Seu próximo SSD pode ser mais lento (graças ao QLC Flash)

Mais recente nem sempre é melhor. Recentemente, os fabricantes de SSDs começaram a trocar velocidade e confiabilidade no interesse de colocar mais espaço de armazenamento em suas unidades. Protocolos como NVMe e PCIe estão ficando mais rápidos, mas alguns SSDs estão retrocedendo.

QLC Flash é o problema

Aqui está o problema. Fazer SSDs é caro e poucas pessoas querem pagar $ 200 por um SSD de 512 GB quando você pode obter discos rígidos mecânicos de “2.000 GB” por menos de $ 50. Venda de capacidades maiores.

Os fabricantes de SSDs estão aumentando as capacidades de armazenamento enquanto mantêm os custos baixos – mas isso é ruim para o desempenho e a durabilidade. SSDs grandes podem estar ficando mais baratos, mas há uma compensação para cada salto na tecnologia SSD. Atualmente, estamos vendo o surgimento de SSDs Quad Level Cell (QLC), que podem armazenar 4 bits de informação por célula de memória. O QLC não substituiu completamente os SSDs padrão, mas algumas unidades que o usam chegaram ao mercado e têm problemas.

Especificamente, os fabricantes de SSDs precisam encontrar uma maneira de colocar mais espaço nos chips flash NAND de mesmo tamanho (a parte real do SSD que armazena dados). Tradicionalmente, isso era feito com uma redução do nó do processo , tornando os transistores dentro do flash menores. Mas, à medida que a Lei de Moore desacelera, você precisa ser mais criativo.

A solução engenhosa é o flash NAND de vários níveis. O flash NAND é capaz de armazenar um nível de tensão específico em uma célula por um período prolongado. O flash NAND tradicional armazena dois níveis – ligado e desligado. Isso é chamado de SLC flash e é muito rápido. Mas, uma vez que NAND armazena essencialmente uma tensão analógica, você pode representar vários bits com níveis de tensão ligeiramente diferentes, como:

O problema, conforme mostrado aqui, é que ele aumenta  exponencialmente . O flash do SLC requer apenas tensão ou falta dela. O flash MLC requer quatro níveis de tensão. O TLC precisa de oito. E, no ano passado, o flash QLC entrou no mercado, exigindo 16 níveis de tensão separados.

Isso leva a muitos problemas. À medida que você adiciona mais níveis de tensão, fica cada vez mais difícil distinguir os bits. Isso torna o flash QLC 25% mais denso do que o TLC, mas significativamente mais lento. A velocidade de leitura não é muito afetada, mas a velocidade de gravação dá um mergulho. A maioria dos SSDs (usando o protocolo NVMe mais recente) gira em torno de 1500 MB / s para leitura e gravação sustentadas (ou seja, carregando ou copiando arquivos grandes). Mas o QLC flash gerencia apenas entre 80-160 MB / s para gravações sustentadas , o que é pior do que um disco rígido decente.

SSDs QLC decompõem-se muito mais rápido

Todos os SSDs geralmente têm resistência de gravação desfavorável em comparação com discos rígidos. Sempre que você grava em uma célula em um SSD, ele se desgasta lentamente. O apagamento de uma célula deve eliminá-la de elétrons, mas alguns sempre ficam por perto, fazendo com que uma célula “0” fique mais próxima de “1” com o tempo. Isso é compensado pelo controlador aplicando uma tensão mais positiva ao longo do tempo, o que é bom quando você tem muito espaço de tensão de sobra. Mas o QLC não.

O SLC tem uma resistência média de  gravação de 100.000 ciclos de programação / exclusão (operações de gravação). A MLC tem entre 35.000 e 10.000. TLC tem cerca de 5.000. Mas QLC tem apenas 1.000. Isso torna o QLC inadequado para unidades de acesso frequente, como sua unidade de inicialização, que são gravadas com muita frequência.

Conclusão – não compre uma unidade QLC para usar na unidade do sistema operacional. Eles são muito pouco confiáveis ​​para ter certeza de que não se degradará em alguns anos. Recomendamos o uso de uma unidade QLC grande como substituto de uma unidade de disco rígido giratória e uma unidade SLC, MLC ou TLC rápida como unidade de sistema operacional principal. Isso pode ser um problema em laptops, onde você não tem a opção, mas o QLC ainda é muito novo e ainda não chegou aos laptops.

O cache eficiente esconde esses problemas

Neste ponto, você pode estar se perguntando por que o QLC é uma coisa quando é objetivamente mais lento e quebra muito mais rápido do que os outros tipos de flash. Obviamente, você não pode comercializar um downgrade, mas os fabricantes de SDD encontraram uma maneira de esconder o problema – o cache.

Os SSDs QLC dedicam uma parte da unidade a um  cache. Esse cache ignora o fato de que deveria ser QLC e, em vez disso, opera como flash SLC. O cache será 75% menor do que o espaço real da unidade que ocupa, mas será muito mais rápido.

Os dados do cache podem ser gravados na mesma velocidade de outros SSDs de última geração e serão lentamente eliminados pelo controlador e classificados nas células QLC. Mas quando esse cache está cheio, o controlador precisa gravar diretamente nas células lentas do QLC, o que causa uma queda considerável no desempenho durante gravações longas.

Dê uma olhada neste benchmark da análise do Hardware de Tom do Crucial P1 500GB , um SSD QLC de consumidor, que mostra esse problema claramente:

A linha vermelha que representa o Crucial P1 opera em velocidades NVMe sólidas, embora um pouco lento em comparação com algumas das ofertas de ponta. Mas após cerca de 75 GB de gravações, o cache fica cheio e você pode ver a  velocidade real do flash QLC. A linha cai para cerca de 80 MB / s, mais lenta do que a maioria dos discos rígidos para gravações sustentadas.

O ADATA XPG SX8200, um drive TLC, exibe as mesmas características, exceto que o flash TLC bruto após a queda é ainda mais rápido. A maioria das outras unidades também emprega esse método de cache, pois acelera gravações pequenas e rápidas na unidade (que são mais comuns). Mas gravações sustentadas são o que você mais notará – você não notará se uma cópia de um arquivo pequeno leva 0,15 segundos contra 0,21 segundos, mas notará se uma cópia grande demorar dez minutos extras.

Você poderia facilmente descartá-lo como um cenário de caso extremo, mas esse cache não permanece 75 GB para sempre. Conforme você preenche a unidade, o cache fica menor. De acordo com os testes da Anandtech , para a linha Intel SSD 660p, o cache para o modelo de 512 GB é reduzido para apenas 6 GB quando o disco está quase cheio, mesmo com 128 GB de espaço restante.

Isso significa que se você enchesse seu SSD e tentasse instalar um jogo de 20-30 GB do Steam, os primeiros 6 GB seriam gravados na unidade de forma extremamente rápida e você começaria a ver as mesmas velocidades de 80 MB / s para os arquivos restantes.

Com certeza, você provavelmente está limitado pela velocidade de download neste exemplo, mas no caso de atualizações (que precisam fazer o download e substituir os arquivos existentes, efetivamente exigindo o dobro do espaço), o problema seria muito mais aparente. Você terminaria o download e teria que esperar uma eternidade até que ele fosse instalado.

Portanto, você deve evitar o QLC?

Definitivamente, você deve evitar drives QLC com 512 GB (e menos, uma vez que se torna mais barato de produzir), pois eles não fazem muito sentido. Você os preencherá muito mais rápido e o cache será menor quando estiver cheio, tornando-o consideravelmente mais lento. Além disso, eles atualmente não são muito mais baratos do que as alternativas.

Apesar de suas deficiências, o flash QLC não é  um grande problema quando você olha para os drives de maior capacidade. O modelo de 2 TB do 660p apresenta um mínimo de 24 GB de cache quando está cheio. Ainda é flash QLC, mas é uma compensação aceitável para um SSD barato de 2 TB que opera muito rápido na  maioria das vezes.

Dadas suas capacidades gigantescas, os SSDs baseados em QLC podem servir como um substituto decente para um disco rígido giratório, desde que você faça backups regulares para o caso de não funcionar bem. É ideal para algo que você acessa com pouca frequência, mas deseja ser realmente rápido quando o faz, e com um cache SLC de tamanho decente, a maioria das operações de gravação sustentadas serão razoavelmente rápidas até que você preencha o drive.

Devido aos problemas de confiabilidade, você deve evitar usá-lo como uma unidade de inicialização ou para qualquer coisa que seja gravada com muita frequência.

Ainda há muitos avanços a serem feitos em outros aspectos da fabricação – controladores melhores capazes de lidar com mais chips flash, chips flash mais baratos à medida que os nós de processo amadurecem e talvez outras tecnologias. Flash QLC não está se tornando o padrão tão cedo; atualmente, é apenas outra opção. Apenas certifique-se de que, ao comprar um SSD, verifique as especificações técnicas e preste atenção ao tipo de flash utilizado em sua fabricação.