Новіше не завжди краще. Нещодавно виробники твердотільних накопичувачів почали компромісувати зі швидкістю та надійністю, щоб затиснути більше місця для зберігання даних у свої накопичувачі. Такі протоколи, як NVMe і PCIe, стають швидшими, але деякі SSD повертаються назад.
QLC Flash є проблемою
Ось проблема. Виготовлення твердотільних накопичувачів коштує дорого, і мало хто хоче платити 200 доларів за SSD на 512 ГБ, коли ви можете отримати механічні жорсткі диски «2000 ГБ» менше ніж за 50 доларів. Більші потужності продають.
Виробники твердотільних накопичувачів збільшують ємність зберігання, знижуючи витрати, але це погано для продуктивності та витривалості. Великі твердотільні накопичувачі можуть дешевшати, але для кожного стрибка в технології SSD є компроміс. Наразі ми спостерігаємо зростання твердотільних накопичувачів Quad Level Cell (QLC), які можуть зберігати 4 біти інформації на комірку пам’яті. QLC не замінив повністю стандартні твердотільні накопичувачі, але кілька дисків, які використовують його, вийшли на ринок, і у них виникли проблеми.
Зокрема, виробники SSD повинні знайти спосіб вмістити більше місця в флеш-чіпи NAND такого ж розміру (фактична частина SSD для зберігання даних). Традиційно це робилося за допомогою стиснення вузла процесу, завдяки чому транзистори всередині спалаху зменшувалися. Але оскільки закон Мура сповільнюється, вам потрібно бути більш креативними.
Геніальне рішення – багаторівнева флеш-пам’ять NAND. Flash-пам’ять NAND здатна зберігати певний рівень напруги в елементі протягом тривалого періоду. Традиційна флеш-пам’ять NAND зберігає два рівні – увімкнено та вимкнено. Це називається спалах SLC, і він дуже швидкий. Але оскільки NAND по суті зберігає аналогову напругу, ви можете представляти кілька біт з дещо різними рівнями напруги, наприклад:
Проблема, як показано тут, полягає в тому, що вона експоненціально збільшується. Спалаху SLC потрібна лише напруга або її відсутність. Спалаху MLC потрібні чотири рівні напруги. TLC потребує вісім. А в останній рік спалах QLC зробив прорив на ринку, вимагаючи 16 окремих рівнів напруги.
Це призводить до багатьох проблем. Коли ви додаєте більше рівнів напруги, відрізнити біти стає все важче і важче. Це робить спалах QLC на 25% щільнішим, ніж TLC, але значно повільнішим. Швидкість читання не сильно впливає, але швидкість запису занурюється. Більшість SSD (використовуючи новіший протокол NVMe) мають швидкість близько 1500 МБ/с для тривалого читання та запису (тобто, завантаження або копіювання великих файлів). Але спалах QLC керує лише між ними 80-160 МБ/с для тривалого запису, що гірше, ніж пристойний жорсткий диск.
QLC SSD ламаються набагато швидше
Усі SSD, як правило, мають несприятливу витривалість запису порівняно з жорсткими дисками. Щоразу, коли ви пишете в осередок SSD, він повільно зношується. Передбачається, що стирання комірки позбавить її від електронів, але кілька завжди залишаються поруч, через що клітинка «0» з часом наближається до «1». Це компенсується контролером, застосовуючи більш позитивну напругу з часом, що добре, якщо у вас є багато вільного місця для напруги. Але QLC ні.
SLC має середній витривалість запису 100 000 циклів програмування/стирання (операції запису). MLC має від 35 000 до 10 000. TLC налічує близько 5 тис. Але QLC має лише мізерну 1000. Це робить QLC непридатним для дисків частого доступу, таких як ваш завантажувальний диск, які дуже часто записуються.
Підсумок — не купуйте диск QLC, щоб використовувати його для системного диска вашої операційної системи. Вони занадто ненадійні, щоб бути впевненими, що вони не погіршаться за кілька років. Ми рекомендуємо використовувати великий диск QLC як заміну жорсткому диску, що обертається, і використовувати швидкий диск SLC, MLC або TLC як основний диск ОС. Це може бути проблемою в ноутбуках, де у вас немає можливості, але QLC все ще дуже новий і ще не потрапив у ноутбуки.
Ефективне кешування приховує ці проблеми
У цей момент ви можете запитати, чому QLC взагалі є річчю, коли вона об’єктивно повільніша і ламається набагато швидше, ніж інші типи спалаху. Зрозуміло, що ви не можете рекламувати зниження, але виробники SDD знайшли спосіб приховати проблему — кешування.
QLC SSD виділяє частину диска в кеш. Цей кеш ігнорує той факт, що він повинен бути QLC і натомість працює як SLC flash. Кеш буде на 75% меншим, ніж фактичний простір на диску, який він займає, але він буде набагато швидшим.
Дані з кешу можуть бути записані з тією ж швидкістю, що й інші високоякісні SSD, і повільно видаляються контролером і сортуються в осередках QLC. Але коли цей кеш заповнений, контролер повинен записувати безпосередньо в повільні комірки QLC, що спричиняє значне зниження продуктивності під час тривалих записів.
Подивіться на цей тест від Tom’s Hardware’s огляд Crucial P1 500GB, споживчий QLC SSD, який досить чітко показує цю проблему:
Червона лінія, що представляє Crucial P1, працює на стабільній швидкості NVMe, хоча й трохи повільно в порівнянні з деякими пропозиціями вищого класу. Але приблизно після 75 ГБ запису кеш заповнюється, і ви можете побачити реальну швидкість QLC flash. Лінія різко падає приблизно до 80 МБ/с, повільніше, ніж більшість жорстких дисків для тривалого запису.
ADATA XPG SX8200, TLC-накопичувач, демонструє ті ж характеристики, за винятком того, що вихідний спалах TLC після відключення все ще швидший. Більшість інших дисків також використовують цей метод кешування, оскільки він прискорює швидкі невеликі записи на диск (які є найбільш поширеними). Але тривале записування — це те, що ви помітите найбільше — ви не помітите, якщо копія маленького файлу займає 0,15 секунди проти 0,21 секунди, але ви помітите, якщо копія великого файлу займе більше десяти хвилин.
Ви можете легко списати це як сценарій крайнього випадку, але цей кеш не залишається 75 ГБ назавжди. У міру заповнення накопичувача кеш стає менше. Відповідно до Тестування Anandtech, для лінійки твердотільних накопичувачів Intel 660p кеш-пам’ять для моделі 512 ГБ зменшено до 6 ГБ, коли накопичувач майже заповнений, навіть якщо залишилося 128 ГБ місця.
Це означає, що якщо ви заповните свій SSD, а потім спробуєте встановити гру на 20-30 ГБ зі Steam, перші 6 ГБ запишуть на диск надзвичайно швидко, а потім ви почнете бачити ті самі швидкості 80 МБ/с для файли, що залишилися.
Зрозуміло, ви, ймовірно, обмежені швидкістю завантаження в цьому прикладі, але у випадку оновлень (які потребують завантаження, а потім заміни існуючих файлів, що фактично потребує вдвічі більше місця) проблема буде набагато більш очевидною. Ви завершите завантаження, а потім доведеться вічно чекати, поки він установиться.
Тож чи варто уникати QLC?
Вам точно слід уникати дисків QLC з 512 ГБ (і менше, коли їх виробництво стане дешевшим), оскільки вони не мають великого сенсу. Ви заповните їх набагато швидше, а кеш буде меншим, коли він буде заповнений, що значно повільніше. Крім того, наразі вони не набагато дешевші за альтернативні варіанти.
Незважаючи на свої недоліки, флеш-пам’ять QLC не є великою проблемою, якщо ви подивитеся на накопичувачі більшої ємності. Модель 660p на 2 ТБ має мінімум 24 ГБ кеш-пам’яті, коли вона заповнена. Це як і раніше флеш-пам’ять QLC, але це прийнятний компроміс для дешевого 2 ТБ SSD, який більшу частину часу працює дуже швидко.
Враховуючи їх гігантську ємність, твердотільні накопичувачі на базі QLC можуть служити гідною заміною жорсткого диска, що обертається, за умови, що ви регулярно створюєте резервні копії на випадок, якщо він не вийде. Це оптимально для того, до чого ви нечасто звертаєтесь, але хочете бути дуже швидкими, коли ви це робите, а з кеш-пам’яттю SLC пристойного розміру більшість тривалих операцій запису будуть досить швидкими, поки ви не заповните накопичувач.
Через проблеми з надійністю вам слід уникати використання його як завантажувального диска або для чогось, на що дуже часто записується.
В інших аспектах виробництва ще потрібно досягти значного прогресу — кращі контролери, здатні працювати з більшою кількістю флеш-чіпів, дешевші флеш-чіпи в міру дозрівання технологічних вузлів і, можливо, інші технології взагалі. QLC flash не стане стандартом найближчим часом; наразі це просто інший варіант. Тільки переконайтеся, що купуючи SSD, ви перевіряєте технічні характеристики та звертаєте увагу на тип флеш-пам’яті, який використовується для їх виготовлення.