Perbedaan SLC, MLC, TLC, QLC dan PLC pada SSD, dari Satu hingga Lima Bit dalam Satu Sel

Perkembangan teknologi penyimpanan data tidak hanya ditentukan oleh kapasitas sebuah perangkat. Di balik sebuah SSD terdapat teknologi NAND Flash yang menentukan bagaimana data disimpan, seberapa banyak data dapat ditampung, serta bagaimana perangkat menangani proses membaca dan menulis data.
Salah satu istilah yang sering muncul dalam spesifikasi SSD adalah SLC, MLC, TLC, dan QLC. Keempat istilah tersebut menunjukkan jumlah bit yang dapat disimpan dalam satu sel NAND. Dalam perkembangan teknologi NAND, muncul pula pembahasan mengenai PLC atau Penta-Level Cell, yang dirancang untuk menyimpan lima bit dalam satu sel.
Perbedaan jumlah bit dalam setiap sel berpengaruh terhadap kepadatan penyimpanan. Semakin banyak bit yang ditempatkan dalam satu sel, semakin banyak data yang dapat ditampung dalam jumlah sel yang sama. Namun, pengelolaan sel menjadi semakin kompleks karena setiap sel harus membedakan lebih banyak kondisi tegangan.
SSD atau Solid State Drive menggunakan NAND Flash sebagai media penyimpanan nonvolatil. Berbeda dengan HDD yang menggunakan piringan magnetik dan komponen mekanis, SSD menyimpan data secara elektronik di dalam sel-sel memori NAND.
NAND Flash dapat mempertahankan data ketika perangkat tidak mendapatkan aliran listrik. Di dalam SSD, NAND tidak bekerja sendirian. Perangkat juga membutuhkan controller dan firmware untuk menangani berbagai proses, termasuk koreksi kesalahan, pengelolaan blok yang rusak, serta wear leveling.
Teknologi NAND kemudian berkembang dengan meningkatkan jumlah bit yang disimpan pada setiap sel. Dari satu bit per sel pada SLC, teknologi berkembang menjadi dua bit pada MLC, tiga bit pada TLC, dan empat bit pada QLC.
SLC merupakan singkatan dari Single-Level Cell. Teknologi ini menyimpan satu bit data pada setiap sel NAND.
Karena hanya terdapat dua kondisi logis yang perlu dibedakan, yaitu 0 dan 1, pengelolaan data pada SLC relatif lebih sederhana dibandingkan NAND dengan kepadatan bit yang lebih tinggi. Teknologi ini dikenal memiliki karakteristik performa dan ketahanan tulis yang tinggi. Micron mencatat SLC digunakan pada sistem yang membutuhkan performa dan ketahanan tulis tinggi, termasuk sistem yang bersifat kritis.
Keterbatasan SLC berada pada kepadatan datanya. Dengan hanya satu bit dalam satu sel, diperlukan lebih banyak sel untuk menghasilkan kapasitas penyimpanan tertentu. Kondisi tersebut membuat biaya penyimpanan per kapasitas menjadi lebih tinggi dibandingkan teknologi NAND yang mampu menyimpan lebih banyak bit dalam satu sel.
SLC lebih banyak ditemukan pada kebutuhan khusus dibandingkan SSD konsumen berkapasitas besar.
MLC merupakan singkatan dari Multi-Level Cell. Dalam penggunaan istilah pada NAND modern, MLC umumnya merujuk pada kemampuan menyimpan dua bit dalam satu sel.
Dua bit berarti terdapat empat kemungkinan kombinasi data dalam satu sel. Dibandingkan SLC, jumlah data yang dapat disimpan dalam kepadatan fisik yang sama menjadi lebih besar.
Micron menyebut MLC mampu menyimpan dua bit per sel dan menawarkan keseimbangan antara performa serta ketahanan tulis untuk berbagai aplikasi penyimpanan.
Namun, meningkatnya jumlah kondisi yang harus dibedakan membuat proses pengelolaan sel menjadi lebih kompleks dibandingkan SLC. MLC juga membutuhkan pengendalian dan koreksi kesalahan yang lebih cermat.
Dalam perkembangan pasar SSD, penggunaan MLC pada produk baru semakin berkurang. Micron mencatat MLC berada dalam tren penurunan untuk desain produk baru, sementara teknologi dengan kepadatan lebih tinggi seperti TLC dan QLC semakin banyak digunakan.
TLC merupakan singkatan dari Triple-Level Cell. Setiap sel NAND TLC menyimpan tiga bit data.
Dengan tiga bit dalam satu sel, terdapat delapan kemungkinan keadaan yang harus dibedakan. Peningkatan kepadatan tersebut memungkinkan produsen menghasilkan SSD dengan kapasitas lebih besar tanpa menambah jumlah sel secara proporsional.

TLC kemudian menjadi salah satu teknologi NAND yang banyak digunakan dalam SSD konsumen. Micron menyebut TLC digunakan dalam berbagai perangkat penyimpanan, termasuk PC, pusat data, perangkat seluler, dan berbagai aplikasi lainnya.
Kingston juga mencatat TLC menjadi teknologi yang umum digunakan pada SSD modern karena memberikan kombinasi antara kapasitas, biaya, performa, dan ketahanan yang berbeda dari SLC maupun MLC.
Dalam SSD modern, TLC juga sering dipadukan dengan teknologi pSLC cache. Pada mekanisme tersebut, sebagian NAND TLC diprogram dengan cara yang memungkinkan sel bekerja dalam mode yang menyerupai SLC untuk menerima data dalam waktu singkat. Setelah itu, data dapat dipindahkan ke area penyimpanan TLC sebenarnya.
Karena itu, kecepatan yang terlihat ketika melakukan transfer data tidak selalu menggambarkan kecepatan NAND secara keseluruhan. Controller, cache, kapasitas yang masih tersedia, firmware, dan pola beban kerja turut memengaruhi performa SSD.
QLC merupakan singkatan dari Quad-Level Cell. Teknologi ini menyimpan empat bit dalam satu sel NAND.
Empat bit menghasilkan 16 kemungkinan keadaan yang harus dibedakan pada sebuah sel. Kepadatan penyimpanan menjadi lebih tinggi dibandingkan TLC sehingga produsen dapat membuat SSD berkapasitas besar dengan jumlah sel fisik yang lebih efisien.
Micron menjelaskan bahwa QLC menawarkan kepadatan lebih tinggi dibandingkan SLC, MLC, dan TLC. Teknologi tersebut digunakan untuk kebutuhan penyimpanan berkapasitas tinggi dan sensitif terhadap biaya.
Peningkatan jumlah bit juga membuat proses pengelolaan sel semakin kompleks. QLC harus membedakan lebih banyak tingkat tegangan untuk menentukan data yang tersimpan.
Karakteristik tersebut membuat QLC banyak dikaitkan dengan penggunaan yang lebih berorientasi pada kapasitas dan aktivitas membaca data. Namun, perkembangan controller, koreksi kesalahan, serta algoritma caching terus meningkatkan kemampuan SSD berbasis QLC. Micron mencatat QLC semakin digunakan untuk berbagai aplikasi, termasuk penyimpanan konsumen dan lingkungan enterprise.
Setelah QLC, teknologi NAND juga mengarah pada PLC atau Penta-Level Cell. Berbeda dengan empat generasi yang lebih umum dikenal, PLC dirancang untuk menyimpan lima bit data dalam satu sel.
Lima bit menghasilkan 32 kemungkinan keadaan yang harus dibedakan dalam satu sel. Secara konsep, peningkatan ini memungkinkan kepadatan penyimpanan yang lebih tinggi dibandingkan QLC.
Namun, peningkatan jumlah bit juga meningkatkan tuntutan terhadap kemampuan membaca dan menulis sel secara akurat. Semakin banyak kondisi yang harus dibedakan, semakin kecil jarak antarlevel yang digunakan untuk merepresentasikan data.
Karena itu, pengembangan PLC berkaitan erat dengan teknologi controller, koreksi kesalahan, manajemen NAND, serta teknik pengelolaan data yang semakin kompleks.
PLC masih berada pada tahap pengembangan dan adopsinya belum setara dengan TLC atau QLC dalam SSD konsumen. Pembahasan mengenai PLC terutama berkaitan dengan kebutuhan meningkatkan kapasitas NAND dan menekan biaya penyimpanan per bit.
Jumlah bit per sel terutama berkaitan dengan kepadatan penyimpanan, bukan ukuran langsung kecepatan sebuah SSD.
SLC menyimpan satu bit per sel, MLC dua bit, TLC tiga bit, dan QLC empat bit. Dengan jumlah sel fisik yang sama, QLC dapat menyimpan lebih banyak data dibandingkan TLC, sedangkan TLC dapat menyimpan lebih banyak dibandingkan MLC.
Namun, semakin banyak bit yang disimpan pada satu sel, semakin banyak kondisi yang harus dibedakan ketika data dibaca atau ditulis. Inilah salah satu alasan karakteristik performa dan ketahanan setiap teknologi NAND berbeda.
Kecepatan SSD yang dirasakan pengguna juga dipengaruhi oleh controller, interface seperti SATA atau PCIe, protokol NVMe, DRAM atau DRAM-less architecture, kapasitas cache, firmware, serta desain keseluruhan SSD.
Karena itu, dua SSD yang sama-sama menggunakan TLC belum tentu memiliki performa yang sama.
Secara sederhana, perkembangan teknologi tersebut dapat dilihat dari jumlah bit yang ditempatkan pada satu sel.

SLC dan MLC memiliki kepadatan lebih rendah, tetapi karakteristik ketahanan dan performanya secara umum lebih tinggi. TLC meningkatkan kepadatan sekaligus mempertahankan performa yang sesuai untuk berbagai perangkat konsumen. QLC meningkatkan kepadatan lebih jauh untuk kebutuhan kapasitas besar. PLC membawa konsep tersebut ke tingkat berikutnya dengan lima bit dalam satu sel.
NAND Flash memiliki batas siklus Program/Erase atau P/E. Siklus tersebut menggambarkan proses ketika sel diprogram untuk menyimpan data dan kemudian dihapus untuk digunakan kembali.
Ketahanan sebuah NAND tidak hanya ditentukan oleh jenis sel. Proses fabrikasi, generasi NAND, controller, firmware, over-provisioning, algoritma wear leveling, dan metode koreksi kesalahan juga berpengaruh.
Kingston mencatat bahwa ketahanan P/E sebuah NAND dapat berbeda secara signifikan bergantung pada proses manufaktur dan jenis NAND yang digunakan.
Pada SSD konsumen, ketahanan perangkat sering dinyatakan melalui TBW atau Terabytes Written, yaitu jumlah total data yang dinyatakan dapat ditulis ke drive dalam spesifikasi tertentu.
Angka TBW tidak dapat disamakan secara langsung dengan jumlah siklus P/E karena SSD memiliki mekanisme internal untuk mengatur distribusi penulisan dan mengelola NAND.
Jenis NAND bukan satu-satunya komponen yang menentukan kemampuan SSD.
Controller berfungsi sebagai penghubung antara sistem komputer dengan NAND Flash. Komponen ini menangani berbagai pekerjaan, termasuk pengaturan data, koreksi kesalahan, wear leveling, dan pengelolaan blok yang tidak lagi dapat digunakan.
Pada NAND dengan kepadatan tinggi seperti TLC dan QLC, controller menjadi semakin penting karena harus menangani banyak kondisi penyimpanan dalam setiap sel.
Teknologi ECC atau Error Correction Code digunakan untuk membantu menjaga integritas data ketika karakteristik sel berubah akibat penggunaan.
Perbedaan SLC, MLC, TLC, dan QLC tidak sama dengan perbedaan 2D NAND dan 3D NAND.
SLC, MLC, TLC, dan QLC menjelaskan jumlah bit yang disimpan dalam sebuah sel, sedangkan 2D dan 3D NAND menjelaskan struktur fisik susunan sel.
Pada 2D NAND atau planar NAND, sel memori disusun pada satu bidang. Ketika kebutuhan kapasitas meningkat, produsen menghadapi keterbatasan dalam memperkecil ukuran sel.
3D NAND menggunakan pendekatan berbeda dengan menumpuk lapisan sel secara vertikal. Pendekatan tersebut memungkinkan peningkatan kepadatan tanpa hanya mengandalkan pengecilan ukuran sel secara horizontal.
Teknologi 3D NAND kemudian digunakan dalam berbagai jenis NAND, termasuk TLC dan QLC.
Mengapa SSD dengan kapasitas sama dapat memiliki harga berbeda?
Kapasitas bukan satu-satunya komponen biaya sebuah SSD.
Dua SSD dengan kapasitas 1 TB, misalnya, dapat menggunakan jenis NAND berbeda dan memiliki controller, cache, firmware, serta tingkat ketahanan yang berbeda pula.
Harga sebuah SSD juga berkaitan dengan jenis NAND, jumlah die, desain controller, DRAM, kapasitas cache, interface, garansi, serta tingkat ketahanan yang ditawarkan.
Kingston mencatat bahwa TLC dan QLC menjadi jenis Flash yang lebih umum digunakan pada SSD notebook dan PC desktop karena biaya SLC dan MLC yang lebih tinggi.
TLC dan QLC menjadi dua teknologi yang banyak ditemui pada SSD konsumen modern.
TLC menyediakan tiga bit per sel dan digunakan pada berbagai perangkat mulai dari PC hingga sistem penyimpanan yang membutuhkan performa dan kepadatan tinggi. QLC menyediakan empat bit per sel dan menawarkan kepadatan yang lebih tinggi untuk kebutuhan penyimpanan berkapasitas besar.
Perbedaan karakteristik tersebut membuat spesifikasi SSD perlu dilihat secara keseluruhan. Jenis NAND memberikan informasi mengenai struktur penyimpanan, tetapi belum menggambarkan seluruh kemampuan sebuah SSD.
Spesifikasi seperti kecepatan baca dan tulis, TBW, kapasitas cache, controller, interface PCIe atau SATA, generasi NVMe, serta garansi menjadi bagian lain dari karakteristik perangkat penyimpanan.
Perjalanan teknologi NAND memperlihatkan pola peningkatan kepadatan yang cukup jelas. SLC menyimpan satu bit per sel, MLC dua bit, TLC tiga bit, QLC empat bit, sementara PLC dirancang untuk lima bit per sel.
Setiap peningkatan jumlah bit memungkinkan lebih banyak data disimpan dalam jumlah sel yang sama. Di sisi lain, jumlah keadaan yang harus dibedakan oleh sistem penyimpanan juga bertambah, dari dua keadaan pada SLC menjadi empat pada MLC, delapan pada TLC, dan 16 pada QLC.
Perkembangan NAND selanjutnya tidak hanya bergantung pada jumlah bit dalam satu sel. Peningkatan jumlah lapisan pada 3D NAND, kemampuan controller, teknologi koreksi kesalahan, firmware, serta metode pengelolaan data menjadi bagian dari pengembangan penyimpanan Flash berkapasitas tinggi.