Diferenças entre SLC, MLC, TLC e QLC nos SSDs

Introdução

Ao pesquisar sobre as características de um SSD (Solid State Drive), é bastante provável que você se depare com uma destas siglas: SLC, MLC, TLC ou QLC. Mas o que elas significam? E quais as diferenças entre elas? Por que é importante conhecer cada uma delas antes de escolher um SSD?

Já adianto para você que essas siglas estão diretamente relacionadas à capacidade de armazenamento dos chips de memória Flash NAND que compõem os SSDs. Nas próximas linhas, eu explico o significado de cada uma.

Antes, uma dica: se você quiser saber mais sobre essas e outras características, e só acessar este artigo completo sobre SSDs.

- O que é memória Flash NAND?
- O que é SLC NAND?
- O que é MLC NAND?
- O que é TLC NAND?
- O que é QLC NAND?
- Memórias 3D NAND ou V-NAND

O que é memória Flash NAND?

SLC, MLC, TLC e QLC são siglas que indicam diferentes tipos de memória Flash NAND (ou, simplesmente, memória NAND). Por essa razão, é possível que você também encontre as expressões SLC NAND, MLC NAND, TLC NAND e QLC NAND ao pesquisar por um SSD.

Mas o que exatamente a indústria quer dizer com Flash NAND? Pois bem, ao contrário dos discos rígidos, os SSDs armazenam informações em chips de memória não volátil, ou seja, que não perdem dados quando não há fornecimento de energia — como quando o computador é desligado.

Criada pela Toshiba nos anos 1980, a memória Flash é um tipo não volátil. Fala-se que esse nome foi sugerido por um dos pesquisadores da companhia em alusão ao processo que apaga os dados na memória, que lembra o flash de uma câmera fotográfica.

Essencialmente, os dados guardados em memórias Flash ficam armazenados em estruturas chamadas células. O processo de gravação ou modificação de dados é feito por meio de cargas elétricas.

Há dois tipos principais de memórias Flash: Flash NOR (Not OR) e Flash NAND (Not AND). Esses sobrenomes, por assim dizer, estão relacionados ao padrão de mapeamento de dados de cada tipo.

SSD da Kingston
SSD da Kingston

Em geral, chips com Flash NOR oferecem leitura de dados mais rápida. Isso porque esse tipo permite acesso aleatório aos dados: é possível acessar determinada informação indo direto às células de memória em que ela está armazenada.

Já a memória Flash NAND requer acesso sequencial às células. Esse acesso é feito em blocos. Apesar disso, chips Flash NAND têm pelo menos duas vantagens: podem armazenar mais dados que as memórias Flash NOR considerando o mesmo espaço físico e, via de regra, são mais baratos.

É por isso que o Flash NAND é frequentemente usado em dispositivos de armazenamento de dados, como o SSD ou cartões de memória. Já o Flash NOR é aplicado em fins mais específicos. Esse tipo é muito usado, por exemplo, em chips que armazenam firmwares de roteadores Wi-Fi, TVs, smartphones, entre outros.

Agora que você já sabe o que é Flash NAND (e Flash NOR), vamos finalmente entender as diferenças entre SLC, MLC, TLC e QLC.

O que é SLC NAND?

SLC é a sigla para Single Level Cell, algo como Células de Nível Único, em tradução livre. Esse tipo de memória Flash NAND se caracteriza por armazenar um único bit em cada célula — 0 ou 1, se utilizarmos a representação convencional.

O SLC é o tipo de Flash NAND mais antigo do mercado e tem duas vantagens principais: mais rapidez nos processos de leitura e gravação de dados, durabilidade estimada entre 90 mil e 100 mil ciclos de leitura ou escrita, e menor probabilidade de erros, mesmo em temperaturas relativamente elevadas.

Em contrapartida, memórias SLC costumam ser mais caras. Além disso, armazenam menos dados na comparação com os outros tipos de memória Flash NAND.

Por conta de suas principais vantagens, memórias SLC são muito comuns em dispositivos de armazenamento para servidores web ou aplicações industriais, por exemplo.

O que é MLC NAND?

Multi Layer Cell ou, traduzindo, Células de Múltiplas Camadas. Esse é o significado de MLC. Aqui, cada célula de memória é capaz de armazenar dois bits em vez de apenas um: 00, 01, 10 ou 11.

A principal vantagem do MLC NAND é a maior densidade para armazenamento de dados na comparação com o SLC, portanto. Um exemplo: enquanto um bloco SLC armazena 64 KB de dados, um bloco de MLC com a mesma área física pode permitir que o bloco tenha 128 KB.

Por possibilitar mais armazenamento de dados por um custo mais baixo que no SLC, memórias MLC são muito usadas em SSDs para computadores domésticos. Por outro lado, as células MLC são menos duráveis que as SLC, suportando cerca de 10 mil ciclos de leitura ou escrita. Além disso, as velocidades desses procedimentos costumam ser menores.

Mesmo assim, SSDs com MLC costumam ser duráveis e rápidos o suficiente para atender às necessidades de usuários domésticos ou de escritórios, por exemplo.

Existe um tipo de MLC chamado eMLC (Enterprise Multi Level Cell) que é otimizado para suportar mais ciclos de leitura e escrita — entre 20 mil e 30 mil ciclos. Esse padrão é um pouco mais caro e, portanto, indicado a aplicações corporativas.

O que é TLC NAND?

TLC significa Triple Level Cell, algo como Células de Nível Triplo. O nome já diz tudo: chips TLC NAND armazenam três bits por célula. Os estados possíveis são: 111, 110, 101, 100, 011, 010, 001 e 000.

SSD da Toshiba (formato M.2) com TLC NAND
SSD da Toshiba (formato M.2) com TLC NAND

A grande e óbvia vantagem das memórias TLC NAND é que elas podem armazenar mais dados que os tipos SLC e MLC sem, no entanto, haver aumento significativo de custos. Por outro lado, os ciclos de leitura e escrita aqui são menores: entre 3 mil e 5 mil por célula. As velocidades de leitura e escrita também podem ser mais baixas.

SSDs com Flash TLC são indicados para usuários domésticos que precisam de capacidade de armazenamento de dados relativamente alta.

O que é QLC NAND?

Esse é um tipo de memória Flash que chegou ao mercado em 2018 pelas mãos da Micron. QLC significa Quad Level CellCélula de Nível Quádruplo — e, como o nome diz, pode armazenar quatro bits por célula (grosso modo, 16 combinações de 0s e 1s).

Aqui a "regra" é a mesma: aumenta-se a densidade do chip e, consequentemente, a sua capacidade de armazenamento, mas o tempo de vida útil cai. Estima-se que o QLC NAND suporte mil ciclos de gravação.

Por conta da menor quantidade de ciclos, SSDs com QLC NAND são indicados para aplicações que requerem bastante capacidade de armazenamento, mas com dados que precisam ser muito mais lidos do que gravados ou alterados. Isso porque as operações de leitura causam menos desgaste do que os processos de gravação.

Diferenças entre SLC, MLC, TLC e QLC (Imagem: Micron)
Diferenças entre SLC, MLC, TLC e QLC (Imagem: Micron)

Memórias 3D NAND ou V-NAND

Junto às especificações SLC, MLC, TLC e QLC é comum encontrar a expressão 3D NAND ou, no caso de SSDs da Samsung, V-NAND. Esse é outro tipo de tecnologia que permite aumentar a capacidade de armazenamento das memórias Flash.

Como? Em vez de as células serem posicionadas em uma única camada (2D NAND), elas são "empilhadas". Daí o '3D' no nome ou o 'V' em V-NAND (Vertical NAND) — a Samsung decidiu adotar essa denominação em suas linhas de SSD (link em PDF), mas o significado é o mesmo.

Para facilitar a compreensão, pense que as células são caixas colocadas lado a lado em um armazém. Quando não há mais espaço no chão, o que fazer? Exatamente, colocar uma caixa sobre a outra. O princípio do 3D NAND é mais ou menos esse: tem-se várias camadas de células em vez de uma só.

A quantidade de camadas varia de fabricante para fabricante. Quando este texto estava sendo escrito, era possível encontrar SSDs com 32 e 64 camadas com relativa facilidade, enquanto unidades com 96 estavam chegando ao mercado e uma tecnologia de 128 camadas estava em desenvolvimento.

Conclusão

Este texto abordou as memórias Flash NAND e como os tipos SLC, MLC, TLC e QLC influenciam na capacidade de armazenamento dos SSDs. Mas é claro que essa é só uma parte do assunto. Para saber mais, basta acessar este artigo com tudo sobre SSD. Entenda ainda o que é SSD M.2.

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Publicado em 01_05_2019. Atualizado em 19_05_2019.

Emerson Alecrim Autor: Emerson Alecrim
Graduado em ciência da computação, produz conteúdo sobre tecnologia desde 2001. É aficionado por TI, comunicação, ciência e cultura geek.
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