Nu tot ce este nou este neapărat mai bun. În ultima perioadă, producătorii de SSD-uri și-au reorientat prioritățile, sacrificând viteza și fiabilitatea pentru a maximiza spațiul de stocare pe unitățile lor. Deși tehnologii precum NVMe și PCIe evoluează către viteze mai mari, unele SSD-uri înregistrează regrese.
Problema constă în tehnologia QLC Flash
Să detaliem problema. Producția de SSD-uri este costisitoare, iar puțini consumatori sunt dispuși să investească 200 de dolari pentru un SSD de 512 GB, când pot achiziționa hard disk-uri mecanice de 2000 GB la un preț sub 50 de dolari. Capacitățile mari de stocare sunt cele care atrag cumpărătorii.
Producătorii de SSD-uri măresc capacitățile de stocare menținând costurile reduse, dar acest demers afectează performanța și durata de viață a unităților. SSD-urile de mari dimensiuni devin mai accesibile, însă fiecare avans tehnologic aduce cu sine și un compromis. În prezent, asistăm la o creștere a popularității SSD-urilor Quad Level Cell (QLC), care pot stoca 4 biți de informații în fiecare celulă de memorie. Deși QLC nu a înlocuit în totalitate SSD-urile standard, anumite unități care utilizează această tehnologie au ajuns pe piață și prezintă dificultăți.
În esență, producătorii de SSD-uri sunt nevoiți să găsească metode de a integra mai mult spațiu în cipurile flash NAND de dimensiuni constante (componenta responsabilă de stocarea datelor în SSD-uri). Tradițional, acest lucru se realiza prin reducerea dimensiunii nodului de proces, micșorând tranzistorii din interiorul flash-ului. Dar, cum Legea lui Moore încetinește, se impun soluții mai inovatoare.
Soluția implementată este reprezentată de flash-ul NAND cu mai multe niveluri. Flash-ul NAND are capacitatea de a stoca un anumit nivel de tensiune într-o celulă pentru o perioadă îndelungată. Flash-ul NAND tradițional stochează două niveluri – pornit și oprit. Această tehnologie este cunoscută sub denumirea de flash SLC și se remarcă prin rapiditate. Însă, deoarece NAND stochează o tensiune analogică, este posibilă reprezentarea mai multor biți prin niveluri de tensiune ușor diferite, după cum urmează:
Aici apare o problemă: necesarul crește exponențial. Flash-ul SLC operează doar cu tensiune sau absența acesteia. Flash-ul MLC are nevoie de patru niveluri de tensiune. TLC necesită opt. Iar în ultimul an, flash-ul QLC a apărut pe piață, impunând 16 niveluri de tensiune distincte.
Acest lucru generează numeroase probleme. Pe măsură ce numărul nivelurilor de tensiune crește, devine tot mai dificil să diferențiem biții. Deși flash-ul QLC este cu 25% mai dens decât TLC, este semnificativ mai lent. Viteza de citire nu este la fel de afectată, însă viteza de scriere suferă. Majoritatea SSD-urilor (folosind noul protocol NVMe) ating în jur de 1500 MB/s pentru scriere și citire susținută (adică, încărcarea sau copierea fișierelor mari). Însă, flash-ul QLC se limitează la 80-160 MB/s pentru scrieri susținute, ceea ce este inferior chiar și unui hard disk decent.
SSD-urile QLC se deteriorează mult mai rapid
SSD-urile, în general, prezintă o rezistență la scriere mai slabă în comparație cu hard disk-urile. De fiecare dată când scriem într-o celulă a unui SSD, aceasta se deteriorează lent. Ștergerea unei celule ar trebui să elimine electronii, însă o parte dintre ei persistă, ceea ce face ca o celulă „0” să se apropie în timp de „1”. Controllerul compensează acest efect prin aplicarea unei tensiuni mai pozitive, ceea ce este acceptabil atunci când există o marjă mare de tensiune. Însă, QLC nu beneficiază de această marjă.
SLC are o rezistență la scriere de aproximativ 100.000 de cicluri de program/ștergere (operații de scriere). MLC se situează între 35.000 și 10.000. TLC are în jur de 5.000. Însă, QLC are doar 1.000. Acest lucru face ca QLC să fie nepotrivit pentru unități cu acces frecvent, precum unitatea de boot, pe care se scrie foarte des.
Concluzie: nu este recomandată achiziționarea unei unități QLC pentru a fi utilizată ca unitate de sistem a sistemului dumneavoastră de operare. Fiabilitatea lor este prea precară pentru a fi siguri că nu se vor degrada în câțiva ani. Se sugerează folosirea unei unități QLC mari ca înlocuitor pentru un hard disk mecanic și utilizarea unei unități SLC, MLC sau TLC rapide ca unitate principală pentru sistemul de operare. Această soluție poate fi problematică în cazul laptopurilor, unde opțiunile sunt limitate, dar tehnologia QLC este încă foarte nouă și nu a intrat pe scară largă în dotarea laptopurilor.
Tehnica de caching ascunde aceste probleme
Poate vă întrebați de ce se mai utilizează tehnologia QLC când este obiectiv mai lentă și se deteriorează mult mai rapid decât celelalte tipuri de flash. Evident, nu se poate comercializa un produs cu performanțe inferioare, însă producătorii de SSD-uri au găsit o soluție pentru a masca problema: caching-ul.
SSD-urile QLC alocă o parte din unitate unui cache. Acest cache funcționează ca un flash SLC, ignorând faptul că este QLC. Deși cache-ul ocupă doar 75% din spațiul real, el oferă viteze mult mai mari.
Datele din cache pot fi scrise la aceeași viteză ca și în cazul altor SSD-uri performante, fiind transferate treptat de controller în celulele QLC. Însă, atunci când cache-ul este plin, controllerul trebuie să scrie direct în celulele QLC lente, generând o scădere semnificativă a performanței în timpul scrierilor lungi.
Un studiu realizat de Tom’s Hardware, care a testat SSD-ul QLC Crucial P1 500GB, ilustrează această problemă:
Linia roșie, care reprezintă Crucial P1, afișează viteze NVMe decente, deși ușor inferioare unor oferte superioare. Însă, după aproximativ 75 GB de scriere, cache-ul se umple și se poate observa adevărata viteză a flash-ului QLC. Linia scade la aproximativ 80 MB/s, mai lent decât majoritatea hard disk-urilor la scrieri susținute.
ADATA XPG SX8200, o unitate TLC, prezintă caracteristici similare, cu excepția faptului că flash-ul TLC brut este mai rapid. Majoritatea unităților utilizează această tehnică de caching, deoarece accelerează scrierile mici și rapide (cele mai frecvente). Însă, scrierile susținute sunt cele mai observabile. Nu se observă o diferență de 0,06 secunde la o copie a unui fișier mic, însă se va resimți o diferență de 10 minute la copierea unui fișier mare.
Această situație poate fi percepută ca un scenariu limită, însă capacitatea cache-ului nu rămâne constantă. Pe măsură ce umpleți unitatea, cache-ul devine mai mic. Conform unui test realizat de Anandtech pentru gama Intel SSD 660p, cache-ul pentru modelul de 512 GB este redus la doar 6 GB atunci când unitatea este aproape plină, chiar și cu 128 GB de spațiu disponibil.
Acest lucru înseamnă că dacă ați umplut SSD-ul și ați dori să instalați un joc de 20-30 GB de pe Steam, primii 6 GB vor fi scriși extrem de rapid, iar restul fișierelor vor fi scrise la viteze de 80 MB/s.
Desigur, în acest exemplu sunteți probabil limitat de viteza de descărcare, însă problema devine mai evidentă în cazul actualizărilor (care necesită descărcarea și înlocuirea fișierelor existente, dublând practic necesarul de spațiu). Veți finaliza descărcarea, însă va trebui să așteptați mult timp pentru instalare.
Ar trebui să evităm unitățile QLC?
Unitățile QLC cu capacitate de 512 GB (sau mai puțin) ar trebui evitate, deoarece nu prea au sens. Le veți umple mult mai rapid, iar capacitatea cache-ului va fi redusă, generând încetiniri semnificative. În plus, nu sunt mult mai ieftine decât alternativele.
În ciuda deficiențelor sale, tehnologia flash QLC nu reprezintă o problemă majoră în cazul unităților cu capacitate mai mare. Modelul de 2 TB al 660p are un cache minim de 24 GB când este plin. Deși folosește flash QLC, este un compromis acceptabil pentru un SSD ieftin de 2 TB, care oferă performanțe ridicate în majoritatea timpului.
Având în vedere capacitatea lor generoasă, SSD-urile bazate pe QLC pot înlocui un hard disk mecanic, cu condiția să realizați copii de rezervă regulate. Sunt optime pentru date la care accesați rar, însă doriți acces rapid când o faceți, iar cu un cache SLC de dimensiuni decente, majoritatea operațiunilor de scriere vor fi rapide până la umplerea unității.
Datorită problemelor de fiabilitate, ar trebui să evitați folosirea unităților QLC ca unitate de boot sau pentru operații în care se scrie frecvent.
Mai sunt multe progrese de realizat în alte aspecte ale producției – controllere mai performante, capabile să gestioneze mai multe cipuri flash, cipuri flash mai ieftine pe măsură ce nodurile de proces se maturizează și, poate, tehnologii cu totul noi. Flash-ul QLC nu va deveni standardul prea curând, fiind doar o altă opțiune. Atunci când achiziționați un SSD, verificați cu atenție specificațiile tehnice și tipul de flash utilizat.