Ihre nächste SSD könnte langsamer sein (dank QLC Flash)

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Neu ist nicht immer besser. Vor kurzem haben SSD-Hersteller begonnen, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit in Einklang zu bringen, um mehr Speicherplatz in ihre Laufwerke zu packen. Protokolle wie NVMe und PCIe werden immer schneller, aber einige SSDs gehen rückwärts.

QLC Flash ist das Problem

Hier ist das Problem. Die Herstellung von SSDs ist teuer, und nur wenige Leute möchten 200 US-Dollar für eine 512-GB-SSD bezahlen, wenn Sie mechanische 2000-GB-Festplatten für weniger als 50 US-Dollar erhalten können. Größere Kapazitäten verkaufen sich.

SSD-Hersteller erhöhen die Speicherkapazitäten und halten gleichzeitig die Kosten niedrig – dies ist jedoch schlecht für Leistung und Ausdauer. Große SSDs werden zwar billiger, aber es gibt einen Kompromiss für jeden Sprung in der SSD-Technologie. Wir sehen derzeit den Aufstieg von QLC-SSDs (Quad Level Cell), die 4 Informationsbits pro Speicherzelle speichern können. QLC hat Standard-SSDs nicht vollständig ersetzt, aber einige Laufwerke, die sie verwenden, sind auf den Markt gekommen und haben Probleme.

Insbesondere müssen SSD-Hersteller einen Weg finden, mehr Platz in die NAND-Flash-Chips gleicher Größe (den eigentlichen Datenspeicherteil der SSD) einzubauen. Traditionell wurde dies mit einem Prozessknotenschrumpf durchgeführt, wodurch die Transistoren im Blitz kleiner wurden. Aber wenn Moores Gesetz langsamer wird, muss man kreativer werden.

Die geniale Lösung ist ein mehrstufiger NAND-Blitz. NAND-Flash kann einen bestimmten Spannungspegel über einen längeren Zeitraum in einer Zelle speichern. Herkömmlicher NAND-Flash speichert zwei Ebenen – Ein und Aus. Dies wird als SLC-Flash bezeichnet und ist sehr schnell. Da NAND jedoch im Wesentlichen eine analoge Spannung speichert, können Sie mehrere Bits mit leicht unterschiedlichen Spannungspegeln darstellen, z. B.:

Anthony Heddings

Das Problem ist, wie hier gezeigt, dass es sich vergrößert. SLC-Blitz benötigt nur Spannung oder deren Fehlen. MLC-Blitz benötigt vier Spannungspegel. TLC braucht acht. Und im letzten Jahr hat QLC Flash einen Markteintritt erlebt und 16 separate Spannungspegel benötigt.

Dies führt zu vielen Problemen. Wenn Sie mehr Spannungspegel hinzufügen, wird es immer schwieriger, die Bits voneinander zu unterscheiden. Dadurch ist der QLC-Blitz 25% dichter als der DC, aber deutlich langsamer. Die Lesegeschwindigkeit wird nicht so stark beeinflusst, aber die Schreibgeschwindigkeit nimmt einen Sprung. Die meisten SSDs (unter Verwendung des neueren NVMe-Protokolls) bewegen sich mit etwa 1500 MB / s für dauerhaftes Lesen und Schreiben (dh Laden oder Kopieren großer Dateien). QLC Flash schafft es aber nur zwischen 80-160 MB / s für anhaltende Schreibvorgänge, was schlimmer ist als eine anständige Festplatte.

QLC-SSDs fallen viel schneller aus

Alle SSDs weisen im Vergleich zu Festplatten im Allgemeinen eine ungünstige Schreibdauer auf. Immer wenn Sie in eine Zelle einer SSD schreiben, nutzt sie sich langsam ab. Das Löschen einer Zelle soll sie von Elektronen befreien, aber einige bleiben immer dabei, was dazu führt, dass eine «0» -Zelle im Laufe der Zeit näher an «1» liegt. Dies wird durch die Steuerung ausgeglichen, indem im Laufe der Zeit eine positivere Spannung angelegt wird. Dies ist in Ordnung, wenn Sie viel Spannungsraum zur Verfügung haben. Aber QLC nicht.

SLC hat einen Durchschnitt Schreibdauer von 100.000 Programm- / Löschzyklen (Schreibvorgänge). MLC hat zwischen 35.000 und 10.000. TLC hat rund 5.000. Aber QLC hat nur mickrige 1.000. Dies macht QLC ungeeignet für Laufwerke mit häufigem Zugriff, wie z. B. Ihr Startlaufwerk, auf die sehr häufig geschrieben wird.

Fazit: Kaufen Sie kein QLC-Laufwerk, das für das Systemlaufwerk Ihres Betriebssystems verwendet werden soll. Sie sind viel zu unzuverlässig, um sicherzugehen, dass sie sich in ein paar Jahren nicht verschlechtern werden. Wir empfehlen, ein großes QLC-Laufwerk als Ersatz für eine sich drehende Festplatte zu verwenden und ein schnelles SLC-, MLC- oder TLC-Laufwerk als primäres Betriebssystemlaufwerk zu verwenden. Dies kann ein Problem bei Laptops sein, bei denen Sie nicht über die Option verfügen, QLC jedoch noch sehr neu ist und noch nicht in Laptops eingedrungen ist.

Effizientes Caching verbirgt diese Probleme

An dieser Stelle könnten Sie sich fragen, warum QLC überhaupt eine Sache ist, wenn es objektiv langsamer ist und viel schneller bricht als die anderen Flash-Typen. Sie können ein Downgrade natürlich nicht vermarkten, aber SDD-Hersteller haben einen Weg gefunden, das Problem zu verbergen – das Caching.

QLC-SSDs widmen einen Teil des Laufwerks einem Dieser Cache ignoriert die Tatsache, dass es sich um QLC handeln soll, und funktioniert stattdessen wie SLC-Flash. Der Cache ist 75% kleiner als der tatsächlich belegte Speicherplatz, aber viel schneller.

Daten aus dem Cache können mit der gleichen Geschwindigkeit wie andere High-End-SSDs geschrieben werden und werden vom Controller langsam gelöscht und in die QLC-Zellen sortiert. Wenn dieser Cache jedoch voll ist, muss der Controller direkt in die langsamen QLC-Zellen schreiben, was bei langen Schreibvorgängen zu einem erheblichen Leistungsabfall führt.

Schauen Sie sich diesen Benchmark von Tom’s Hardware an Bewertung des Crucial P1 500GB, eine Consumer-QLC-SSD, die dieses Problem ganz deutlich zeigt:

Toms Hardware

Die rote Linie für den Crucial P1 arbeitet mit soliden NVMe-Geschwindigkeiten, wenn auch etwas langsam im Vergleich zu einigen High-End-Angeboten. Nach etwa 75 GB Schreibvorgängen ist der Cache jedoch voll und Sie können die Geschwindigkeit des QLC-Flashs sehen. Die Leitung sinkt auf etwa 80 MB / s, langsamer als die meisten Festplatten für dauerhaftes Schreiben.

Das ADATA XPG SX8200, ein TLC-Laufwerk, weist dieselben Eigenschaften auf, außer dass der rohe TLC-Blitz nach dem Absetzen noch schneller ist. Die meisten anderen Laufwerke verwenden diese Caching-Methode ebenfalls, da sie schnelle, kleine Schreibvorgänge auf das Laufwerk beschleunigen (die am häufigsten verwendet werden). Aber anhaltende Schreibvorgänge werden Sie am meisten bemerken – Sie werden nicht bemerken, wenn eine kleine Dateikopie 0,15 Sekunden gegenüber 0,21 Sekunden dauert, aber Sie werden bemerken, wenn eine große Datei zusätzliche zehn Minuten benötigt.

Sie könnten dies leicht als Edge-Case-Szenario abschreiben, aber dieser Cache bleibt nicht für immer 75 GB groß. Wenn Sie das Laufwerk füllen, wird der Cache kleiner. Gemäß Anandtech testetBei der Intel SSD 660p-Reihe wird der Cache für das 512-GB-Modell auf nur 6 GB reduziert, wenn das Laufwerk größtenteils voll ist, selbst wenn noch 128 GB Speicherplatz vorhanden sind.

Anandtech

Dies bedeutet, wenn Sie Ihre SSD auffüllen und dann versuchen, ein 20-30-GB-Spiel von Steam zu installieren, schreiben die ersten 6 GB extrem schnell auf das Laufwerk, und dann werden die gleichen Geschwindigkeiten von 80 MB / s für angezeigt die restlichen Dateien.

Zugegeben, in diesem Beispiel sind Sie wahrscheinlich durch die Download-Geschwindigkeit eingeschränkt, aber bei Updates (die die vorhandenen Dateien herunterladen und dann ersetzen müssen und effektiv doppelt so viel Speicherplatz benötigen) ist das Problem viel offensichtlicher. Sie würden den Download beenden und dann ewig warten müssen, bis er installiert ist.

Also sollten Sie QLC vermeiden?

Sie sollten QLC-Laufwerke mit 512 GB (und weniger, sobald die Produktion billiger wird) auf jeden Fall vermeiden, da sie nicht viel Sinn machen. Sie füllen sie viel schneller und der Cache wird kleiner, wenn er voll ist, was ihn erheblich langsamer macht. Außerdem sind sie derzeit nicht viel billiger als die Alternativen.

Trotz seiner Mängel ist QLC-Flash kein großes Problem, wenn man sich die Laufwerke mit höherer Kapazität ansieht. Das 2-TB-Modell des 660p verfügt über mindestens 24 GB Cache, wenn es voll ist. Es ist immer noch QLC-Flash, aber es ist ein akzeptabler Kompromiss für eine billige 2-TB-SSD, die sehr schnell arbeitet

Aufgrund ihrer gigantischen Kapazitäten können QLC-basierte SSDs als anständiger Ersatz für eine sich drehende Festplatte dienen, vorausgesetzt, Sie erstellen regelmäßig Backups, falls sie den Ausschlag geben. Es ist optimal für etwas, auf das Sie selten zugreifen, das Sie aber sehr schnell ausführen möchten. Mit einem SLC-Cache mit angemessener Größe sind die meisten dauerhaften Schreibvorgänge relativ schnell, bis Sie das Laufwerk voll haben.

Aufgrund der Zuverlässigkeitsprobleme sollten Sie vermeiden, es als Startlaufwerk oder für alles zu verwenden, auf das sehr oft geschrieben wird.

In anderen Aspekten der Fertigung sind noch große Fortschritte zu erzielen – bessere Steuerungen, die mehr Flash-Chips adressieren können, billigere Flash-Chips, wenn die Prozessknoten ausgereift sind, und möglicherweise andere Technologien insgesamt. QLC-Flash wird nicht so schnell zum Standard. Derzeit ist es nur eine weitere Option. Stellen Sie nur sicher, dass Sie beim Kauf einer SSD die technischen Daten überprüfen und auf die Art des Blitzes achten, mit dem sie hergestellt wurden.