Memorias

Discos SSD con memorias TLC vs MLC

El gran boom de la memoria flash ocurrió entre 2004 y 2005, cuando una combinación de dos factores hizo que los precios por megabyte cayeran rápidamente. Donde smartphone y discos SSD comenzaron a notar una rebaja, pero solo el paso del tiempo ha hecho que tengamos unos precios más apetecible, aunque últimamente parece que no están por la labor y vuelven a subir los precios. ¿Quieres saber las diferencia entre memorias TLC vs MLC? ¡Te explicamos todo lo que necesitas saber!

Discos SSD con memorias TLC vs MLC

El primero fue el brutal aumento en la producción y la competencia entre los fabricantes, que han empujado los precios a la baja. Además de gigantes como Samsung y Toshiba, incluso Intel y AMD han invertido grandes cantidades de dinero en la fabricación de memoria flash.

El segundo fue la introducción de la tecnología MLC (Multi-Level Cell), donde cada celda pasó a almacenar dos bits en lugar de uno solo. Esto fue posible gracias al uso de tensiones intermedias. La tecnología MLC se ha implantado de forma más o menos simultánea por los diversos fabricantes, y ha permitido reducir a la mitad el coste por megabyte, pero en cambio se tradujo en chips de memoria flash con un rendimiento más bajo y que se degradan más rápidamente.

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Hoy en día, los chips MLC son los que se usan en la inmensa mayoría de los pendrives, tarjetas de memoria y discos SSD. Los chips tradicionales, que almacenan un bit por celda, pasaron a ser llamados “SLC” (Single-Level Cell), y son producidos con el objetivo de atender el mercado de unidades de estado sólido de alto rendimiento (sobre todo los modelos destinados al mercado de servidores). Aunque mucho más caros, ellos ofrecen un mejor rendimiento y son mayor durabilidad.

En el otro extremo, tenemos las unidades equipadas con chips TLC, que almacenan tres bits por celda, en lugar de dos como los MLC, y por lo tanto, reducen el coste de fabricación por gigabyte en más de un 33%. Por otro lado, el uso de más tensiones intermedias resultan en chips que se degradan más rápidamente que los MLC.

Diferencias entre MLC y TLC

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En verdad, no existen diferencias físicas entre las células de un chip MLC y TLC. En ambos casos, la técnica de producción es casi la misma pero hay diferencias en ellas… pero también la forma en que el chip está programado. Lo que hace que los chips MLC y TLC sean más baratos que los SLC es una simple cuestión de aritmética: un chip NAND de 16 gigabytes puede dar origen a un chip SLC de 16 gigabytes, un chip MLC de 32 gigabytes o un chip TLC de 48 gigabytes.

Suponiendo que el costo total del chip sea de 24 dólares, tendríamos un costo por gigabyte de 0,75 dólar en el MLC y solo 0,50 dólar en el TLC. Si eres un fabricante interesado en vender discos SSD de gran capacidad por un bajo precio, sería obvio cuál de las dos opciones te parecería más atractiva.

El gran problema no es solo la durabilidad, sino también el propio rendimiento de los chips, que decae con el uso de más bits. Una operación de lectura que tarda 50 µs en un chip MLC, tardará 100 µs o más en un chip TLC.

Al mismo tiempo, una operación de escritura que tarda 900 µs o más en un chip MLC, tarda más de 2000 µs en el TLC, lo que resulta en caídas proporcionales a las velocidades de lectura y escritura de las unidades.

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El mayor problema, sin embargo, es la durabilidad. La vida útil de los chips MLC es de solo 10.000 ciclos en los 50 nm, mientras que en los chips TLC la vida útil es de 2.500 operaciones en los 50 nm.

Incluso con el uso de sectores y otras técnicas empleadas por los controladores actuales para extender la vida útil de las unidades, un SSD de 128 GB basado en los chips de TLC de 25 nm llevará solo 96 TB de grabaciones durante toda su vida útil, limitando mucho su uso. Para efecto de comparación, un disco de 128 GB basado en chips MLC de 34 nm llevará 640 TB en disco.

Un disco MLC presentaría una vida útil relativamente baja, pero todavía aceptable si tenemos en cuenta las grandes ventajas que la memoria flash ofrece en otras áreas. El drive TLC, sin embargo, tendría una utilización limitada y en muchas situaciones de uso podría presentar agotamiento después de varios años. Es decir, no son malos ¿Vale? Pero son de peor calidad.

Un SSD con memoria TLC es totalmente apto para un usuario normal. Pero un MLC tiene mayor calidad, y están presente en los topes de gama de los fabricantes.

Muchos fabricantes han sido capaces de compensar esta caída en el rendimiento y la fiabilidad de las memorias flash con mejores controladores y el uso de un porcentaje mayor del SSD, pero eso no anula la cuestión central de que los fabricantes están produciendo peores chips de memoria flash con cada nueva generación, logrando avances solo en relación con el costo.

Multi-Level Cell (MLC)

MLC es el estándar utilizado por la mayoría de los discos de estado sólido de la actualidad. La sigla significa Multi-Level Cell, y es utilizada para describir a las memorias NAND flash que tengan la capacidad de almacenar 2 bits de datos por celda.

TLC es una evolución de esta tecnología, y permite almacenar 3 bits de datos por celda, mientras que el Single-Level Cell (SLC) almacena solo un bit de datos por cada celda. Cada una tiene ventajas y desventajas, que veremos a continuación.

El tipo MLC es bastante común actualmente, y consiste en un proceso que utiliza tensiones diferenciadas para hacer que una celda de memoria almacene dos bits (en teoría, es posible hacerla almacenar más) en vez de uno solo, como ocurre en el SLC.

Gracias a la tecnología MLC, los costes de los dispositivos de almacenamiento flash han disminuido, aumentando incluso la oferta de productos como memorias USB y smartphones con precios más accesibles.

Triple-Level Cell (TLC)

El propio nombre lo indica: el tipo TLC almacena tres bits por celda, por lo tanto, el volumen de datos que puede ser guardado en la unidad aumenta considerablemente. Es el estándar más reciente que tenemos en el mercado.

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Sin embargo, el rendimiento también es menor en comparación con la tecnología MLC, después de todo, obtenemos ocho posibles valores con tres bits, razón por la cual hay más variedad de tensiones: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 y 111.

Aquí, el principal beneficio es el aumento de espacio de almacenamiento, ya que las memorias TLC suelen ser más lentas que los chips MLC que, a su vez, tienen menos rendimiento que la tecnología SLC.

Aun así, las memorias TLC y MLC son más rápidas que los discos duros, razón por la cual su uso es viable en la mayoría de las aplicaciones: en muchas situaciones, no compensa tener un SSD bastante rápido, pero que no ofrece una capacidad de almacenamiento suficiente.

¿Cuáles son las ventajas y las desventajas?

La gran ventaja de los discos de estado sólido con tecnología TLC está en su precio más bajo. Esto porque las unidades con la tecnología son más densas, almacenando más datos con la misma cantidad de espacio. O sea, ellos terminan teniendo una eficiencia de costo mayor. Pero esto, como todo en la vida, tiene un precio.

Los discos de estado sólido con la tecnología TLC terminan no siendo tan rápidos ni tan durables como los modelos con MLC. Por eso, no están indicados para el uso profesional.

En verdad, los discos de estado sólido con TLC son más adecuados para los usuarios domésticos. Para este tipo de usuarios, no hay una diferencia de rendimiento notable, al menos en la gran mayoría de los casos.

¿Cuántos ciclos de grabación soportan sin perder su capacidad de almacenar datos?

Está claro que el número de ciclos de escritura soportado por una célula afecta a su vida útil. Pero, afortunadamente, no es el único factor. Hay otros dos de gran importancia: la frecuencia con la que el valor contenido en la celda es modificado (la frecuencia con la que se lee no tiene ninguna influencia en la vida útil) y la capacidad de la unidad de almacenamiento masivo (en nuestro caso, del SSD o un dispositivo de estado sólido) en el que está instalada.

La importancia de la frecuencia de las operaciones de grabación es obvia: la frecuencia de las operaciones de escritura en una celda que soporta diez mil ciclos de escritura de una unidad poco utilizada o que almacena datos estáticos, es pequeña. Esta célula, por lo tanto, durará mucho más que la otra, instalada en una unidad que se utiliza para almacenar datos dinámicos cuyos valores cambian a menudo y a toda hora deben ser reescritos.

Tan importante como el banco de memoria donde se almacenan los datos en un SSD es el controlador contenido en su interior, que funciona como interfaz entre el disco SSD y el ordenador. Este es el controlador que decide en qué células serán guardados los datos.

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Durante estos últimos años en que los SSD se vienen difundiendo, los algoritmos que determinan cuáles serán estas células se perfeccionaron. Los controladores más modernos buscan distribuir las operaciones de lecturas de las células disponibles en los SSD de la forma más homogénea posible, evitando que algunas células reciban muchas más operaciones de escritura que otras.

En los inicios de la utilización de los SSD, las unidades eran de capacidad relativamente pequeña. Hoy ya se encuentran fácilmente en el mercado unidades de 1 TB. Pues bien, si se aumenta considerablemente el número total de células en las cuales se pueden distribuir las operaciones de escritura, la frecuencia con la que cada celda se sobrescribe se reduce en razón directa de este aumento.

De ahí la importancia de la capacidad de la unidad SSD en lo que toca a su longevidad. Pero aún así, los dispositivos basados en MLCs tienen un período de vida útil mucho menor que aquellos basados en SLC.

Otra diferencia importante es la rapidez con la que se realizan las operaciones de escritura. Aunque esta vez, las operaciones de lectura no interfieren. Después de todo, para medir una tensión basta con aplicar un sensor a los puntos donde hay una diferencia de potencial eléctrico. Pero en el caso de la escritura, la cosa es diferente.

Este tipo de celda de memoria, como se puede observar, puede almacenar ocho diferentes valores (000<sub>2</sub> = 010 hasta 1112 = 710). La simple observación es suficiente para evidenciar que “escribir” un valor (ajustar el nivel de voltaje) es mucho más complicado (y por lo tanto más lento) cuando el número de valores posibles aumenta. Y, aumentando el rango de tensiones, aumenta el consumo de energía.

Cuestión de la temperatura

Hasta hace poco, los módulos de memoria disipaban calor, pero esto nunca llegó a ser preocupante. Sin embargo, cuando se trata de memorias “flash” de múltiples niveles, la cosa es diferente.

Después de todo, estas operan en frecuencias altas y utilizan tensiones relativamente altas, dos factores importantes en lo que toca a la disipación de calor y, por lo tanto, al aumento de la temperatura del chip.

La cosa es especialmente delicada cuando se trata de memorias MLC, donde es mayor el número de umbrales de las tensiones internas que identifican el valor almacenado.

Esto porque las temperaturas demasiado elevadas pueden interferir en estos umbrales, lo que modifica el valor almacenado y compromete completamente la fiabilidad de la memoria.

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El resultado es que definitivamente no es aconsejable que las bases de este tipo de memoria se mantengan en temperaturas de operación muy altas. Por esta razón algunos dispositivos (por ejemplo, algunos SSD de Samsung) disponen de sensores de temperatura que simplemente ralentizan las escrituras (las lecturas, como siempre, poco afectan a la disipación de calor) en los casos en que se detectan temperaturas por encima de los 70 grados centígrados y solo vuelven al funcionamiento normal cuando los bancos se enfrían hasta por debajo de este valor límite.

Las memorias de un solo nivel (SLC) son mucho más tolerantes a las altas temperaturas. Esto es así porque como puede tomar solo uno de entre dos estados, la tolerancia es mucho mayor a que la temperatura cambie ligeramente el umbral de tensión, entonces el valor almacenado no se modifica.

Por esto los SSD de celda simple, más caros pero que soportan temperaturas más altas, son clasificados como “industriales”, mientras que los MLC, que deben operar en un rango de temperatura más baja, son clasificados como “comerciales”.

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Última actualización el 2017-10-20

Conclusión

El MLC tiene más vida útil que el TLC, porque es más fácil de distinguir los 4 estados posibles de tensión que los 8 que tienen un margen de error menor. Por esto también que un SSD TLC es más barato y lo encontramos en SSD de gama baja y media.

Ahora ya sabemos que los SSD basados en memorias MLC son más caros que los TLC, soportan menor densidad de datos, son más rápidos y pueden soportar temperaturas más altas, con una vida útil más larga y consumiendo menos energía. ¿Qué te parece todo? ¡Ya nos comentáis vuestras impresiones, después de leer el artículo!

Miguel Ángel Navas

Amante de la informática, los smartphones y la tecnología en general. Técnico superior en Administración de sistemas informáticos y redes, certificado en CISCO y un reviewer sin pelos en la lengua. Cualquier duda o cuestión aquí me tenéis.
  • Juan Gilsanz

    Un SSD MLC vale 10€ más que uno TLC. Merece más la pena pillar el MLC que el TLC por esa diferencia de precio

  • Intento priorizar SIEMPRE los SSD MLC, y considero que en la mayoría de casos se puede tirar por uno perfectamente. Aunque ciertos TLC 3D como el Samsung 850 EVO no sufran de esas caídas tan brutales que tienen la mayoría de SSDs TLC con tests de 4GB o más (insisto, caídas brutales), considero que por un precio y rendimiento similar, o aunque sea un poquito peor, tirar por la fiabilidad y durabilidad de un MLC es una buena idea.

    Intento comprar cosas que me duren lo máximo posible, y con un SSD TLC no se llegaría a una longevidad tan grande. Recomiendo a todo el mundo que no caiga en mi error de comprar un Samsung 850 EVO, y que intenten apostar por unidades MLC. Hay tiendas con una variedad bastante mala, pero bueno, a las malas se mira en Alternate.es [tienda alemana seria y fiable, envío 8€]…

    – Kingston KC400 (no confundir con UV400 o similares)
    – ADATA SX930
    – Kingston HyperX Savage (los rojos)
    – G.Skill Phoenix FTL

    Quizás el ADATA y el G.Skill son los más atractivos para mí en términos de calidad. También hay por tan solo 50€ un Patriot cuyo modelo desconozco, de 120GB, en Alternate. Tiene como es de esperar un rendimiento normalillo, pero es que a ese precio va a ir mejor que cualquier TLC…

  • Obliterator

    Excelente articulo, muchas gracias.

  • Estuardo Avila

    Buen artículo!
    Una pregunta: Que SSD’s vienen con MLC o SLC en los factores de forma de 2.5″ y M.2?
    #Saludos

    • Buenas,

      Te toca buscar por cada modelo que tipo de memoria. NO hay ninguna tabla que lo indique, al menos no la he encontrado