Новіше не завжди краще. Нещодавно виробники твердотільних накопичувачів почали обмежувати швидкість та надійність, щоб зацікавити більше місця для зберігання даних на своїх дисках. Протоколи типу NVMe і PCIe стають швидшими, але деякі твердотільні накопичувачі повертаються назад.
Проблема QLC Flash
Ось проблема. Виготовлення твердотільних накопичувачів є дорогим, і мало хто хоче заплатити 200 доларів за твердотільний диск об’ємом 512 ГБ, якщо ви можете отримати механічні жорсткі диски “2000 ГБ” менше, ніж за 50 доларів. Більші потужності продаються.
Виробники твердотільних накопичувачів збільшують ємність зберігання, знижуючи витрати, але це погано для продуктивності та витривалості. Великі твердотільні накопичувачі можуть дешевшати, але за кожен стрибок у технології твердотільних накопичувачів існує компроміс. На даний момент ми спостерігаємо зростання твердотільних накопичувачів Quad Level Cell (QLC), які можуть зберігати 4 біти інформації в кожному осередку пам'яті. QLC не замінив стандартні твердотільні накопичувачі повністю, але кілька дисків, що використовують його, пробилися на ринок і у них виникли проблеми.
Зокрема, виробники твердотільних накопичувачів повинні знайти спосіб помістити більше місця в однакові за розміром мікросхеми NAND (фактична частина SSD, що зберігає дані). Традиційно це робилося за допомогою процес вузол усадки , роблячи транзистори всередині спалаху меншими. Але оскільки закон Мура сповільнюється, ви повинні бути більш креативними.
Геніальне рішення - це багаторівневий спалах NAND. Спалах NAND здатний зберігати певний рівень напруги в комірці протягом тривалого періоду. Традиційний спалах NAND зберігає два рівні - увімкнення та вимкнення. Це називається SLC спалах, і це дуже швидко. Але оскільки NAND по суті зберігає аналогову напругу, ви можете представляти кілька бітів з дещо різними рівнями напруги, наприклад:
Проблема, як показано тут, полягає в тому, що вона збільшується експоненціально . Для спалаху SLC потрібна лише напруга або її відсутність. Для спалаху MLC потрібні чотири рівні напруги. TLC потрібно вісім. І в останньому році QLC flash робить прорив на ринок, вимагаючи 16 окремих рівнів напруги.
Це призводить до багатьох проблем. Коли ви додаєте більше рівнів напруги, стає все важче і важче відрізнити біти. Це робить спалах QLC на 25% щільнішим, ніж TLC, але значно повільнішим. На швидкість читання це не впливає настільки, але швидкість запису занурюється. Більшість твердотільних накопичувачів (із використанням новішого протоколу NVMe) коливаються в межах 1500 МБ / с для тривалого читання та запису (тобто завантаження чи копіювання великих файлів). Але QLC Flash працює лише між ними 80-160 МБ / с для тривалої запису , що гірше, ніж пристойний жорсткий диск.
SSD-накопичувачі QLC руйнуються набагато швидше
Усі твердотільні накопичувачі, як правило, мають вигідну стійкість до запису порівняно з жорсткими дисками. Щоразу, коли ви пишете в комірку на SSD, вона повільно стирається. Стирання клітини повинно позбавити її від електронів, але кілька завжди тримаються, що призводить до того, що клітина «0» з часом стає ближче до «1». Це компенсується контролером шляхом подачі більш позитивної напруги з часом, що чудово, коли у вас є багато місця для напруги. Але QLC цього не робить.
SLC має середнє значення витримка 100 000 циклів програмування / стирання (операції запису). MLC має між 35000 і 10000. TLC нараховує близько 5000. Але QLC має лише мізерні 1000. Це робить QLC непридатним для дисків частого доступу, таких як ваш завантажувальний диск, на які дуже часто записується.
Підсумок - не купуйте диск QLC для використання на системному диску операційної системи. Вони занадто ненадійні, щоб бути впевненими, що вони не погіршаться через кілька років. Ми рекомендуємо використовувати великий накопичувач QLC як заміну обертового жорсткого диска, а швидкий SLC, MLC або TLC - як основний диск ОС. Це може бути проблемою для ноутбуків, де у вас немає можливості, але QLC все ще є дуже новим і ще не пробився до ноутбуків.
Ефективне кешування приховує ці проблеми
На цьому етапі ви можете запитати, чому QLC - це навіть річ, коли вона об’єктивно повільніша і ламається набагато швидше, ніж інші типи спалаху. Очевидно, ви не можете продати версію попередньої версії, але виробники SDD знайшли спосіб приховати проблему - кешування.
SSD-накопичувачі QLC присвячують частину накопичувача файлу кеш. Цей кеш ігнорує той факт, що це має бути QLC, а замість цього працює як SLC-спалах. Кеш-пам'ять буде на 75% менше фактичного місця, який він займає, але це буде набагато швидше.
Дані з кеш-пам'яті можна записувати з такою ж швидкістю, як і інші високоякісні твердотільні накопичувачі, і контролер повільно видаляє їх і сортує в комірки QLC. Але коли цей кеш заповнений, контролер повинен писати безпосередньо в повільні комірки QLC, що спричиняє значне зниження продуктивності під час тривалих записів.
Погляньте на цей еталон від Tom’s Hardware's огляд Crucial P1 500GB , споживчий твердотільний накопичувач QLC, який досить чітко демонструє цю проблему:
Червона лінія, що представляє Crucial P1, працює на твердих швидкостях NVMe, хоча і трохи повільно в порівнянні з деякими пропозиціями більш високого класу. Але приблизно після 75 Гб записів кеш заповнюється, і ви можете побачити файл справжній швидкість спалаху QLC. Рядок падає приблизно до 80 МБ / с, повільніше, ніж більшість жорстких дисків для тривалої запису.
ADATA XPG SX8200, накопичувач TLC, демонструє ті самі характеристики, за винятком необробленого спалаху TLC після того, як висадка ще швидша. Більшість інших накопичувачів також використовують цей метод кешування, оскільки він пришвидшує швидкі, невеликі записи на накопичувач (найпоширеніші). Але стійкі записи - це те, що ви помітите найбільше - ви не помітите, якщо копія невеликого файлу займає 0,15 секунди проти 0,21 секунди, але ви помітите, якщо велика копія займе зайвих десять хвилин.
Ви можете легко списати це як крайовий сценарій, але цей кеш назавжди не залишається 75 ГБ. По мірі заповнення накопичувача кеш зменшується. Відповідно до Тестування Anandtech , для лінійки Intel SSD 660p кеш-пам’ять для моделі на 512 ГБ зменшується до лише 6 ГБ, коли накопичувач переважно заповнений, навіть із 128 ГБ вільного місця.
Це означає, що якщо ви заповнили твердотільний накопичувач, а потім спробували встановити 20-30 ГБ гри з Steam, перші 6 ГБ дуже швидко записали на диск, а потім ви почали бачити ті самі швидкості 80 МБ / с для інші файли.
Звичайно, у цьому прикладі ви, ймовірно, обмежені швидкістю завантаження, але у випадку оновлень (які потрібно завантажити, а потім замінити існуючі файли, що фактично вимагає вдвічі більше місця), проблема була б набагато очевиднішою. Ви закінчите завантаження, а потім доведеться вічно чекати його встановлення.
Тож чи слід уникати QLC?
Вам обов’язково слід уникати накопичувачів QLC об’ємом 512 ГБ (і менше, як тільки це стане дешевшим у виробництві), оскільки вони не мають особливого сенсу. Ви заповните їх набагато швидше, і кеш буде меншим, коли він буде заповнений, що робить його значно повільнішим. Плюс, зараз вони не набагато дешевші за альтернативи.
Незважаючи на свої недоліки, спалах QLC не є теж велика проблема, коли ви дивитесь на накопичувачі більшої ємності. Модель 660p на 2 ТБ має мінімум 24 ГБ кеш-пам'яті, коли вона заповнюється. Це все ще флеш QLC, але це прийнятний компроміс для дешевого твердотільного накопичувача на 2 ТБ, який працює дуже швидко більшу частину часу.
З огляду на їх гігантські можливості, твердотільні накопичувачі на основі QLC можуть слугувати гідною заміною обертовому жорсткому диску, якщо ви регулярно робите резервні копії на випадок, якщо це відіб’є. Оптимально для того, до чого ви отримуєте доступ рідко, але хочете бути дуже швидким, коли це робите, і завдяки пристойному розміру кешу SLC більшість стійких операцій запису будуть досить швидкими, поки ви не заповите накопичувач.
Через проблеми з надійністю слід уникати використання його як завантажувального приводу або для чого-небудь, на що дуже часто записується.
Попереду ще багато прогресу в інших аспектах виробництва - кращі контролери, здатні вирішувати більше флеш-мікросхем, дешевші флеш-мікросхеми у міру дозрівання вузлів процесу та, можливо, інші технології взагалі. Спалах QLC не скоро стане стандартом; в даний час це просто ще один варіант. Просто переконайтеся, що купуючи твердотільний диск, ви перевіряєте технічні характеристики та звертаєте увагу на тип спалаху, який використовується для їх виготовлення.
