di Triple Level Cell, ovvero cella a triplo livello. Le celle di memoria sono gli elementi fondamentali della memoria dei computer. Toshiba ha introdotto le celle di memoria a tre livelli nel 2009. Poco dopo, Samsung ha annunciato un tipo di NAND flash in grado di memorizzare tre bit di informazioni per cella e ha coniato il termine "cella a triplo livello" ("TLC"). Samsung Electronics ha iniziato a produrre in massa le TLC nel 2010 e le ha utilizzate per la prima volta nelle sue unità SSD della serie 840.

Come funziona una TLC?

Ogni microchip di memoria flash ha centinaia di milioni di celle, ognuna delle quali ha generalmente due stati possibili in base alla presenza o meno di elettroni sulla trappola di carica del microchip, e tale stato (uno o zero) rappresenta il singolo bit di dati memorizzato nella cella su un singolo livello, in quella che è nota come memoria a cella a singolo livello (SLC).

Una TLC consente di memorizzare tre bit di informazioni in ogni cella. Questo perché le trappole di carica con otto diversi livelli potenziali di elettroni determinano otto diverse possibili tensioni di soglia corrispondenti in grado di influenzare il valore binario memorizzato (uno o zero) di ciascuna cella, il che consente in definitiva di memorizzare tre dati in ciascuna cella anziché uno.

La memoria a cella multilivello (MLC) si riferisce all'uso di celle che memorizzano due bit per cella tramite quattro valori o livelli di carica. Una MLC a due bit ha un singolo livello di carica assegnato a ogni possibile combinazione di uni e zeri.

Quali sono i vantaggi della TLC rispetto alla SLC e alla MLC?

Il vantaggio principale della TLC rispetto alla SLC e alla memoria flash MLC è la riduzione del costo per unità di storage, grazie alla maggiore densità di dati. Poiché la TLC memorizza più bit per cella, è in grado di triplicare la capacità della SLC e di fornire una capacità di storage 1,5 volte maggiore rispetto a MLC a due bit.

La memoria SLC offre i vantaggi di una maggiore velocità di scrittura, un minore consumo energetico e una maggiore durata delle celle. Tuttavia, la sua produzione ha un costo per megabyte di storage maggiore, perché memorizza meno dati per cella rispetto alla MLC e alla TLC.

Quali sono gli svantaggi della TLC rispetto alla SLC e alla MLC?

Gli svantaggi della TLC, rispetto alla SLC e alla MLC, riguardano:

Performance: gli otto livelli di tensione della TLC, a differenza dei due livelli della SLC e dei quattro livelli della MLC a due bit, la rendono più lenta perché ogni livello di tensione deve essere controllato e ritradotto in bit durante la lettura dei dati.

Affidabilità: gli otto livelli di tensione della TLC e la differenza minima tra di essi rendono il processo di lettura più sensibile al rumore rispetto alla SLC e alla MLC, determinando un tasso di bit error più elevato rispetto a queste ultime.

Durata: in generale, quanto più elevato è il numero di livelli di carica di un'unità SSD, tanto meno numerosi sono i cicli di P/E o di scrittura che può supportare. Pertanto, la memoria flash TLC ha una resistenza alla scrittura inferiore rispetto alle memorie flash SLC e MLC. Una cella di memoria TLC planare di solito non può supportare più di 500 o 1.000 cicli di scrittura.

Equilibrio tra performance e capacità con le unità SSD TLC

La memoria flash TLC esegue lo stacking verticale delle celle di memoria per consentire densità di storage più elevate a costi per bit inferiori. Le unità SSD TLC possono memorizzare tre bit di informazioni per cella. Se da un lato l'uso delle unità SSD TLC per il data storage presenta vantaggi evidenti, tra cui il costo inferiore e la maggiore densità dei dati, dall'altro comporta anche alcuni svantaggi in termini di performance, affidabilità e durata. La scelta dell'unità SSD giusta per le specifiche esigenze dipende dal budget e dai requisiti di data storage. Non esiste una soluzione universalmente valida per il data storage e, considerate le numerose opzioni disponibili, è necessario cercare e provare diverse soluzioni prima di individuare quella migliore.