Det är inte alltid så att nyare teknik automatiskt innebär förbättringar. På senare tid har tillverkare av SSD-enheter börjat prioritera större lagringsutrymme framför snabbhet och tillförlitlighet. Även om protokoll som NVMe och PCIe utvecklas mot högre hastigheter, finns det en del SSD-enheter som faktiskt presterar sämre.
Problemet med QLC Flash
Anledningen till detta är att produktionen av SSD-enheter är en kostsam process. Många konsumenter är ovilliga att betala 200 dollar för en 512 GB SSD när de kan skaffa mekaniska hårddiskar med ”2000 GB” lagringsutrymme för mindre än 50 dollar. Större lagringskapacitet är helt enkelt mer attraktivt för de flesta.
För att öka lagringskapaciteten och samtidigt hålla nere kostnaderna har SSD-tillverkare tagit till metoder som tyvärr påverkar prestanda och hållbarhet negativt. Större SSD-enheter blir därmed mer prisvärda, men det finns en avvägning vid varje steg i SSD-tekniken. Just nu ser vi en ökning av så kallade Quad Level Cell (QLC) SSD-enheter. Dessa kan lagra fyra bitar information per minnescell. Även om QLC inte har helt ersatt de traditionella SSD-enheterna, har några enheter med denna teknologi dykt upp på marknaden och de har inte presterat optimalt.
Specifikt måste SSD-tillverkarna hitta sätt att öka lagringsutrymmet inom samma fysiska storlek på NAND-flashchippen, som är den del av SSD-enheten som faktiskt lagrar data. Tidigare har detta gjorts genom att förminska tillverkningsprocessens nod, vilket resulterat i att transistorerna inuti blixten har blivit mindre. Men i takt med att Moores lag bromsar in har man fått tänka mer kreativt.
Den smarta lösningen har varit NAND-flash med flera nivåer. NAND-flash kan lagra en specifik spänningsnivå i en cell under en längre tid. Vanlig NAND-flash lagrar två nivåer – på och av. Detta kallas SLC-flash och är väldigt snabbt. Men eftersom NAND i huvudsak lagrar en analog spänning, kan du representera flera bitar genom att använda lite olika spänningsnivåer.
Problemet är att detta skalar upp exponentiellt. SLC-flash kräver bara en spänning eller frånvaro av sådan. MLC-flash kräver fyra spänningsnivåer. TLC behöver åtta. Och det senaste året har QLC-flash slagit igenom på marknaden och kräver 16 separata spänningsnivåer.
Detta ger upphov till flera problem. När fler spänningsnivåer läggs till blir det allt svårare att skilja bitarna åt. Detta innebär att QLC flash är 25% tätare än TLC, men betydligt långsammare. Läshastigheten påverkas inte så mycket, men skrivhastigheten försämras markant. De flesta SSD-enheter (som använder det nyare NVMe-protokollet) har i regel en kontinuerlig läs- och skrivhastighet på omkring 1500 MB/s (vid till exempel kopiering av stora filer). QLC flash kan dock bara leverera mellan 80-160 MB/s för ihållande skrivning, vilket är sämre än en bra mekanisk hårddisk.
QLC SSD-enheter går sönder snabbare
Alla SSD-enheter har generellt sett sämre skrivuthållighet jämfört med traditionella hårddiskar. När data skrivs till en cell i en SSD-enhet slits den sakta ut. Att radera en cell är avsett att frigöra den från elektroner, men vissa elektroner stannar alltid kvar, vilket gör att en ”0”-cell gradvis närmar sig ”1” med tiden. Styrenheten kompenserar för detta genom att applicera en mer positiv spänning med tiden. Detta fungerar bra när det finns mycket spänningsutrymme kvar. Men så är inte fallet med QLC.
SLC har en genomsnittlig skrivuthållighet på 100 000 program/raderingscykler. MLC har mellan 35 000 och 10 000. TLC har cirka 5 000. QLC har däremot bara 1 000. Detta gör QLC olämpligt för enheter som används ofta, till exempel din startenhet, som skrivs till mycket frekvent.
Sammanfattningsvis bör du undvika att köpa en QLC-enhet för att använda som operativsystemets systemenhet. De är alldeles för opålitliga och det finns risk att de försämras inom några år. Det rekommenderas att använda en stor QLC-enhet som en ersättning för en traditionell hårddisk och använda en snabbare SLC-, MLC- eller TLC-enhet som din primära operativsystemsenhet. Detta kan vara ett problem i bärbara datorer, där du inte alltid har det valet, men QLC är fortfarande relativt nytt och har ännu inte slagit igenom på bärbara datorer i stor skala.
Effektiv cachning döljer problemen
Vid det här laget kanske du undrar varför QLC ens finns när den objektivt sett är långsammare och går sönder snabbare än de andra blixttyperna. Självklart kan man inte marknadsföra en uppenbar försämring, men SDD-tillverkare har hittat ett sätt att dölja problemet: cachning.
QLC SSD-enheter har en del av enheten dedikerad till ett cacheminne. Detta cacheminne ignorerar det faktum att det är tänkt att vara QLC och fungerar istället som SLC-flash. Cacheminnet är normalt 75 % mindre än det faktiska enhetsutrymmet, men det är betydligt snabbare.
Data från cacheminnet kan skrivas med samma hastighet som andra avancerade SSD-enheter. Datan spolas sedan långsamt ut av styrenheten och sorteras in i QLC-cellerna. Men när cacheminnet är fullt måste styrenheten skriva direkt till de långsamma QLC-cellerna, vilket orsakar en betydande prestandaförsämring vid långa skrivningar.
Se detta benchmark från Tom’s Hardware’s test av Crucial P1 500GB, en konsument QLC SSD, som tydligt visar detta problem:
Den röda linjen som representerar Crucial P1 fungerar med solida NVMe-hastigheter, om än lite långsammare jämfört med andra dyrare alternativ. Men efter cirka 75 GB skrivningar blir cacheminnet fullt och du ser den verkliga hastigheten på QLC-flash. Linjen sjunker till cirka 80 MB/s, vilket är långsammare än de flesta traditionella hårddiskar vid ihållande skrivningar.
ADATA XPG SX8200, en TLC-enhet, visar samma egenskaper, men även efter att cacheminnet har blivit fullt är den råa TLC-blixten fortfarande snabbare. De flesta andra enheter använder också denna cachningsmetod, eftersom den snabbar upp vanliga, snabba och små skrivningar till enheten. Men ihållande skrivningar är det som märks mest. Det märks kanske inte om en liten fil tar 0,15 sekunder istället för 0,21 sekunder att kopiera, men det märks om en stor kopiering tar tio minuter extra.
Detta kanske verkar vara ett unikt fall, men cacheminnet förblir inte 75 GB för alltid. När du fyller enheten minskar cacheminnet. Enligt Anandtechs tester för Intel SSD 660p-serien är cacheminnet för 512 GB-modellen reducerat till bara 6 GB när enheten är nästan full, även med 128 GB utrymme kvar.
Detta innebär att om du fyllt din SSD och sedan försöker installera ett 20-30 GB spel från Steam, kommer de första 6 GB att skrivas till enheten extremt snabbt, men sedan kommer du att börja uppleva samma hastigheter på 80 MB/s för de återstående filerna.
Visst, du är förmodligen begränsad av nedladdningshastigheten i det här exemplet, men när det gäller uppdateringar (som måste laddas ner och sedan ersätta de befintliga filerna, vilket i praktiken kräver dubbelt så mycket utrymme) skulle problemet vara mer märkbart. Du skulle avsluta nedladdningen och sedan behöva vänta länge på att uppdateringen ska installeras.
Bör du undvika QLC?
Du bör definitivt undvika QLC-enheter med 512 GB (och mindre, när de blir billigare att producera) eftersom de helt enkelt inte är särskilt vettiga. Du kommer att fylla dem snabbare och cacheminnet blir mindre när det är fullt, vilket gör dem betydligt långsammare. Dessutom är de för närvarande inte mycket billigare än alternativen.
Trots sina brister är QLC-flash inte ett stort problem när man tittar på hårddiskar med högre kapacitet. 2 TB-modellen av 660p har minst 24 GB cache när den är fylld. Det är fortfarande QLC-flash, men det är en acceptabel kompromiss för en billig 2 TB SSD som fungerar riktigt snabbt i de flesta fall.
Med tanke på deras stora kapacitet kan QLC-baserade SSD-enheter fungera som en bra ersättning för en traditionell hårddisk, förutsatt att du gör regelbundna säkerhetskopior ifall något skulle hända. De är optimala för data som du sällan använder, men vill komma åt snabbt när du väl behöver det. Med ett stort SLC-cache kommer de flesta ihållande skrivoperationer att vara relativt snabba tills du fyller enheten.
På grund av tillförlitlighetsproblemen bör du undvika att använda QLC som startenhet eller för data som skrivs till ofta.
Det finns fortfarande mycket potential för utveckling inom andra aspekter av tillverkningen. Bättre styrenheter som kan hantera fler flashchips, billigare flashchips när tillverkningsprocesserna mognar och kanske helt andra tekniker. QLC-flash kommer inte att bli standard inom kort. Just nu är det bara ett alternativ bland många andra. Se därför till att du alltid kontrollerar de tekniska specifikationerna innan du köper en SSD och noterar vilken typ av blixt som används.