Nowsze nie zawsze są lepsze. Niedawno producenci dysków SSD zaczęli poświęcać szybkość i niezawodność w celu zwiększenia pojemności dysków. Protokoły takie jak NVMe i PCIe stają się coraz szybsze, ale niektóre dyski SSD mają swoje ograniczenia.
QLC Flash jest problemem
Oto problem. Produkcja dysków SSD jest kosztowna, a niewiele osób chce zapłacić 200 USD za dysk SSD o pojemności 512 GB, skoro mechaniczne dyski twarde o pojemności 2000 GB można kupić za mniej niż 50 USD. W rezultacie sprzedawane są dyski o większej pojemności.
Producenci dysków SSD zwiększają pojemność pamięci masowej, obniżając jednocześnie koszty, co jednak niekorzystnie wpływa na wydajność i trwałość. Duże dyski SSD mogą być tańsze, ale każdy postęp w technologii SSD wiąże się z pewnym kompromisem. Obecnie obserwujemy rozwój dysków SSD Quad Level Cell (QLC), które mogą przechowywać 4 bity informacji na komórkę pamięci. QLC nie zastąpił całkowicie standardowych dysków SSD, ale kilka modeli trafiło na rynek, borykając się z problemami.
Producenci dysków SSD muszą znaleźć sposób na zmieszczenie większej ilości danych w chipach NAND flash o tej samej wielkości. Tradycyjnie osiągano to poprzez zmniejszenie węzła procesu, co sprawiało, że tranzystory wewnątrz pamięci flash były mniejsze. Jednak w miarę spowolnienia Prawa Moore’a konieczne jest bardziej kreatywne podejście.
Genialnym rozwiązaniem jest wielopoziomowa pamięć NAND flash. Pamięć flash NAND może przechowywać określony poziom napięcia w komórce przez dłuższy czas. Tradycyjna pamięć flash NAND przechowuje dwa poziomy – włączony i wyłączony, co nazywa się SLC flash i charakteryzuje się dużą szybkością. Jednak NAND przechowuje napięcie analogowe, co pozwala na reprezentowanie wielu bitów z różnymi poziomami napięcia.
Problem polega na tym, że liczba poziomów napięcia rośnie wykładniczo. SLC wymaga jedynie napięcia lub jego braku. MLC wymaga czterech poziomów napięcia, TLC potrzebuje ośmiu, a pamięć flash QLC wymaga aż 16 poziomów napięcia.
To prowadzi do wielu problemów. W miarę dodawania kolejnych poziomów napięcia rozróżnianie bitów staje się coraz trudniejsze. Pamięć flash QLC jest o 25% gęstsza niż TLC, ale znacznie wolniejsza. Na prędkość odczytu nie ma to dużego wpływu, ale prędkość zapisu spada. Większość dysków SSD (korzystających z nowszego protokołu NVMe) osiąga prędkości od 1500 MB/s do ciągłego odczytu i zapisu. Natomiast flash QLC osiąga jedynie 80-160 MB/s dla długotrwałego zapisu, co jest wynikiem gorszym niż w przypadku dobrego dysku twardego.
Dyski SSD QLC psują się znacznie szybciej
Wszystkie dyski SSD mają generalnie niską trwałość zapisu w porównaniu z dyskami twardymi. Każde zapisanie danych do komórki na dysku SSD powoduje jej powolne zużycie. Wymazanie komórki ma na celu uwolnienie jej od elektronów, ale niektóre z nich zawsze pozostają, co sprawia, że komórka „0” z czasem zmienia się w „1”. To jest kompensowane przez kontroler, który z czasem przyłożony bardziej dodatnie napięcie, co jest w porządku, gdy masz dużo wolnego miejsca na napięcie. Jednak w przypadku QLC jest to problematyczne.
SLC ma średnią wytrzymałość zapisu 100 000 cykli programowania/kasowania. MLC ma od 35 000 do 10 000 cykli, a TLC około 5000. Natomiast QLC ma tylko 1000 cykli, co sprawia, że jest on nieodpowiedni do dysków o częstym dostępie, takich jak dyski rozruchowe, które są zapisywane bardzo często.
Podsumowując – nie kupuj dysku QLC do napędu systemu operacyjnego. Są one zbyt niewiarygodne, aby mieć pewność, że nie ulegną degradacji za kilka lat. Zalecamy używanie dużego dysku QLC jako zamiennika obracającego się dysku twardego i korzystanie z szybkiego dysku SLC, MLC lub TLC jako podstawowego dysku systemu operacyjnego. Może to stanowić problem w laptopach, gdzie nie masz takiej opcji, ale QLC jest nadal nową technologią i nie jest powszechnie stosowana w laptopach.
Wydajne buforowanie ukrywa te problemy
W tym momencie możesz zapytać, dlaczego QLC jest w ogóle na rynku, skoro jest obiektywnie wolniejszy i psuje się znacznie szybciej niż inne typy flash. Oczywiście nie można sprzedawać obniżonej wersji, ale producenci SSD znaleźli sposób na ukrycie problemu – buforowanie.
Dyski QLC SSD przeznaczają część pamięci na pamięć podręczną. Ta pamięć podręczna działa jak pamięć flash SLC i będzie o 75% mniejsza niż rzeczywista pojemność dysku, ale znacznie szybsza.
Dane z pamięci podręcznej można zapisywać z prędkością porównywalną z innymi dyskami SSD z wyższej półki, a następnie powoli przenosić do komórek QLC. Jednak gdy pamięć podręczna jest pełna, kontroler musi pisać bezpośrednio do wolnych komórek QLC, co powoduje znaczący spadek wydajności podczas długotrwałych zapisów.
Przykład testu porównawczego Tom’s Hardware pokazuje ten problem na przykładzie Crucial P1 500GB, konsumenckiego dysku SSD QLC:
Czerwona linia reprezentująca Crucial P1 osiąga solidne prędkości NVMe, choć jest nieco wolniejsza w porównaniu z niektórymi droższymi modelami. Po około 75 GB zapisów pamięć podręczna zostaje zapełniona i można zobaczyć rzeczywistą prędkość flashowania QLC. Linia spada do około 80 MB/s, co jest wolniejsze niż większość dysków twardych przy długotrwałym zapisie.
Dysk TLC ADATA XPG SX8200 ma te same cechy, ale jego nieprzetworzona pamięć flash TLC pozostaje szybsza. Większość innych dysków również stosuje tę metodę buforowania, ponieważ przyspiesza ona szybkie, niewielkie zapisy na dysku, które są najbardziej powszechne. Jednak najbardziej zauważalne są trwałe zapisy – nie zauważysz, że mała kopia pliku zajmuje 0,15 sekundy w porównaniu z 0,21 sekundy, ale zauważysz, że duża zajmuje dodatkowe dziesięć minut.
Można to traktować jako skrajny przypadek, ale pamięć podręczna nie pozostaje na zawsze 75 GB. W miarę zapełniania dysku pamięć podręczna maleje. Według Testów Anandtech, w przypadku linii Intel SSD 660p pamięć podręczna dla modelu 512 GB maleje do zaledwie 6 GB, gdy dysk jest w większości pełny, nawet przy 128 GB wolnego miejsca.
To oznacza, że jeśli zapełnisz dysk SSD i spróbujesz zainstalować grę 20-30 GB ze Steam, pierwsze 6 GB zapisze się na dysku bardzo szybko, a następnie zaczniesz widzieć te same 80 MB/s prędkości dla pozostałych plików.
W tym przypadku prędkość pobierania może ograniczać, ale w przypadku aktualizacji, które wymagają pobrania, a następnie zastąpienia istniejących plików, co skutkuje koniecznością podwójnego zwiększenia przestrzeni, problem byłby bardziej widoczny. Zakończyłeś pobieranie, a następnie musisz czekać długo, aż instalacja się zakończy.
Czy powinieneś unikać QLC?
Zdecydowanie powinieneś unikać dysków QLC o pojemności 512 GB (i mniejszych), gdyż nie mają one większego sensu. Szybko je wypełnisz, a pamięć podręczna będzie mniejsza, gdy dysk będzie pełny, co znacznie spowolni jego działanie. Poza tym obecnie nie są dużo tańsze od alternatyw.
Mimo swoich wad pamięć flash QLC nie stanowi większego problemu w przypadku dysków o większej pojemności. Model 660p o pojemności 2 TB ma co najmniej 24 GB pamięci podręcznej po zapełnieniu. To wciąż pamięć flash QLC, ale jest to akceptowalny kompromis dla taniego dysku SSD o pojemności 2 TB, który działa naprawdę szybko przez większość czasu.
Biorąc pod uwagę ich ogromne pojemności, dyski SSD oparte na QLC mogą być przyzwoitym zamiennikiem obracającego się dysku twardego, pod warunkiem że regularnie wykonujesz kopie zapasowe. Idealnie nadają się do danych, do których rzadko uzyskujesz dostęp, ale chcesz, aby były one naprawdę szybkie. Przyzwoita wielkość pamięci podręcznej SLC sprawia, że większość długotrwałych operacji zapisu będzie dość szybka, dopóki nie zapełnisz dysku.
Ze względu na problemy z niezawodnością należy unikać używania dysków QLC jako dysku rozruchowego lub do czegokolwiek, co jest często zapisywane.
Nadal istnieje wiele możliwości rozwoju w innych aspektach produkcji – lepsze kontrolery zdolne do obsługi większej liczby chipów flash, tańsze chipy flash w miarę rozwoju technologii procesowej, a być może również całkowicie nowe technologie. Flash QLC nie stanie się wkrótce standardem; obecnie jest to po prostu jedna z opcji. Upewnij się, że przy zakupie dysku SSD sprawdzisz specyfikację techniczną i rodzaj używanej pamięci flash.
newsblog.pl