Nyare är inte alltid bättre. Nyligen har SSD-tillverkare börjat byta ut hastighet och tillförlitlighet för att få in mer lagringsutrymme i sina enheter. Protokoll som NVMe och PCIe blir snabbare, men vissa SSD:er går bakåt.
Innehållsförteckning
QLC Flash är problemet
Här är problemet. Att göra SSD: er är dyrt, och få människor vill betala $200 för en 512 GB SSD när du kan få ”2000 GB” mekaniska hårddiskar för mindre än $50. Större kapacitet säljer.
SSD-tillverkare ökar lagringskapaciteten samtidigt som de håller nere kostnaderna – men det är dåligt för prestanda och uthållighet. Stora SSD-enheter kan bli billigare, men det finns en avvägning för varje steg i SSD-tekniken. Vi ser för närvarande ökningen av Quad Level Cell (QLC) SSD:er, som kan lagra 4 bitar av information per minnescell. QLC har inte ersatt standard SSD:er helt, men några enheter som använder den har tagit sig till marknaden och de har fått problem.
Specifikt måste SSD-tillverkare hitta ett sätt att få in mer utrymme i samma storlek NAND-flashchips (den faktiska datalagringsdelen av SSD). Traditionellt gjordes detta med en processnodskrympning, vilket gjorde transistorerna inuti blixten mindre. Men när Moores lag saktar ner, måste du bli mer kreativ.
Den geniala lösningen är NAND-blixt på flera nivåer. NAND-blixt kan lagra en specifik spänningsnivå i en cell under en längre period. Traditionell NAND-blixt lagrar två nivåer – på och av. Detta kallas SLC-blixt, och det är riktigt snabbt. Men eftersom NAND i huvudsak lagrar en analog spänning, kan du representera flera bitar med lite olika spänningsnivåer, som så:
Problemet, som visas här, är att det skalar upp exponentiellt. SLC-blixt kräver endast spänning eller brist på sådan. MLC-blixt kräver fyra spänningsnivåer. TLC behöver åtta. Och under det senaste året har QLC flash gjort ett genombrott på marknaden och krävt 16 separata spänningsnivåer.
Detta leder till många problem. När du lägger till fler spänningsnivåer blir det svårare och svårare att skilja bitarna isär. Detta gör att QLC blinkar 25 % tätare än TLC men betydligt långsammare. Läshastigheten påverkas inte så mycket, men skrivhastigheten tar ett dyk. De flesta SSD:er (som använder det nyare NVMe-protokollet) svävar runt 1500 MB/s för kontinuerlig läsning och skrivning (dvs. ladda eller kopiera stora filer). Men QLC flash klarar sig bara mellan 80-160 MB/s för ihållande skrivningvilket är värre än en anständig hårddisk.
QLC SSD:er går sönder mycket snabbare
Alla SSD:er har generellt ogynnsam skrivuthållighet jämfört med hårddiskar. När du skriver till en cell i en SSD slits den långsamt ut. Att radera en cell är tänkt att befria den från elektroner, men några få stannar alltid kvar, vilket gör att en ”0”-cell blir närmare ”1” över tiden. Detta kompenseras för av styrenheten genom att lägga på en mer positiv spänning över tiden, vilket är bra när du har mycket spänningsutrymme över. Men det gör inte QLC.
SLC har ett genomsnitt skriv uthållighet på 100 000 program/raderingscykler (skrivoperationer). MLC har mellan 35 000 och 10 000. TLC har cirka 5 000. Men QLC har bara ynka 1 000. Detta gör QLC olämplig för frekventa enheter, som din startenhet, som skrivs till mycket ofta.
Summa summarum – köp inte en QLC-enhet att använda för ditt operativsystems systemenhet. De är alldeles för opålitliga för att vara säkra på att de inte försämras om några år. Vi rekommenderar att du använder en stor QLC-enhet som ersättning för en snurrande hårddisk och använder en snabb SLC-, MLC- eller TLC-enhet som din primära OS-enhet. Detta kan vara ett problem i bärbara datorer, där du inte har möjligheten, men QLC är fortfarande väldigt nytt och har inte slagit in på bärbara datorer än.
Effektiv cachelagring döljer dessa problem
Vid det här laget kanske du frågar varför QLC ens är en grej när den objektivt sett är långsammare och går sönder mycket snabbare än de andra blixttyperna. Du kan uppenbarligen inte marknadsföra en nedgradering, men SDD-tillverkare har hittat ett sätt att dölja problemet – cachning.
QLC SSD:er dedikerar en del av enheten till en cache. Denna cache ignorerar det faktum att det är tänkt att vara QLC och fungerar istället som SLC-flash. Cachen kommer att vara 75 % mindre än det faktiska enhetsutrymme som det tar upp, men det kommer att vara mycket snabbare.
Data från cachen kan skrivas till med samma hastighet som andra avancerade SSD:er och kommer långsamt att spolas ut av styrenheten och sorteras in i QLC-cellerna. Men när den cachen är full måste styrenheten skriva direkt till de långsamma QLC-cellerna, vilket orsakar en avsevärd nedgång i prestanda under långa skrivningar.
Ta en titt på detta riktmärke från Tom’s Hardware’s recension av Crucial P1 500GBen konsument QLC SSD, som visar detta problem ganska tydligt:
Den röda linjen som representerar Crucial P1 fungerar med solida NVMe-hastigheter, om än lite långsam jämfört med några av de högre erbjudandena. Men efter cirka 75 GB skrivningar blir cachen full, och du kan se den verkliga hastigheten på QLC-flash. Linjen sjunker till cirka 80 MB/s, långsammare än de flesta hårddiskar för ihållande skrivning.
ADATA XPG SX8200, en TLC-enhet, visar samma egenskaper, förutom att den råa TLC-blixten efter avlämningen fortfarande är snabbare. De flesta andra enheter använder också denna cachningsmetod, eftersom den snabbar upp snabba, små skrivningar till enheten (som är vanligast). Men ihållande skrivningar är det du kommer att märka mest – du kommer inte att märka om en kopia av en liten fil tar 0,15 sekunder mot 0,21 sekunder, men du kommer att märka om en stor kopia tar tio minuter extra.
Du kan lätt skriva av det här som ett edge case scenario, men den cachen förblir inte 75 GB för alltid. När du fyller enheten upp blir cachen mindre. Enligt Anandtechs testningför Intel SSD 660p-serien är cacheminnet för 512 GB-modellen reducerat till bara 6 GB när enheten är mestadels full, även med 128 GB utrymme kvar.
Detta betyder att om du fyllde på din SSD och sedan försökte installera ett 20-30 GB-spel från Steam, skulle de första 6 GB skriva till enheten extremt snabbt, och sedan skulle du börja se samma 80 MB/s-hastigheter för de återstående filerna.
Visst, du är sannolikt begränsad av nedladdningshastigheten i det här exemplet, men i fallet med uppdateringar (som måste laddas ner och sedan ersätta de befintliga filerna, vilket i praktiken kräver dubbelt så mycket utrymme) skulle problemet vara mycket mer uppenbart. Du skulle avsluta nedladdningen och sedan behöva vänta i evigheter på att den ska installeras.
Så bör du undvika QLC?
Du bör definitivt undvika QLC-enheter med 512 GB (och mindre, när det väl blir billigare att producera), eftersom de inte är så vettiga. Du kommer att fylla dem mycket snabbare, och cachen blir mindre när den är full, vilket gör det betydligt långsammare. Dessutom är de för närvarande inte mycket billigare än alternativen.
Trots sina brister är QLC-flash inte alltför 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 för det mesta.
Med tanke på deras gigantiska kapacitet kan QLC-baserade SSD:er fungera som en anständig ersättning för en snurrande hårddisk, förutsatt att du gör regelbundna säkerhetskopior ifall det skulle bli en slump. Det är optimalt för något du kommer åt sällan men vill vara riktigt snabb när du gör det, och med en anständigt stor SLC-cache kommer de flesta ihållande skrivoperationer att vara ganska snabba tills du fyller upp enheten.
På grund av tillförlitlighetsproblemen bör du undvika att använda den som en startenhet eller för något som skrivs till väldigt ofta.
Det finns fortfarande en hel del framsteg att göra inom andra aspekter av tillverkningen – bättre styrenheter som kan hantera fler flashchips, billigare flashchips när processnoder mognar och kanske andra teknologier helt och hållet. QLC-flash kommer inte att bli standard när som helst snart; för närvarande är det bara ett annat alternativ. Se bara till att när du köper en SSD kontrollerar du de tekniska specifikationerna och uppmärksammar vilken typ av blixt som används för att göra dem.