PLC flash: A próxima geração ou uma miragem?

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Os fabricantes de armazenamento trabalham constantemente para melhorar a capacidade e cortar custos. Em nenhum lugar isso é mais aparente do que no armazenamento flash, onde as capacidades aumentaram de gigabytes para 20 TB e mais. O desempenho está muito à frente do que é possível com o disco giratório, e o custo por GB pode superar o HDD em breve.

O flash de célula de nível Penta (PLC) é a última geração de armazenamento de estado sólido baseado na tecnologia 3D NAND. Ele usa cinco bits por célula para armazenar dados, com a promessa de maiores volumes em um único chip e assim – esperam os fabricantes – um menor custo por GB.

No entanto, o flash PLC significa assumir uma série de compromissos. Isso inclui durabilidade reduzida, controladores mais complexos e – como resultado – desempenho inferior. É provável que isso limite os casos de uso do flash PLC, especialmente em seus primeiros anos.

A geração mais antiga de armazenamento flash NAND usava a tecnologia de célula de nível único (SLC). Essa mídia, que agora está bastante obsoleta, só podia armazenar um estado, 0 ou 1, por célula. A indústria então desenvolveu a memória celular de vários níveis, que poderia armazenar quatro estados ou resultados de comutação.

Células de nível triplo (TLC) aumentaram o número de interruptores de tensão para sete. O QLC, com quatro bits por célula, possui 16 estados ou 15 switches. Este é atualmente o armazenamento NAND de maior capacidade.

Atualmente, os SSDs QLC de 30 TB estão amplamente disponíveis nos fornecedores de armazenamento, enquanto alguns fabricantes, como a Pure Storage, fornecem unidades proprietárias de 48 TB.

Isso coloca a capacidade do flash à frente até mesmo das maiores unidades de disco rígido convencionais, e o flash PLC pode aumentar muito mais as capacidades. Alex McMullen, CTO internacional da Pure, prevê que haverá sistemas com capacidade de 300 TB "nos próximos 10 anos".

O desenvolvimento do flash PLC (e QLC) foi impulsionado por melhorias em controladores de armazenamento e software que gerenciam as voltagens menores usadas para gravar dados.

Como o 3D NAND se tornou a norma na arquitetura de chips, os fabricantes adicionaram camadas sem tornar os portões menores, tornando o QLC uma proposta prática e abrindo o caminho para o flash PLC.

No entanto, a mudança para flash PLC de maior capacidade apresenta desafios; o principal deles é o número de níveis de tensão no chip.

Uma unidade flash PLC, com cinco bits por célula, comporta 32 níveis de tensão, fazendo com que a diferença entre as tensões seja muito pequena. Isso é mais complicado para o controlador ler com precisão, torna o armazenamento potencialmente menos estável e pode afetar a E/S, pois os controladores e o software de correção de erros são forçados a trabalhar mais.

"O aumento máximo na densidade de bits de QLC para PLC será de 20%, mas terá um custo muito maior em relação à engenharia em torno da complexidade esperada, menor desempenho e fragilidade do meio", diz McMullen da Pure.

Com QLC, a diferença entre os níveis de carga é de cerca de 6%, mas com PLC cai para 3%. Isso requer uma correção de erros muito mais poderosa do que o flash MLC ou TLC, por exemplo.

"O PLC tem mais bits na mesma área de silício, por isso deve ter maior capacidade, mas [à custa da] confiabilidade e retenção de dados", diz Joseph Unsworth, vice-presidente de tecnologia e tendências emergentes, NAND flash, SSD e SSA no Gartner. "Não sabemos a densidade ou capacidade NAND porque não há produtos comercialmente disponíveis no mercado hoje."

Os projetistas de chips também terão que criar mais redundância. Já com outros tipos de flash, os fabricantes adicionam mais capacidade aos módulos para cobrir as células que se desgastam. Essa sobrecarga provavelmente será maior com PLC.

Até o momento, não há números de E/S publicados para o flash do PLC, pois os fabricantes ainda não lançaram amostras, mas os fornecedores de armazenamento esperam um impacto no desempenho - e há dúvidas sobre quanto tempo o flash do PLC vai durar.

"O Penta será menos durável. Essa é a mecânica inegável dele. À medida que o delta entre cada nível de carga fica menor, você tem que programar com mais cuidado, então ele opera mais lentamente", diz McMullen da Pure.