Pourquoi les secteurs des SSD ont-ils une endurance limitée en écriture ?

Imaginez une feuille de papier ordinaire et un crayon. Maintenant, n'hésitez pas à écrire et effacer autant de fois que vous le souhaitez à un endroit sur la feuille. Combien de temps faut-il avant de traverser la feuille ?

Les SSD et les clés USB ont ce concept de base mais au niveau des électrons.

Le problème est que le substrat de mémoire flash NAND utilisé subit une dégradation à chaque effacement. Le processus d'effacement consiste à frapper la cellule flash avec une charge relativement importante d'énergie électrique, ce qui provoque une dégradation légère de la couche semi-conductrice sur la puce elle-même.

Ces dommages, à long terme, augmentent les taux d'erreur de bits qui peuvent être corrigés avec un logiciel, mais éventuellement les routines de code de correction d'erreurs dans le contrôleur de mémoire flash ne peuvent pas suivre ces erreurs et la cellule flash devient non fiable.

Ma réponse est tirée de personnes ayant plus de connaissances que moi!

Les SSD utilisent ce qu'on appelle de la mémoire flash. Un processus physique se produit lorsque des données sont écrites dans une cellule (des électrons entrent et sortent.) Lorsque cela se produit, cela érode la structure physique. Ce processus est assez similaire à l'érosion de l'eau; finalement c'est trop et le mur cède. Lorsque cela se produit, la cellule est rendue inutilisable.

Une autre possibilité est que ces électrons peuvent rester "bloqués", rendant plus difficile la lecture correcte de la cellule. L'analogie pour cela est que beaucoup de personnes parlent en même temps, et il est difficile de comprendre qui que ce soit. Vous pourriez distinguer une voix, mais ce pourrait être la mauvaise!

Les SSD essaient de répartir la charge uniformément entre leurs cellules en cours d'utilisation afin qu'elles s'usent de manière équilibrée. Finalement, une cellule mourra et sera marquée comme non disponible. Les SSD ont une zone de "cellules de réserve", c'est-à-dire des cellules de rechange (pensez aux remplaçants dans le sport). Lorsqu'une cellule meurt, l'une d'entre elles est utilisée à la place. Finalement, toutes ces cellules supplémentaires sont également utilisées et le SSD deviendra lentement illisible.

J'espère que cette réponse était compréhensible pour le consommateur!

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Presque tous les SSD grand public utilisent une technologie de mémoire appelée mémoire flash NAND. La limite d'endurance en écriture est due à la façon dont fonctionne la mémoire flash.

En termes simples, la mémoire flash fonctionne en stockant des électrons à l'intérieur d'une barrière isolante. Pour lire une cellule de mémoire flash, il faut vérifier son niveau de charge, donc pour conserver les données stockées, la charge d'électrons doit rester stable dans le temps. Pour augmenter la densité de stockage et réduire les coûts, la plupart des SSD utilisent une mémoire flash qui distingue non seulement deux niveaux de charge possibles (un bit par cellule, SLC), mais aussi quatre (deux bits par cellule, MLC), huit (trois bits par cellule, TLC), voire 16 (quatre bits par cellule, TLC).

Écrire sur une mémoire flash nécessite d'appliquer une tension élevée pour déplacer les électrons à travers l'isolant, un processus qui l'usure progressivement. À mesure que l'isolant s'use, la cellule a de plus en plus de mal à maintenir sa charge d'électrons stable, finissant par provoquer la perte de données. Avec la NAND TLC et surtout QLC, les cellules sont particulièrement sensibles à ces dérives de charge en raison de la nécessité de distinguer plus de niveaux pour stocker plusieurs bits de données.

Pour augmenter davantage la densité de stockage et réduire les coûts, le processus de fabrication de la mémoire flash a été considérablement réduit, atteignant 15nm aujourd'hui, et des cellules plus petites s'usent plus rapidement. Pour la NAND flash planaire (non 3D NAND), cela signifie que tandis que la NAND SLC peut durer des dizaines, voire des centaines de milliers de cycles d'écriture, la NAND MLC est généralement bonne pour seulement environ 3 000 cycles et la TLC pour seulement 750 à 1 500 cycles.

La NAND 3D, qui empile des cellules NAND les unes sur les autres, peut obtenir une densité de stockage plus élevée sans avoir à réduire la taille des cellules, ce qui permet une endurance à l'écriture plus élevée. Alors que Samsung est revenu à un processus de 40 nm pour sa NAND 3D, d'autres fabricants de mémoire flash comme Micron ont décidé d'utiliser des processus plus petits de toute façon (bien que pas aussi petits que la NAND planaire) pour offrir une densité de stockage maximale et un coût minimal. Les évaluations typiques de l'endurance pour la NAND 3D TLC sont d'environ 2 000 à 3 000 cycles, mais peuvent être plus élevées dans les appareils de classe entreprise. La NAND 3D QLC est généralement classée pour environ 1 000 cycles.

Une technologie mémoire émergente appelée 3D XPoint, développée par Intel et Micron, utilise une approche complètement différente de stockage des données qui n'est pas soumise aux limitations d'endurance de la mémoire flash. 3D XPoint est également beaucoup plus rapide que la mémoire flash, suffisamment rapide pour potentiellement remplacer la DRAM en tant que mémoire système. Intel commercialisera des appareils utilisant la technologie 3D XPoint sous la marque Optane, tandis que Micron commercialisera des appareils 3D XPoint sous la marque QuantX. Les SSD grand public avec cette technologie pourraient arriver sur le marché dès 2017, bien que je pense que pour des raisons de coût, la NAND 3D (principalement de la variété TLC) sera la forme dominante de stockage de masse pour les prochaines années.