در این مقاله نحوه عملکرد، کاربرد و همچنین نقاط قوت و ضعف حافظه Cache SLC و non SLC در طراحی SSD را مورد بررسی قرار می دهیم. همچنین به تنوع حافظه Cache SLC هم اشاره خواهیم کرد.
قبل از شروع این مبحث اجازه دهید مروری بر انواع حافظه داشته باشیم. در واقع دو نوع حافظه فلش وجود دارد که بر حسب منطق‌های NAND و NOR نام‌گذاری شده‌اند. این فلش‌ها معمولاً برای ذخیره پیکر بندی داده‌ها در بسیاری از محصولات دیجیتالی استفاده می‌شوند. فلش‌های نوع NAND می‌توانند هم‌زمان در بلوک‌هایی که معمولاً از کّل دستگاه کوچکترند خوانده و نوشته شوند. فلش‌های NOR به بایت اجازه می‌دهند بر روی یک محل پاک شده بدون وابستگی نوشته یا خوانده شوند. نوع NAND به صورت عمده در فلش‌های یواس‌بی، درایوهای جامد و محصولات مشابه برای ذخیره معمولی و انتقال داده استفاده می‌شود. فلش‌های NAND و NOR معمولاً برای ذخیره پیکر بندی داده‌ها در بسیاری از محصولات دیجیتالی استفاده می‌شوند.
در حال حاضر چهار نوع مختلف از حافظه های Flash NAND وجود دارد: TLC, MLC, SLCو QLC همانطور که در تصاویر قابل ملاحظه است سلول‌های مستقل در TLC, MLC, SLCو QLC می‌توانند به ترتیب 1، 2 ،3 و 4 بیت ذخیره کنند.
اگر به مقایسه این نوع حافظه ها بپردازیم حافظه های SLC سرعت، طول عمر و قیمت بالاتری دارد، در نقطه مقابل، TLC سرعت و عمر کمتری دارد و به نسبت قیمت پایین تری هم دارد. جالب است بدانید در حال حاضر بیشتر SSD ها از حافظه های فلش TLC استفاده می کنند.

هارد های SSD از نوع TLC ارزان قیمت خیلی پرطرفدار شده اند اما این ارزانی به قیمت سرعت بسیار پایین برنامه ریزی نسبت به پاک کردن است (P/E). سرعت program-erase(P/E)، می‌تواند به‌عنوان یک معیار برای تعیین استقامت یک دستگاه ذخیره سازی فلش مورداستفاده قرار بگیرد.
پیشرفت در فرآیند این فلش‌های NAND باعث ایجاد پیوند شیمیایی لایه اکسید در سلول‌های بیتی NAND می‌شود که کنترل آن‌ها را سخت‌تر می‌کند، به این معنی که تعداد P/E به 3 تا 5٪ کاهش می‌یابد.
با توجه به پیشرفت‌های مداوم در توسعه NAND، تراکم و ظرفیت NAND Flash ها همچنان در حال بهبود است. تکنولوژی wear levelling در ورودی/خروجی SSD نشان می‌دهد که طول عمر TLC NAND با اضافه کردن فضا بهتر می‌شود و باعث کاهش زیانهای ناشی از افزایش عمر سلول‌ها می‌شود. یک هارد 240 گیگابایتی SSD از نوع TLC ممکن است در حجم داده مشابه تا دو برابر بیشتر از یک هارد 120 گیگابایتی SSD از نوع TLC عمر کند؛ و یک هارد 480 گیگابایتی SSD نتیجه‌ای مشابه مدل 240 گیگابایتی خواهد داشت؛ بنابراین به نظر می‌رسد که ایراد طول عمر کم SSD از نوع TLC می‌تواند با افزایش ظرفیت جبران شود.
یکی دیگر از اشکالات رایج SSD های TLC، کندتر بودن سرعت‌های I / O (ورودی/خروجی) است. داده‌های رسمی و معیار ارزیابی از تولیدکنندگان برجسته SSD و رسانه‌های تکنولوژی نشان می‌دهد که حداکثر سرعت ورودی / خروجی مرتب در حال افزایش است. درنتیجه، نیازی نیست به سرعت‌های کم به‌عنوان یک نقص مهم توجه کرد، زیرا روش‌های مختلفی در افزایش سرعت SSD وجود دارد.
حافظه Cashe SLC روش اولیه‌ای است که در افزایش سرعت در خواندن / نوشتن SSD از نوع TLC مورداستفاده قرار می‌گیرد. نام “SLC cache” نشان می‌دهد که SLC NAND Flash با عملکرد واقعی نیست. SLC NAND Flash باعث بهبود MLC و TLC در سرعت خواندن / نوشتن می‌شود زیرا سلول‌های آن‌ها می‌توانند 1 بیت داده را ذخیره کنند. حافظه Cache SLC با استفاده از TLC SSD باعث کاهش سرعت ورودی / خروجی SSD ها با رزرو فضایی در TLC NAND Flash و ذخیره تنها 1 بیت داده در هر سلول می‌شود.
روش دیگر اورال داینامیک پارتیشن است. در این حالت اندازه Cache SLC با وضعیت استفاده واقعی SSD متفاوت است؛ که این باعث تعادل در دفعات استفاده می‌شود و از مصرف بیش‌ازحد P/E کل NAND Flash به قیمت نوسان فضای حافظه Cache SLC جلوگیری می‌کند؛ و درهرصورت، باعث بهبود عملکرد خواندن و نوشتن SSD می‌شود.

حافظه Cache SLC مزایای دیگری هم دارد. به‌عنوان‌مثال زمان قطعی برق، نوشتن در بیت‌های دیگر همان سلول TLC NAND ممکن است امکان‌پذیر نباشد و دیتا آسیب ببیند. درحالی‌که برای حافظه Cache SLC این مشکل پیش نخواهد آمد، زیرا تنها 1 بیت باید در سلول ذخیره می‌شد.

یک نگرانی درباره حافظه SLC با این روش، ناپایداری در سرعت نوشتن است. هنگامی‌که مقدار داده برای نوشتن فراتر از ظرفیت Cache SLC باشد، باید داده‌های بعدی را به‌جای SLC در TLC نوشت. این موضوع باعث کاهش سرعت نوشتن می‌شود. یک SSD که از این روش برای ذخیره یا نظارت بر داده‌های تصویری استفاده می‌کند، ممکن است باعث خراب کردن تصاویر شود. مکانیزه ذخیره‌سازی Cache SLC در ابتدا بسیار خوب عمل می‌کند و در ادامه به‌طور کامل رشد می‌کند. این موضوع در مورد مکانیسم حافظه کش non-SLC صدق نمی‌کند، زیرا همچنان بدون کاهش سرعت ورودی / خروجی اجرا می‌شود.