Ổ SSD tiếp theo của bạn có thể sẽ chậm hơn (…nhờ vào QLC Flash!)

Mới hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn. Gần đây, các nhà sản xuất SSD đã bắt đầu đánh đổi tốc độ và độ tin cậy vì lợi ích của việc nhồi nhét thêm không gian lưu trữ vào ổ đĩa của họ. Các giao thức như NVMe và PCIe đang ngày càng nhanh hơn, nhưng một số ổ SSD đang bị lạc hậu.

QLC Flash là vấn đề

Đây là vấn đề. Việc tạo ra SSD rất tốn kém và ít người muốn trả 200 đô la cho ổ SSD 512 GB khi bạn có thể nhận được ổ cứng cơ học 2000 2000 GB với giá dưới 50 đô la. Năng lực bán lớn hơn.

Các nhà sản xuất SSD đang tăng dung lượng lưu trữ trong khi vẫn giảm chi phí nhưng điều này không tốt cho hiệu năng và độ bền. SSD lớn có thể ngày càng rẻ hơn, nhưng có một sự đánh đổi cho mỗi bước nhảy vọt trong công nghệ SSD. Chúng tôi hiện đang chứng kiến ​​sự gia tăng của SSD Quad Level Cell (QLC), có thể lưu trữ 4 bit thông tin trên mỗi ô nhớ. QLC đã không thay thế hoàn toàn SSD tiêu chuẩn, nhưng một vài ổ đĩa sử dụng nó đã xuất hiện trên thị trường và họ đã gặp vấn đề.

Cụ thể, các nhà sản xuất SSD phải tìm cách phù hợp với nhiều không gian hơn cho các chip flash NAND có cùng kích thước (phần lưu trữ dữ liệu thực tế của SSD). Theo truyền thống, điều này được thực hiện với một nút quá trình thu nhỏ lại , làm cho các bóng bán dẫn bên trong đèn flash nhỏ hơn. Nhưng khi Định luật Moore chậm lại, bạn phải sáng tạo hơn.

Giải pháp khéo léo là flash NAND đa cấp. Đèn flash NAND có khả năng lưu trữ một mức điện áp cụ thể trong một tế bào trong một thời gian dài. Flash NAND truyền thống lưu trữ hai cấp độ bật và tắt. Đây được gọi là đèn flash SLC và nó thực sự nhanh. Nhưng vì NAND về cơ bản lưu trữ một điện áp tương tự, bạn có thể biểu diễn nhiều bit với các mức điện áp hơi khác nhau, như vậy:

Cấp điện áp tăng theo cấp số nhân với mật độ bộ nhớ cao hơn

Vấn đề, như được hiển thị ở đây, là nó tăng lên  theo cấp số nhân . Flash SLC chỉ yêu cầu điện áp hoặc thiếu nó. MLC flash yêu cầu bốn cấp điện áp. TLC cần tám. Và trong năm ngoái, đèn flash QLC đã và đang xâm nhập thị trường, đòi hỏi 16 cấp điện áp riêng biệt.

Điều này dẫn đến rất nhiều vấn đề. Khi bạn thêm nhiều cấp điện áp, càng ngày càng khó phân biệt các bit. Điều này làm cho QLC flash dày hơn 25% so với TLC nhưng chậm hơn đáng kể. Tốc độ đọc không bị ảnh hưởng nhiều, nhưng tốc độ ghi sẽ giảm dần. Hầu hết các ổ SSD (sử dụng giao thức NVMe mới hơn) di chuyển khoảng 1500 MB / giây để đọc và ghi bền vững (nghĩa là tải hoặc sao chép các tệp lớn). Nhưng đèn flash QLC chỉ quản lý trong khoảng 80-160 MB / giây để ghi liên tục , điều này còn tệ hơn cả ổ cứng.

SSD QLC phá vỡ nhanh hơn nhiều

Tất cả các ổ SSD thường có độ bền ghi không thuận lợi so với ổ cứng. Bất cứ khi nào bạn ghi vào một tế bào trong ổ SSD, nó sẽ dần bị hao mòn. Việc xóa một tế bào được cho là để loại bỏ các electron, nhưng một số ít luôn bám xung quanh, khiến cho một tế bào 0 0 0 sẽ gần gũi hơn với 1 1 theo thời gian. Điều này được bù bởi bộ điều khiển bằng cách áp dụng điện áp dương hơn theo thời gian, điều này tốt khi bạn có nhiều phòng điện áp dự phòng. Nhưng QLC thì không.

SLC có độ bền ghi trung bình  là 100.000 chu kỳ xóa / chương trình (thao tác ghi). MLC có từ 35.000 đến 10.000. TLC có khoảng 5.000. Nhưng QLC chỉ có 1.000 sởi. Điều này làm cho QLC không phù hợp với các ổ đĩa truy cập thường xuyên, như ổ đĩa khởi động của bạn, được ghi rất thường xuyên.

Dòng dưới cùng không mua ổ đĩa QLC để sử dụng cho ổ đĩa hệ thống của hệ điều hành của bạn. Họ quá không đáng tin cậy để chắc chắn rằng nó sẽ không xuống cấp trong một vài năm. Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng ổ đĩa QLC lớn để thay thế cho ổ cứng quay và sử dụng ổ SLC, MLC hoặc TLC nhanh làm ổ đĩa hệ điều hành chính của bạn. Đây có thể là một vấn đề trong máy tính xách tay, nơi bạn không có tùy chọn, nhưng QLC vẫn còn rất mới và chưa được đưa vào máy tính xách tay.

Bộ nhớ đệm hiệu quả che giấu những vấn đề này

Tại thời điểm này, bạn có thể hỏi tại sao QLC thậm chí là một điều khi nó khách quan chậm hơn và phá vỡ nhanh hơn nhiều so với các loại flash khác. Bạn rõ ràng không thể tiếp thị một sự hạ cấp, nhưng các nhà sản xuất SDD đã tìm ra cách để che giấu vấn đề bộ nhớ đệm.

SSD QLC dành một phần ổ đĩa cho  bộ đệm. Bộ đệm này bỏ qua thực tế rằng nó được coi là QLC và thay vào đó hoạt động như flash SLC. Bộ nhớ cache sẽ nhỏ hơn 75% so với dung lượng ổ đĩa thực tế, nhưng nó sẽ nhanh hơn nhiều.

Dữ liệu từ bộ đệm có thể được ghi với cùng tốc độ với các ổ SSD cao cấp khác và sẽ dần được bộ điều khiển xóa sạch và sắp xếp vào các ô QLC. Nhưng khi bộ đệm đó đầy, bộ điều khiển phải ghi trực tiếp vào các ô QLC chậm, điều này gây ra sự sụt giảm đáng kể về hiệu suất trong quá trình ghi dài.

Hãy xem điểm chuẩn này từ bài đánh giá của Tom’s Phần cứng về Crucial P1 500GB , ổ SSD QLC tiêu dùng, cho thấy vấn đề này khá rõ ràng:

Tốc độ ghi giảm xuống sau 64 GB

Đường màu đỏ đại diện cho Crucial P1 hoạt động ở tốc độ NVMe vững chắc, mặc dù hơi chậm so với một số dịch vụ cao cấp. Nhưng sau khoảng 75 GB ghi, bộ đệm sẽ đầy và bạn có thể thấy  tốc độ thực của flash QLC. Dòng giảm mạnh xuống khoảng 80 MB / s, chậm hơn hầu hết các ổ đĩa cứng để ghi liên tục.

ADATA XPG SX8200, ổ đĩa TLC, hiển thị các đặc điểm tương tự, ngoại trừ đèn flash TLC thô sau khi thả xuống vẫn nhanh hơn. Hầu hết các ổ đĩa khác cũng sử dụng phương thức lưu trữ này, vì nó tăng tốc nhanh, ghi nhỏ vào ổ đĩa (phổ biến nhất). Nhưng những bài viết được duy trì là những gì bạn sẽ chú ý nhất, bạn sẽ không chú ý nếu một bản sao tệp nhỏ mất 0,15 giây so với 0,21 giây, nhưng bạn sẽ nhận thấy nếu một bản lớn mất thêm mười phút.

Bạn có thể dễ dàng viết ra điều này như một kịch bản trường hợp cạnh, nhưng bộ đệm đó không tồn tại 75 GB mãi mãi. Khi bạn lấp đầy ổ đĩa, bộ đệm sẽ nhỏ hơn. Theo thử nghiệm của Anandtech , đối với dòng Intel SSD 660p, bộ nhớ cache cho model 512 GB đã giảm xuống chỉ còn 6 GB khi ổ đĩa hầu hết đã đầy, thậm chí chỉ còn 128 GB.

Kích thước bộ đệm SLC nhỏ hơn khi ổ đĩa đầy

Điều này có nghĩa là nếu bạn đã lấp đầy ổ SSD của mình và sau đó thử cài đặt trò chơi 20-30 GB từ Steam, 6 GB đầu tiên sẽ ghi vào ổ đĩa cực kỳ nhanh chóng và sau đó bạn sẽ bắt đầu thấy tốc độ 80 MB / giây tương tự cho các tập tin còn lại.

Cấp, bạn có thể bị giới hạn bởi tốc độ tải xuống trong ví dụ này, nhưng trong trường hợp cập nhật (cần tải xuống và sau đó thay thế các tệp hiện có, yêu cầu hiệu quả gấp đôi dung lượng), vấn đề sẽ rõ ràng hơn nhiều. Bạn đã hoàn tất tải xuống và sau đó phải đợi mãi để cài đặt.

Vậy bạn có nên tránh QLC?

Bạn chắc chắn nên tránh các ổ đĩa QLC có 512 GB (và ít hơn, một khi nó trở nên rẻ hơn để sản xuất), vì chúng không có ý nghĩa nhiều. Bạn sẽ điền chúng nhanh hơn nhiều và bộ đệm sẽ nhỏ hơn khi đầy, khiến nó chậm hơn đáng kể. Thêm vào đó, chúng hiện không rẻ hơn nhiều so với các lựa chọn thay thế.

Mặc dù thiếu sót của nó, flash QLC không phải  là vấn đề quá lớn khi bạn nhìn vào các ổ đĩa có dung lượng cao hơn. Mô hình 2 TB của 660p có bộ nhớ cache tối thiểu 24 GB khi được lấp đầy. Đây vẫn là đèn flash QLC, nhưng đó là sự đánh đổi chấp nhận được đối với ổ SSD 2 TB giá rẻ hoạt động rất nhanh trong  hầu hết thời gian.

Với khả năng khổng lồ của chúng, SSD dựa trên QLC có thể đóng vai trò thay thế tốt cho ổ cứng quay, miễn là bạn thực hiện sao lưu thường xuyên trong trường hợp nó khởi động xô. Đó là tối ưu cho một cái gì đó bạn truy cập không thường xuyên nhưng muốn thực sự nhanh khi bạn thực hiện và với bộ đệm SLC có kích thước vừa phải, hầu hết các thao tác ghi được duy trì sẽ nhanh chóng hợp lý cho đến khi bạn lấp đầy ổ đĩa.

Do các vấn đề về độ tin cậy, bạn nên tránh sử dụng nó như một ổ đĩa khởi động hoặc cho bất cứ điều gì thường xuyên được ghi vào.

Vẫn còn rất nhiều tiến bộ cần được thực hiện trong các khía cạnh khác của việc sản xuất bộ điều khiển tốt hơn có khả năng giải quyết nhiều chip flash, chip flash rẻ hơn khi các nút xử lý hoàn thiện và có lẽ các công nghệ khác hoàn toàn. Đèn flash QLC không sớm trở thành tiêu chuẩn; Hiện tại, nó chỉ là một lựa chọn khác. Chỉ cần đảm bảo rằng khi mua SSD, bạn kiểm tra các thông số kỹ thuật và chú ý đến loại đèn flash được sử dụng để chế tạo chúng.

Liên hệ tác giả