2D vs 3D NAND: Perbedaan antara Penyimpanan Flash SLC, MLC, TLC dan QLC

Memori flash berada di tengah-tengah banyak perangkat yang kita gunakan sehari-hari, apakah itu drive USB, kartu memori di kamera, penyimpanan dalam ponsel, atau SSD internal dan eksternal. Seiring perkembangan teknologi, demikian pula metode yang dipakai untuk menyimpan data di dalam setiap sel memori. Solusi flash modern menerapkan desain sel berbeda untuk meningkatkan kapasitas, mengoptimalkan biaya, atau meningkatkan ketahanan, bergantung pada bagaimana perangkat akan digunakan.

Jika Anda pernah bertanya-tanya mengapa beberapa drive terasa lebih cepat, lebih awet, atau menawarkan kapasitas lebih besar dengan harga lebih rendah, jawabannya sering berada dalam jensi flash yang dikandungnya. Panduan ini menjelaskan perbedaan utama agar Anda dapat memahami apa yang terjadi di tingkat memori dan memilih teknologi flash yang paling sesuai dengan kebutuhan Anda.

Apa itu Flash NAND memori?

NAND adalah memori flash non-volatile yang dapat menampung data meski tidak terhubung ke sumber daya. Kemampuan mempertahankan data saat daya dimatikan membuat NAND menjadi opsi terbaik untuk perangkat internal, eksternal, dan portabel. Drive USB, SSD, dan kartu SD semua memakai teknologi flash yang menyediakan memori untuk laptop, PC, ponsel, atau kamera digital.

Ada beberapa jenis NAND yang tersedia di pasaran. Sederhananya, apa yang membedakan setiap jenis adalah jumlah bit yang dapat disimpan di setiap selnya. Bit mewakili beban listrik yang dapat hanya menampung satu atau dua nilai yaitu 0 atau 1, hidup/mati.

Perbedaan utama antara jenis NAND ada pada biaya, kapasitas, dan ketahanannya. Ketahanan ini ditentukan oleh jumlah putaran Program Erase (P/E) yang dapat dilalui satu sel flash sebelum sel itu menjadi usang. Siklus P/E adalah proses menghapus dan menulis satu sel dan semakin banyak putaran P/E yang dapat dipertahankan suatu teknologi NAND dapat menjaga ketahanan yang lebih baik dari perangkat itu.

Jenis paling umum dari penyimpanan flash NAND adalah SLC, MLC, TLC, dan QLC, masing-masing menawarkan kelebihan dan kekurangannya sendiri-sendiri. Di bagian berikut ini, kita akan melihat lebih dekat ciri-ciri dari setiap jenis dan apa yang membuatnya coock untuk berbagai aplikasi berbeda.

2D NAND: Penjelasan NAND Planar

2D NAND, yang juga disebut dengan NAND, adalah bentuk awal memori flash di mana sel diatur berdampingan dalam satu lapisan horizontal. Seiring upaya produsen untuk meningkatkan kapasitas, ruang terbatas pada wafer silikon membuatnya menjadi lebih sulit untuk mengecilkan sel tanpa memengaruhi keandalan. Sel yang lebih kecil lebih rentang dengan gangguan dan keausan, yang akan mengurangi ketahanan dan memperlambat besarannya lebih lanjut.

Meski 2D NAND membantu dalam menetapkan dasar bagi penyimpanan flash modern, jenis inimencapai batas fisiknyaseiring kebutuhan kapasitas yang lebih tinggi bertambah. Jenis ini masih digunakan di beberapa aplikasi yang berbiaya rendah atau lama, namun penyimpanan modern telah beralih ke 3D NAND karena menumpuk sel secara vertikal memungkinkan kerapatan lebih tinggi, ketahanan lebih tinggi, serta produksi yang lebih efisien.

SLC NAND: Sel Satu Level

Plus: Ketahanan tertinggi - Minus: Mahal dan kapasitas rendah.
Memori single-level cell (SLC) NAND hanya menyimpan 1 bit informasi per selnya. Sel menyimpan baik angka 0 atau 1 dan akibatnya, data dapat ditulis dan diambil lebih cepat. SLC menyediakan performa tinggi dan ketahanan tertinggi dengan putaran 100.000 P/E, sehingga lebih tahan lama daripada jenis NAND lainnya. Namun demikian, kerapatan datanya yang rendah membuat SLC menjadi jenis NAND termahal dan karena itu tidak umum dipakai di produk-produk konsumen. Jenis ini biasanya dipakai untuk server dan aplikasi industri lainnya yang membutuhkan kecepatan dan ketahanan.

MLC NAND: Sel Multi level

Plus: Lebih murah daripada SLC - Minus: Lebih lambat dan kurang tahan daripada SLC.
NAND sel multi-level (MLC) menyimpan beberpa bit per selnya, meski istilah MLC biasanya sama dengan 2 bit per sel. MLC memiliki kerapatan data lebih tinggi daripada SLC, sehingga dapat diprodiksi dalam kapasitas lebih besar. MLC memiliki gabungan harga, performa, dan ketahanan yang baik. Namun demikian, MLC lebih peka terhadap kesalahan data, dan dengan putaran 10.000 P/E ketahanannya lebih rendah daripada SLC. MLC biasanya ditemukan pada produk-produk konsumen yang tidak mementingkan ketahanan, namun TLC dan QLC lebih umum digunakan di komputer modern.

Apa itu 3D NAND: Arsitektur NAND Vertikal

3D NAND telah menjadi salah satu inovasi terbesar di pasar memori flash. Produsen flash telah mengembangkan arsitektur 3D NAND untuk mengoreksi masalah yang mereka hadapi pada 2D NAND untuk mencapai kerapatan lebih tinggi dengan biaya lebih rendah. Produsen NAND memutuskan untuk menumpuk sel dalam dimensi bebeda sehingga menciptakan 3D NAND: yang menumpuk sel secara vertikal. Kerapatan memori lebih tinggi memungkinkan kapasitas penyimpanan lebih tinggi tanpa menaikkan harga secara signifikan. 3D NAND juga memberikan ketahanan lebih tinggi dan konsumsi daya lebih rendah.

TLC NAND: Sel Tripel level

Plus: Biaya rendah dan kapasitas tinggi - Minus: Ketahanan rendah.
Tripel single-level cell (TLC) NAND menyimpan 3 bit informasi per selnya. Dengan mengelola 8 status tegangan berbeda, TLC memberi lonjakan signifikan dalam kerapatan penyimpanan dibanding MLC, sehingga SSD dapat diproduksi secara massal dan dijual dengan harga terjangkau. Meski lebih rendah dan memiliki ketahanan lebih rendah daripada SLC atau MLC, yang biasanya menawarkan 3.000 dan 5.000 putaran P/3, memori ini tetap menjadi standar industri untuk PC mainstream, laptop, dan konsol game. Kemajuan dalam teknologi controller dan penggunaan caching pSLC telah membuat performa TLC hampir tidak dapat dibedakan dengan MLC bagi pengguna umum, sehingga NAND ini lebih umum tersedia di pasar.

eTLC: TLC Tingkat Perusahaan

Enterprise Sel Tripel-Level Cell (eTLC) bukan arsitektur fisik yang bebeda, namun berkualitas tinggi (high-grade) dari 3D TLC NAND yang telah terkenal dengan kualitasnya yang terbaik. Meski TLC konsumen standar dirancang untuk penggunaan sehari-hari, eTLC telah melalui berbagai pengujian yang ketat untuk memastikan kemampuannya menangani berbagai penulisa data yang konstan selama 24/7 yang dibutuhkan pusat dan server data. Dengan menggunakan silikon terbaik dan meningkatkan over-provisioning, eTLC dapat mencapai ketahanan yang lebih tinggi secara signifikan, seringkali mencapai 10.000 hingga 30.000 putaran P/E. Hal inilah yang membuatnya menjadi pilihan industri untuk lingkungan enterprise yang membutuhkan keseimbangan antara kapasitas dan ketahanan yang tinggi.

QLC NAND: Sel Quad level

Plus: Termurah dan berkapasitas tinggi - Minus: Kecepatan paling lambat dan ketahann lebih rendah.
Sel quad-level (QLC) NAND menyimpan 4 bit informasi per sel. Dengan memanfaatkan 16 tingkat tegangan yang khas, QLC mencapai kerapatan data tertinggi dari setiap jenis NAND utama yang membuat SD berkapasitas tinggi (seperti model 4TB dan 8Tb) menjadi jauh lebih terjangkau bagi konsumen. Namun demikian, mengelola 16 level ini merupakan suatu proses yang kompleks serta memperlambat secara signifikan kecepatan penulisan dan meningkatkan keausan pada drive. QLC biasanya menawarkan sekitar 1.000 putaran P/E, sehingga membuatnya paling cocok untuk melakukan berbagai tugas berat seperti menyimpan pustaka game, koleksi media, atau arsip jangka panhang yang mana data tidak secara rutin ditimpa.

Mode pSLC: Pseudo SLC caching

Pseudo-SLC (pSLC) bukanlah jenis flash fisik yang berbeda, namun suatu mode pengelolaan di mana sel berkerapatan tinggi (seperti TLC or QLC) diprogram untuk hanya menyimpan 1 bit data alih-alih kapasitas maksimumnya. Hal tersebut memungkinkan drive untuk mengikuti lonjakan performa dan ketahanan dari SLC yang sebenarnya. Kebanyakan SSD konsumen modern menggunakan pSLC Cache, yang merupakan sebagian kecil dari drive yang didedikasikan untuk menangani daa yang masuk secara cepat sebelum dengan cepat memindahkannya ke area penyimpanan yang lebih rendah dan berkerapatan tinggi, dan hal ini membuat drive terasa jauh lebih cepat saat digunakan sehari-hari.

Masa depan memori flash NAND

Teknologi flash NAND telah melalui evolusi yang luar biasa, bertransisi dari sturktur rata yang simpel menjadi strukturk vertikal yang kompleks seperti 3D NAND. Dengan menyeimbangkan kecepatan pSLC caching dnegan efisiensi berkerapatan tinggi TLC dan QLC, produsen sekarang dapat mengeluarkan drive berkapasitas masif dan kecepatan yang dibutuhkan oleh beban kerja gaming dan profesional modern. Seiring dengan kebutuhan data yang terus meningkat, penyempurnaan yang berkelanjutan dari arsitektur NAND memastikan bahwa penyimpanan berkecepatan dan berkapasitas tinggi tetap dapat dijangkau dan diandalkan bagi generasi komputasi mendatang.