Tlc и qlc в чем разница

TLC vs. QLC SSD: В чем отличия?

Корпоративные и потребительские SSD – две базовые категории твердотельных накопителей, охватывающие широкий спектр профилей производительности. Из-за различий в том, как производители тестируют и оценивают свои продукты, не всегда легко сделать выбор на основе рекламируемых показателей. В сегодняшнем посте мы рассмотрим, как типы NAND влияют на производительность и почему это может иметь существенное значение для вашего следующего решения о покупке.

Типы флеш-памяти NAND

С тех пор, как на рынке появились твердотельные накопители SSD, их емкость становилась все больше и больше. Текущие отраслевые тенденции заключаются в снижении затрат при одновременном увеличении емкости хранения. Это привело к разработке более плотных ячеек памяти, постепенно приближающихся (пока еще не достигнув) по стоимости к традиционным жестким дискам.

Стремление к более дешевым и емким накопителям привело к сокращению твердотельных накопителей на основе SLC и MLC. TLC в настоящее время является мейнстримом и занимает самую большую долю рынка. QLC все еще относительно новая, но мы ожидаем, что ее низкая стоимость привлечет все больше покупателей, особенно с учетом того, что она часто используется в качестве замены жесткого диска.

Ячейки памяти NAND имеют только конечное число циклов стирания программ (P/E) (циклов записи), прежде чем они изнашиваются. Подробное описание выходит за рамки этого поста, поэтому просто отметим, что ячейки с более высокой плотностью обладают меньшей долговечностью, чем ячейки с низкой плотностью, например, MLC обычно работают дольше, чем TLC.

Хотя в целом понятно, что MLC будет быстрее, чем TLC, а TLC будет быстрее, чем QLC, новые твердотельные накопители содержат несколько методов оптимизации, которые помогают скрыть или свести на нет недостатки более медленной NAND. Отличным примером этого является “SLC-кэширование”, где неиспользуемые области диска будут действовать как псевдо-SLC NAND. Это обеспечивает очень хорошую производительность при более коротких рабочих нагрузках пакетного типа, как это часто бывает для большинства ПК и клиентских вычислительных сред.

Для этого есть диск

В отличие от сформировавшегося рынка жестких дисков, при покупке SSD вы найдете достаточно марок и моделей, чтобы вызвать у вас беспокойство, связанное с выбором устройства. Хотя потребительские накопители TLC и даже QLC при первом рассмотрении часто демонстрируют впечатляющие показатели, при рассмотрении в практических ситуациях выявляются истинные характеристики производительности этих накопителей.

Дата центр Интенсивное чтение/Начальный уровень

Потребитель
Самая низкая стоимость

Максимальная производительность

Мы используем CrystalDiskMark, популярную утилиту для измерения производительности накопителя. Более высокие глубины очередей (Q) и потоков (T) обычно приводят к повышению производительности, но большинство рабочих нагрузок потребителей связаны только с низкими глубинами очередей. ИТ-инфраструктура, включающая виртуальные машины и хранилище БД, обычно будет иметь более высокую глубину очередей и потоков.

Для тестирования передачи файлов мы будем использовать AJA System Test, инструмент, предназначенный в первую очередь для создателей контента, чтобы убедиться, что их системы хранения могут поддерживать прием потоков с высоким разрешением. Мы настроили его для записи в систему файла размером 64 ГБ, а затем чтения его обратно. Это по-прежнему небольшая рабочая нагрузка, но она будет характерна для пользователей, перемещающих большой файл.

Как и ожидалось, в коротких тестах серийного типа все группы дисков показали очень хорошие результаты. Основываясь на приведенных здесь показателях производительности, вы будете правы, если придете к выводу, что не увидите различий для их использования в реальном мире. Достаточные размеры SLC-кэша означают, что даже еще более медленные диски QLC отлично работают.

Производительность при 65% емкости

Предыдущие тесты проводились при пустых дисках. Это дало дискам с динамическим SLC-кешированием много места для работы. Мы заполнили каждый диск до 65%, дали им несколько минут для отдыха, а затем продолжили использовать AJA System Test для создания той же рабочей нагрузки записи и чтения объемом 64 ГБ.

По сравнению с полностью пустыми, теперь наши корпоративные диски работают в пределах погрешности. Потребительские диски TLC немного упали в производительности чтения, при этом сохраняя хорошую скорость записи, что не заметно при обычном повседневном использовании. Само собой разумеется, что регрессия производительности группы QLC здесь существенна.

Тест на заполненном диске

Мы использовали тест заполнения всего диска, чтобы получить стабильную производительность накопителей. Этот тест также показывает рабочие нагрузки дисков при использовании в качестве кэша SSD на загруженном NAS, поскольку они постоянно заполняются данными, к которым недавно осуществлялся доступ. Этот тест исчерпает все механизмы кэширования SLC на диске, так как не дает ему времени на восстановление.

Несмотря на то, что корпоративные накопители, которые мы использовали сегодня, в основном являются моделями начального уровня и рассчитаны на рабочие нагрузки с интенсивным чтением, они по-прежнему способны обеспечивать стабильную устойчивую производительность. Модели более высокого класса (более дорогие) обычно поддерживают более высокие скорости записи и рейтинги DWPD.

Подводя итоги

Всегда важно тщательно проверять заявленные показатели производительности SSD. Методы и условия тестирования у разных производителей различаются, для потребительских накопителей часто используются только периодические нагрузки. Несмотря на это, потребительские SDD по-прежнему являются экономически эффективными и позволяют значительно ускорить работу вашего ПК или NAS по сравнению с жесткими дисками. Однако обратите внимание, что как только вы начнете применять к ним более тяжелые и продолжительные рабочие нагрузки, их производительность снизится, иногда значительно.

Теперь вы можете понять, почему мы всегда выступали за использование в NAS дисков только корпоративного уровня. Помимо повышения надежности, стабильность производительности чрезвычайно важна, особенно когда вы предоставляете хранилище виртуальным машинам и другой критически важной инфраструктуре. Ведь переменная производительность в зависимости от рабочей нагрузки в таком случае неприемлема.

Источник

TLC vs. QLC SSD: В чем отличия?

Типы флеш-памяти NAND

Данные флэш-памяти NAND представлены в виде цифровых сигналов (битов) и хранятся в ячейках. Количество битов, хранящихся в ячейке, определяет тип используемой флэш-памяти. Флэш-память с одноуровневой ячейкой (SLC) содержит один бит, многоуровневая ячейка (MLC) удваивает емкость с помощью двух битов, трехуровневая (TLC) — содержит три бита на ячейку. Четырехуровневая (QLC) содержит четыре бита на ячейку, что в четыре раза превышает емкость флэш-памяти SLC.

С тех пор, как на рынке появились твердотельные накопители SSD, их емкость становилась все больше и больше. Текущие отраслевые тенденции заключаются в снижении затрат при одновременном увеличении емкости хранения. Это привело к разработке более плотных ячеек памяти, постепенно приближающихся (пока еще не достигнув) по стоимости к традиционным жестким дискам.

Стремление к более дешевым и емким накопителям привело к сокращению твердотельных накопителей на основе SLC и MLC. TLC в настоящее время является мейнстримом и занимает самую большую долю рынка. QLC все еще относительно новая, но мы ожидаем, что ее низкая стоимость привлечет все больше покупателей, особенно с учетом того, что она часто используется в качестве замены жесткого диска.

Ячейки памяти NAND имеют только конечное число циклов стирания программ (P/E) (циклов записи), прежде чем они изнашиваются. Подробное описание выходит за рамки этого поста, поэтому просто отметим, что ячейки с более высокой плотностью обладают меньшей долговечностью, чем ячейки с низкой плотностью, например, MLC обычно работают дольше, чем TLC.

Источник

реклама

Появившись намного ранее флэш-памяти, Solid State Drive стал накопителем информации, не содержащим каких-либо механических компонентов. Пионером в создании стала корпорация Dataram, представив для промышленных целей SSD Bulk Core в 1976 году. Он содержал в себе 8 планок энергозависимой RAM-памяти, каждая из которых имела объем 256 килобайт. Стоимость составляла 9700 долларов США. Работал, был востребован, но из-за уязвимости данных высокого авторитета в соответствующих кругах не заслужил.

Потребительский класс стали завоевывать в 1982 году, оснастив компьютер Apple II внешним накопителем RAM Disk, который стоил дороже самого компьютера, поэтому пользователями был принят с большой осторожностью, несмотря на агрессивную рекламу.

Далее, в силу собственного характера и темперамента, я пропущу историю создания и распространения флеш-памяти, пропущу и пересказ того, как был создан первый SSD на ее основе. Всю эту информацию с легкостью можно почерпнуть в сети, готовясь к какому-нибудь докладу или создавая презентацию по теме. А вот на видах и классификациях современных SSD мы с вами задержимся:

Память

реклама

Флеш-память различается методом соединения ячеек в массив. И имеет 2 конструкции: NOR и NAND.

NAND-тип флеш-памяти нам максимально интересен и он был анонсирован Toshiba в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference.

1. Планарный тип или 2D.

реклама

реклама

Важной особенностью линии развития памяти в цепочке SLC-MLC-TLC является увеличение уровней ячеек. Но. резко падает выносливость, грубо говоря до серьезных цифр (на порядки) падает число циклов полной перезаписи. Да и скорость падает. Прямо регресс какой-то. Успокаивает то, что цена тоже падает и, как это ни странно, падает ощутимо. Плюс растет качество контроллеров, да всегда уменьшается техпроцесс. Впрочем, чтобы глубоко не погружаться в технические джунгли самому и не замучить вас, мои читатели, скажу, что эти страшные цифры снижения выносливости с переходом применения памяти от одной к другой вряд ли будут опасны для простого пользователя. Этих цифр хватит, чтобы мы с вами пользовались своим новым SSD много лет. Другое дело сервера и рабочие станции. Тут уж не грех и про эту самую «выносливость» подумать. Но и производители не дремлют. Линейка PRO некоторых производителей, например, говорит нам о том, что диск на основе MLC прослужит долго при максимальных нагрузках, но и стоить будет значительно дороже аналога на TLC. Подведя промежуточный итог на этапе рассказа о типах памяти скажем так: SLC получила распространение в корпоративном сегменте, TLC стала безусловным монополистом в рознице, а продукция на основе MLC ориентирована, в первую очередь, на тех, кто ценит надежность и при этом хочет выжать все возможное из своей машины.

Все бы так и оставить, но потенциал двумерной NAND оказался ограничен. С этого я начал свой рассказ о памяти. Когда возможности 15-нанометрового технологического процесса были практически исчерпаны, а дальнейшее совершенствование программной части перестало обеспечивать сколь-либо заметного прироста важнейших показателей, на смену планарным микросхемам пришла флэш-память 3D NAND.

2. 3D NAND

После того, как мы поговорим чуточку о другом, к видам памяти мы еще вернемся, да и у вас, мои дорогие читатели, появится повод дочитать мои размышления до конца.

А поговорим мы о физическом интерфейсе подключения и форм-факторе, что иногда одно и тоже, в свете разговора о пропускной способности. И здесь мы начнем с маленькой, но важной закономерности. Неважно сколько лет мы подключаем свои HDD к шине для накопителей, важно, что сможет позволить этот интерфейс нашей памяти. С какой скоростью он позволяет обмениваться информацией? Вспомним азбучные вещи:

1. IDE / SATA/

Кому-то интересно будет узнать, что IDE SSD тоже были как в форм-факторе 2,5 дюйма, так и 3,5, а вот список привычных интерфейсов пользовательского уровня для внутренних носителей: SATA 2 интерфейс обратно совместим и поддерживается на SATA 1 портах. SATA 3 интерфейс обратно совместим и поддерживается на SATA 1 и SATA 2 портах. Однако максимальная скорость диска будет медленнее из-за скоростных ограничений порта.

Как эти азбучные данные применить к размышлениям о SSD? А вот как:
Например, SanDisk Extreme SSD поддерживает интерфейс SATA 6 Гбит/с и при подключении к портам SATA 6 Гбит/с может доходить до 550/520MБ/s последовательного чтения и последовательной записи соответственно. Однако, когда диск подключен к порту SATA 3 Гбит/с, она может доходить до 285/275MБ/s последовательного чтения и последовательной записи соответственно. В любом случае, это будет много быстрее, чем использование даже самого скоростного HDD.

Дальше возник совершенно простой вопрос. Поскольку память для SSD способна работать и на гораздо больших скоростях, а развитие и физические возможности интерфейса SАТА и всех его итераций исчерпали себя, то надо дать что-то другое данным носителям информацми. Дать новое или уже имеющееся и применяемое. Кстати, несмотря на то, что SАТА для HDD вполне достаточный интерфейс, задумывались о новом, как раз для HDD дисков. А применять стали для SSD. Что же нашли? А вот что:

Далее я просто приведу пример других известных форм-факторов без комментариев. Потом вернемся к обсуждению новейших видов памяти с привязкой ее к этим форм-факторам и их интерфейсам. Мне кажется, что так нам будет легче внести ясность в предмет обсуждения:

Экзотику лишь упомянем. Это, например, накопитель, который вставляют прямо в слот оперативной памяти

Еще один, который сейчас редко встретишь. SATA-Express, с интерфейсом, использующим 2 линии PCI-Express, что позволяет достигать максимальной пропускной способности в 2 ГБ. Реализации не нашел. Сейчас SSD-диски M.2 (забегая немного вперед) могут использовать 4 линии PCI-Express с пиковой пропускной способностью 4 ГБ/с. Для подключения используется специальный кабель.

2. mSATA

3. PCI-E AIC (add-in-card)

4. U.2

двигаемся дальше и поговорим о

это новый стандарт SSD-накопителей. Обычные SSD различных форм-факторов работают по интерфейсу SATA, который передает информацию медленнее, чем на это способен сам накопитель. NVMe работает по интерфейсу PCI Express, производительности которого нам за глаза хватает. Диск NVMe выдает бо́льшую скорость чтения-записи данных.

Плывя по течению простых рассуждений о твердотельных накопителях, мы приближаемся к финалу повествования и вновь вспоминаем мою короткую историю в самом начале. OPTANE+QLC. Надо разобраться. Для этого мы мысленно возвращаемся в раздел Память. Начнем с несколько противоречивого лично для меня этапа развития памяти:

3D NAND QLC.

OPTANE. Intel Optane. Optane Memory.

Что сказать? Младшая версия обойдется нам от 25000 рублей, старшая в 2 раза дороже. Еще раз подчеркну, что здесь мы имеем бескомпромиссную скорость, заявленную надежность, хорошую гарантию и тот объем, который мы захотим себе позволить (из имеющихся).

Я, начиная свой рассказ c прочтенной когда-то рекламы, и поверхностно погрузив вас в тонкости информации о SSD, принял для себя решение о том, какой SSD я бы хотел иметь в своем компьютере. И я приобрел его. Это «всего лишь»:

Безусловно пора заканчивать. В самом финале скажу следующее:

2. Мною не тестировался приобретенный накопитель. Такие тесты уже есть. Плюс, я даже не сказал, какой накопитель у меня был до этого. Не было такой цели.

3. Попытался рассказать попроще о довольно сложном. Возможно, данный материал здесь, учитывая высокий уровень теоретической и практической подготовки наших читателей, поможет кому-то ответить на еще не возникшие вопросы.

Источник

Как правильно выбрать SSD

На рынке представлено большое разнообразие форматов и моделей. Накопители SSD отличаются по физическому форм-фактору, интерфейсу подключения, объему, скорости работы и другим характеристикам.

Формат

Сейчас можно купить SSD двух основных форматов: 2,5 дюйма и M.2. Они существенно различаются не только по во внешнему виду, но и по производительности.

SSD на 2,5 дюйма — это привычный формат ноутбучного жесткого диска. Размеры, а также разъемы для передачи данных и питания совпадают. Подключение идет стандартным кабелем SATA к соответствующему разъему на материнской плате. Отсюда следует главный плюс формата — совместимость с не самыми новыми устройствами. Вы легко сможете установить такой диск в старый ноутбук (в новых моделях разъемы 2,5 встречаются уже не так часто), компьютер, игровую консоль или другое устройство, где нужен жесткий диск.

Но относительно старый интерфейс накладывает и ограничения. Сейчас используется версия SATA 3.0, которая имеет пропускную способность до 6 Гбит/с. Но откровенно говоря, по сегодняшним меркам это уже медленно. Реальная скорость таких дисков составляет 500−550 Мбайт/с на чтение. А SATA 2.0, в свою очередь, имеет пропускную способность в два раза меньше — 3 Гбит/с.

SSD формата M.2 подключаются напрямую к материнской плате в соответствующий слот. Плюсы здесь очевидны: отсутствие лишних проводов и компактный размер. Более того, такие диски могут быть значительно быстрее. Но есть нюанс. Дело в том, что M.2 предполагает подключение через два интерфейса: SATA и PCI Express. По цене такие диски могут не сильно различаться, но разница в скорости существенная. Если через SATA будут те же 550 Мбайт/с, то PCI Express выдает от 1500 Мбайт/с.

Быстрые диски обозначаются как NVMe (Non-Volatile Memory Express, что можно перевести как энергонезависимая экспресс-память). Если ваша система поддерживает NVMe, то покупать обычный SATA смысла нет. Обращайте внимание на версию PCI Express и количество используемых линий. Чем выше версия и больше линий, тем быстрее накопитель. Но нужно смотреть на совместимость оборудования. Наиболее распространены PCI Express 3.0×4 и PCI Express 4.0×4. Есть также накопители для подключения в слот PCI Express, куда обычно ставят видеокарты или другие платы расширения. Стоят они довольно дорого, поэтому рассматривать их для домашнего ПК нерационально.

Есть также накопители для подключения в слот PCI Express, куда обычно ставят видеокарты или другие платы расширения. Стоят они довольно дорого, поэтому рассматривать их для домашнего ПК нерационально.

Какой объем нужен

Минимальный рекомендуемый объем накопителя для установки системы — 120 ГБ. Этого хватит для работы системы и установки софта, но лучше брать с запасом хотя бы 240 ГБ, тогда хватит еще и на несколько современных игр. Тем более что разница в цене будет не слишком большая: стоимость накопителей составляет около 2000 и 3000 рублей соответственно.

Для игр желательно иметь от 480 ГБ, но чем больше, тем лучше, особенно если на этом же диске будет стоять еще и основная система. Современные блокбастеры занимают десятки и сотни гигабайт. Например, Red Dead Redemption 2 и Call of Duty Warzone «весят» более 100 ГБ каждая.

Для рабочих задач аналогично, но здесь все больше зависит от задач. Если нужно только открывать Word или Excel, то большого объема не требуется. Но, например, для монтажа видео желательно иметь емкий SSD.

Стоит ли брать дорогой SSD

Переплачивать за бренд точно не стоит. Но стоит обратить внимание на другие параметры: скорость работы, наличие буферной памяти, заявленный ресурс, есть ли в комплекте радиатор для охлаждения. В целом, при одинаковых характеристиках вполне можно брать более дешевый вариант. Вы вряд ли заметите разницу в работе. Сейчас даже недорогие SSD вполне надежны, а их ресурса хватит надолго. Тем не менее речь сейчас не идет о сомнительных no-name вариантах, их покупать как раз не стоит.

Стоит ли брать SSD с Aliexpress?

Если кратко, то смысла нет. Будет ненамного дешевле, но можно получить проблемы с недобросовестными продавцами. Да и с гарантией все не так просто.

Тем не менее на Aliexpress можно найти совсем уж дешевые модели на 16, 32 и 64 гигабайта. Если вдруг вам нужен именно такой объем. Листайте галерею с неплохими вариантами SSD-дисков:

Источник

SSD на базе QLC — убийца жёстких дисков? На самом деле нет

SSD-накопители уже давно вышли из разряда дорогой и ненадежной экзотики и стали привычным компонентом компьютеров всех уровней, от бюджетных офисных «печатных машинок» до мощных серверов.

В этой статье мы хотим рассказать о новом этапе эволюции SSD — очередном повышении уровня записи данных в NAND: о четырехуровневых ячейках, хранящих по 4 бита, или QLC (Quad-Level Cell). Накопители, сделанные по этой технологии имеют большую плотность записи, это упрощает увеличение их объема, а стоимость оказывается меньше, чем у SSD с «традиционными» ячейками MLC и TLC.

Как и следовало ожидать, в процессе разработки потребовалось решить множество задач, связанных с переходом на новую технологию. Компании-гиганты успешно с ними справляются, а небольшие китайские фирмы ещё отстают, их накопители менее технологичны, но дешевле.

Как это происходило, появился ли новый «убийца HDD» и надо ли бежать в магазины, меняя все HDD и SSD прошлых поколений на новые — расскажем ниже.

В процессе эволюции накопителей менялся способ хранения информации, техпроцесс становился всё более тонким, увеличивалась плотность записи как в единичную ячейку, так и на чип. В контроллерах совершенствовались алгоритмы, скорость записи приближалась к скорости чтения, а затем они стали быстро расти. Сегодня равномерность распределения обращений к ячейкам памяти NAND достигла некоего оптимума, надежность хранения информации многократно выросла и почти сравнялась с этим показателем у традиционных HDD. В процессе стремительного развития технологий, SSD стали выпускаться в самых разных форм-факторах.

Сейчас на рынке представлен огромный выбор накопителей от самых разных компаний, как первого эшелона А-брендов, так и от китайских фирм, которые постарались, чтобы SSD хватило на всех

Что нам предлагает технология QLC?

Количество битов, записанных в одной ячейке NAND, определяется тем, сколько уровней заряда находится в транзисторе с плавающим затвором. Чем их больше, тем больше битов может хранить один транзистор. В этом и заключается главное отличие технологии QLC от «предыдущей» TLC — количество битов в одной ячейке выросло с трёх до четырёх.

С увеличением количества уровней заряда очень сильно меняются характеристики накопителя: падает скорость доступа, уменьшается надежность хранения информации, но при этом возрастает ёмкость, а соотношение цена/объем становится привлекательнее для покупателей. Соответственно, чипы, построенные по технологии QLC, дешевле, чем предыдущее поколение TLC, в которых хранится по три бита в одной ячейке. В то же время QLC менее надежны, потому что вероятность выхода ячейки из строя существенно увеличивается с каждым новым уровнем.

В дополнение к сложностям одной отдельно взятой ячейки, возникают другие. Вследствие того, что чипы памяти делаются по технологии 3D NAND, они представляют собой трехмерные массивы ячеек, плотно упакованных один над другим, и ячейки в соседних «этажах» взаимно влияют друг на друга, портя жизнь своим соседям. К тому же современные чипы содержат больше слоев, чем изделия предыдущих поколений. Например, одна из технологий повышения плотности памяти подразумевает увеличение количества слоёв в кристалле с 48 до 64. В рамках другой технологии производится «спайка» двух 48-слойных кристаллов, доводя общее количество до 96, что налагает очень высокие требования к совмещению границ в этом «бутерброде», становится больше точек отказа и растёт доля брака. Несмотря на сложность процесса, такая технология получается выгоднее, чем пытаться наращивать слои в одном кристалле, потому что отбраковка при увеличении числа слоев растет нелинейно, и невысокий выход пригодных чипов обошелся бы слишком дорого. Справедливости ради надо заметить, что только компании высшего эшелона могут позволить себе такие разработки. Некоторые китайские фирмы, производящие чипы, так и не перешли на 64-слойные кристаллы, а технологией «склеивания» двух 48-слойных кристаллов пока обладают только такие гиганты электроники, как Intel и Micron.

3D NAND

Еще одна новинка, используемая в накопителях нового поколения А-брендов — перенос управляющей и питающей обвязки под массив ячеек. Благодаря этому уменьшилась площадь кристаллов и стало возможно размещать по четыре банка памяти там, где раньше помещалось только два. А это, в свою очередь, позволило распараллелить запросы и увеличить скорость работы с памятью. Кроме того, меньшая площадь кристаллов позволила увеличить емкость накопителей.

Возросшая плотность ячеек помогает бороться и с более быстрой деградацией памяти. С этой задачей разобрались «в лоб», с помощью еще большей избыточности массива ячеек.

Прототипы QLC-чипов показали прошлым летом, а первые обещания о выпуске SSD по новой технологии прозвучали в начале этого года. Летом практически все фирмы производящие накопители, сообщили о том, что они уже готовы к массовому выпуску, озвучили названия новых моделей, их цены и характеристики. Сейчас уже можно приобрести SSD с QLC-чипами. Большинство моделей выпускается в форм-факторе M.2 и 2.5″, с емкостями 512 гигабайт, 1 и 2 терабайта.

Позиционирование QLC-накопителей

Для начала стоит честно признать, что накопители, созданные по новой технологии QLC, категорически не годятся для серьёзных/критических задач. И причиной тому целый ряд технических трудностей, которые приходится решать инженерам как крупных корпораций-изобретателей, так и китайских «последователей».

К примеру, на сайте Intel новые SSD предлагаются только в сегменте для домашних компьютеров среднего уровня. Особенно оправдано их применение в малопроизводительных нетбуках, в чьи задачи не входят игры или работа с базами данных, а стоимость, наоборот, очень важна. Подобные «печатные машинки» становятся всё более востребованы. Для работы в сегменте «энтерпрайз» предлагаются исключительно накопители с чипами MLC и TLC.

Если сравнивать характеристики брендовых SSD (дешёвые китайские рассматривать нет смысла, недорогие контроллеры убивают все характеристики), то средняя цена QLC-накопителей примерно на 20-30 % ниже MLC, при одинаковом форм-факторе и объёме.

Скорость доступа. Для модели с чипами QLC она составляет: на чтение до 1500 Мб/сек, на запись до 1000 Мб/сек. Для модели на чипах TLC — 3210 Мб/сек и 1625 Мб/сек соответственно. Скорость записи у QLC-накопителя в полтора раза ниже, а чтения — в два. Разница существенная, но для серфинга в инете и редактирования текстов — более чем достаточная.

TBW (Total Bytes Written). Критичный параметр, характеризующий ресурс SSD. Он говорит о том, какое максимальной количество терабайтов можно записать на накопитель. Чем TBW выше, тем более живучий диск и тем дольше он сможет проработать без сбоев. У всех моделей серии 760p ресурс составляет 288 TBW, а у 660p — всего 100 TBW. Практически трехкратная разница.

DWPD (Drive Writes Per Day). Этот показатель надёжности говорит о том, сколько раз в день можно перезаписать весь накопитель целиком, и рассчитывается по формуле:

DWPD = TBW / 0,512 * 365 * 5

где 0,512 — объем накопителя в терабайтах;
365 — количество дней в году;
5 — количество лет гарантии.

DWPD более объективен, потому что при расчете учитывается время, в течение которого производитель обязуется бесплатно решать проблемы с накопителем. Для QLC-модели DWPD равен 0,1, а для TLC-моделей — 0,32. Другими словами, в данном примере каждый день QLC может полностью перезаписывать 50 Гб — это его штатный режим работы. Учитывая, что при той же цене ёмкость QLC-накопителей выше MLC, то средний пользователь «печатной машинки с интернетом» вряд ли успеет выработать этот ресурс.

Эти два устройства — яркий пример того, как инженерам приходится решать множество технических сложностей, которые в QLC проявились ярче, чем в TLC. В частности, у QLC ниже скорость доступа на запись и чтение, ниже ресурс, выше коэффициент WAF (подробнее о нём — ниже). Давайте рассмотрим подробнее основные трудности и методы их решения.

Скорость доступа

Начнём с одной из наиболее заметных для пользователя особенностей QLC SSD — снижения скорости записи при заполнении кэша накопителя. Поскольку скорость доступа у QLC и так сравнительно невысокая, то производители стараются увеличить её с помощью кэширования. В SSD для этого используется собственный массив ячеек диска, которые переводятся в однобитный режим работы — SLC.

Существует несколько алгоритмов кэширования. Зачастую под кэш выделяется небольшая часть ёмкости самого накопителя — в среднем, от 2 до 16 Гб, в некоторых моделях может быть до нескольких десятков гигабайтов. Недостаток метода в том, что если при работе компьютера идет интенсивный обмен данными, то небольшой объем кэша может быстро заполнится и скорость чтения/записи резко упадет.

Более технологичные компании используют продвинутые контроллеры, которые умеют динамически переводить часть ячеек в быстрый режим SLC, в этом случае объем кэша зависит от общего объема накопителя и может достигать 10 %. В современных SSD используются оба метода: сравнительно небольшое количество статического кэша дополняется динамически выделяемым объемом, который получается в разы больше. Чем больше свободного места, тем больше размер кэша и тем сложнее исчерпать его объем. Логично, что более объемный накопитель имеет кэш большего размера, а значит в нем динамический кэш будет работать эффективнее.

Наглядная зависимость размера SLC-кэша от объема накопителя и свободного места на нем.

Ошибки чтения

Усложнение архитектуры QLC по сравнению с TLC привело и к росту количества ошибок чтения данных. Для их исправления потребовалось внедрить принудительное использование алгоритмов ECC (Error correction code, коды коррекции ошибок). С их помощью контроллер самостоятельно исправляет почти все ошибки чтения данных. И разработка эффективных алгоритмов коррекции — одна из сложнейших задач при создании QLC-накопителей, поскольку требуется не только обеспечить высокую эффективность коррекции (выражается в количестве исправленных битов на 1 Кб данных), но и как можно меньше обращаться к ячейкам памяти, чтобы экономить их ресурс. Для этого производители внедряют более производительные контроллеры, но главное — задействуют мощные научно-статистические аппараты для создания и совершенствования алгоритмов.

Ресурс

Особенности архитектуры QLC не только снижают надёжность, но и приводит к явлению «усиления записи» (Write amplification, WA). Хотя корректнее было бы говорить «умножение записи», однако вариант «усиление» пока что больше распространён в Рунете.

В чём суть WA? В SSD физически с ячейками выполняется гораздо больше операций чтения/записи, чем требуется для того объёма данных, непосредственно принятого от операционной системы. В отличие от традиционных HDD, у которых очень небольшой «квант» перезаписываемых данных, данные на SSD хранятся довольно большими «страницами», обычно по 4 КБ каждая. Также есть понятие «блок» — минимальное количество страниц, которые могут быть перезаписаны. Обычно блок содержит от 128 до 512 страниц.

Например, цикл перезаписи в SSD состоит из нескольких операций:

Степень «усиления записи» выражается коэффициентом WAF (Write amplification factor): отношение фактически перезаписываемого объёма данных к объёму, который требуется перезаписать. В идеале, когда не используется компрессия, WAF равен 1. Реальные же значения очень сильно зависят от разных факторов, например, от размера перезаписываемых блоков и алгоритмов используемых в контроллерах.

А поскольку ячейки QLC гораздо чувствительнее к количеству циклов перезаписи, то размер WAF стал намного важнее, чем для TLC и MLC.

Какие ещё факторы негативно влияют на WAF в QLC-накопителях?

Вот пример «усиления записи» из-за работы механизмов wear leveling и сборки мусора:

Например, с помощью over-provisioning (OP) — выделяя для служебных нужд часть объёма, который не доступен пользователю.

OP = (физическая ёмкость — доступная пользователю ёмкость) / доступная пользователю ёмкость

Чем больше выделяемая область, тем больше свободы у контроллера и быстрее работа его алгоритмов. Например, раньше под OP выделяли разницу между «реальным» и «маркетинговым» гигабайтом, то есть между 10 9 = 1 000 000 000 байтов и 2 30 = 1 073 741 824 байтов и, что равняется 7,37 % от общего объёма накопителя. Есть и ряд других ухищрений для выделения служебного пространства. Например современные контроллеры позволяют динамически задействовать под OP весь текущий свободный объём накопителя.

Примерная зависимость WAF от размера OP:

Позволяет снизить WAF и алгоритм разделения статических и динамических данных (Separating static and dynamic data). Контроллер вычисляет, какие данные перезаписываются часто, а какие преимущественно читаются, или вообще не изменяются, и соответствующим образом группирует блоки данных на диске.

К прочим инструментам уменьшения WAF в QLC-накопителях относятся методики последовательной записи (очень примерно это можно сравнить с привычной нам дефрагментацией HDD). Алгоритм определяет блоки, которые могут принадлежать одному большому файлу и не требуют обработки сборщиком мусора. Если операционная система даст команду на удаление или изменение этого файла, то его блоки будут стираться или перезаписываться целиком, не включаясь в цикл WA, что повышает скорость и меньше изнашивает ячейки памяти. Наконец, свой вклад в борьбу с WA вносит компрессия данных перед записью и дедупликация.

Как вы уже поняли, надёжность и ресурс QLC-накопителей зависит далеко не только от используемых чипов памяти, но и от производительности контроллера, а главное — от продвинутости всевозможных алгоритмов, заложенных в контроллер. Многие компании, даже крупные, покупают контроллеры у других фирм, специализирующихся на их выпуске. Небольшие китайские фирмы пользуются недорогими и простыми контроллерами прошлых поколений, руководствуясь не качеством и новизной алгоритмов, а ценой. Крупные компании не экономят на железе для своих SSD и выбирают контроллеры, обеспечивающие накопителю долгую жизнь и бо̒льшую скорость работы. Лидеры среди производителей контроллеров для SSD постоянно меняются. А ведь кроме сложных контроллеров огромную роль играют и алгоритмы прошивок, которые крупные производители разрабатывают самостоятельно, не доверяя это важное дело сторонним компаниям.

Выводы

Главное преимущество QLC перед накопителями на TLC- и MLC-чипах заключается в том, что в тот же физический объём удалось поместить ещё больше памяти. Так что QLC не вытеснят с рынка предыдущие технологии, и уж тем более не станут конкурентами для HDD.

Разница между QLC и TLC по скорости будет заметна при запуске тяжелых программ и при интенсивном обмене данными. Но обычный пользователь этого может не заметить, потому что в компьютерах того уровня, для которых рекомендуются QLC-накопители, программа дольше ожидает действий пользователя, чем работает с данными.

Можно смело сказать, что ниша недорогих накопителей для компьютеров небольшой производительности, когда не имеет смысла переплачивать за повышенную надежность или максимальные скорости записи и чтения, успешно занята. В таких компьютерах QLC SSD может быть единственным накопителем, на котором будут установлены система и необходимые программы, а также храниться данные пользователя. А в энтерпрайзе — революции не произошло, здесь по прежнему пока будут отдавать предпочтение более надёжным TLC и медленным, но неприхотливым HDD.

Однако технологии не стоят на месте, уже в этом году производители обещают начать переход на техпроцесс в 7 нм, а в перспективе, в 2021 году и позже — грядут техпроцессы 5 и 3 нм. Совершенствуются алгоритмы контроллеров, некоторые фирмы обещают «умные» SSD-накопители, которые будут в несколько раз быстрее, при некоторых специфичных сценариях использования, планируется развитие технологий 3D NAND.

Так что, подождем пару лет и посмотрим, что ещё смогут нам предложить производители.

Для получения дополнительной информации о продукции Kingston обращайтесь на официальный сайт компании.

Источник