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Ihre nächste SSD könnte langsamer sein (dank QLC Flash)


bdavid32/Shutterstock.com

Neuer ist nicht immer besser. In letzter Zeit haben SSD-Hersteller damit begonnen, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit abzuwägen, um mehr Speicherplatz in ihre Laufwerke zu stopfen. Protokolle wie NVMe und PCIe werden schneller, aber einige SSDs gehen zurück.

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 bekommen. Größere Kapazitäten verkaufen.

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 für jeden Sprung in der SSD-Technologie gibt es einen Kompromiss. Wir sehen derzeit den Aufstieg von Quad Level Cell (QLC) SSDs, die 4 Bit an Informationen pro Speicherzelle speichern können. QLC hat Standard-SSDs nicht vollständig ersetzt, aber einige Laufwerke, die es verwenden, haben ihren Weg auf den Markt gefunden und haben Probleme.

Insbesondere müssen SSD-Hersteller einen Weg finden, mehr Platz in gleich große NAND-Flash-Chips (den eigentlichen datenspeichernden Teil der SSD) unterzubringen. Traditionell wurde dies mit einer Prozessknotenverkleinerung durchgeführt, wodurch die Transistoren im Flash kleiner wurden. Aber wenn Moores Gesetz langsamer wird, müssen Sie kreativer werden.

Die geniale Lösung ist Multi-Level-NAND-Flash. NAND-Flash ist in der Lage, einen bestimmten Spannungspegel in einer Zelle über einen längeren Zeitraum zu speichern. Herkömmlicher NAND-Flash speichert zwei Stufen – ein und aus. Dies wird als SLC-Flash bezeichnet und ist wirklich schnell. Da NAND jedoch im Wesentlichen eine analoge Spannung speichert, können Sie mehrere Bits mit leicht unterschiedlichen Spannungspegeln wie folgt darstellen:

Spannungspegel steigen exponentiell mit höherer Speicherdichte
Anthony Heddings

Das Problem, wie hier gezeigt, ist, dass es hochskaliert wird exponentiell. SLC-Blitz benötigt nur Spannung oder deren Fehlen. MLC-Blitz benötigt vier Spannungsstufen. TLC braucht acht. Und im letzten Jahr hat QLC Flash den Markt erobert und benötigt 16 separate Spannungsebenen.

Dies führt zu vielen Problemen. Wenn Sie mehr Spannungspegel hinzufügen, wird es immer schwieriger, die Bits voneinander zu unterscheiden. Dadurch ist QLC-Flash 25 % dichter als TLC, aber deutlich langsamer. Die Lesegeschwindigkeit wird nicht so stark beeinflusst, aber die Schreibgeschwindigkeit nimmt einen Sprung. Die meisten SSDs (die das neuere NVMe-Protokoll verwenden) bewegen sich für anhaltendes Lesen und Schreiben (dh Laden oder Kopieren großer Dateien) bei etwa 1500 MB/s. Aber QLC Flash schafft nur zwischen 80-160 MB/s für anhaltendes Schreiben, was schlimmer ist als eine anständige Festplatte.

QLC SSDs gehen viel schneller kaputt Quick

Alle SSDs haben im Vergleich zu Festplatten generell eine ungünstige Schreibdauer. Jedes Mal, 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 in der Nähe, was dazu führt, dass eine „0“-Zelle mit der Zeit näher an „1“ liegt. Dies wird vom Controller ausgeglichen, indem im Laufe der Zeit eine positivere Spannung angelegt wird, was in Ordnung ist, wenn Sie viel Spannungsraum übrig haben. Aber QLC nicht.

SLC hat einen Durchschnitt Schreibdauer von 100.000 Programm-/Löschzyklen (Schreiboperationen). 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 Ihr Bootlaufwerk, auf die sehr häufig geschrieben wird.

Fazit: Kaufen Sie kein QLC-Laufwerk, um es für das Systemlaufwerk Ihres Betriebssystems zu verwenden. Sie sind viel zu unzuverlässig, um sicher zu sein, dass sie in ein paar Jahren nicht abgebaut 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 bei Laptops ein Problem sein, bei denen Sie diese Option nicht haben, aber QLC ist noch sehr neu und hat noch keinen Weg in Laptops gefunden.

Effizientes Caching verbirgt diese Probleme

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

QLC SSDs widmen einen Teil des Laufwerks einem Zwischenspeicher. Dieser Cache ignoriert die Tatsache, dass er QLC sein soll und arbeitet stattdessen wie SLC-Flash. Der Cache ist 75 % kleiner als der tatsächlich benötigte Speicherplatz, aber er ist viel schneller.

Daten aus dem Cache können mit der gleichen Geschwindigkeit wie andere High-End-SSDs geschrieben werden und werden vom Controller langsam ausgespült und in die QLC-Zellen einsortiert. 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 Testbericht zum Crucial P1 500GB, eine Consumer-QLC-SSD, die dieses Problem recht deutlich zeigt:

Schreibgeschwindigkeit sinkt nach 64 GB
Toms Hardware

Die rote Linie, die das Crucial P1 darstellt, arbeitet mit soliden NVMe-Geschwindigkeiten, wenn auch etwas langsam im Vergleich zu einigen der High-End-Angebote. Aber nach etwa 75 GB Schreibvorgängen ist der Cache voll und man sieht die Real Geschwindigkeit des QLC-Blitzes. Die Linie sinkt auf etwa 80 MB/s, langsamer als die meisten Festplatten für anhaltende Schreibvorgänge.

Das ADATA XPG SX8200, ein TLC-Laufwerk, zeigt die gleichen Eigenschaften, außer dass der rohe TLC-Flash nach dem Ablegen noch schneller ist. Die meisten anderen Laufwerke verwenden ebenfalls diese Caching-Methode, da sie schnelle, kleine Schreibvorgänge auf das Laufwerk (die am häufigsten vorkommen) beschleunigt. Am meisten werden Sie jedoch anhaltende Schreibvorgänge bemerken – Sie werden es nicht bemerken, wenn eine kleine Dateikopie 0,15 Sekunden statt 0,21 Sekunden dauert, aber Sie werden es bemerken, wenn eine große Kopie 10 Minuten länger dauert.

Man könnte dies leicht als Randfall-Szenario abschreiben, aber dieser Cache bleibt nicht ewig bei 75 GB. Wenn Sie das Laufwerk füllen, wird der Cache kleiner. Gemäß Anandtechs Tests, für die 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 übrig sind.

Die Größe des SLC-Cache wird kleiner, wenn das Laufwerk voll wird
Anandtech

Das heißt, wenn Sie Ihre SSD aufgefüllt und dann versucht haben, ein 20-30-GB-Spiel von Steam zu installieren, würden die ersten 6 GB extrem schnell auf das Laufwerk schreiben, und dann würden Sie die gleichen Geschwindigkeiten von 80 MB/s sehen für die restlichen Dateien.

Zugegeben, Sie sind in diesem Beispiel wahrscheinlich durch die Download-Geschwindigkeit eingeschränkt, aber im Fall von Updates (die die vorhandenen Dateien herunterladen und dann ersetzen müssen, was effektiv den doppelten Speicherplatz benötigt) wäre das Problem viel offensichtlicher. Sie würden den Download beenden und müssen dann ewig warten, bis es installiert ist.

Sollten Sie also QLC vermeiden?

Auf QLC-Laufwerke mit 512 GB (und weniger, wenn die Produktion günstiger wird) auf jeden Fall verzichten sollten, da sie wenig 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 nicht auch ein 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 wirklich schnell arbeitet meistens.

Angesichts ihrer gigantischen Kapazitäten können QLC-basierte SSDs als anständiger Ersatz für eine sich drehende Festplatte dienen, vorausgesetzt, Sie machen regelmäßige Backups, falls es den Eimer schlägt. Es ist optimal für etwas, auf das Sie selten zugreifen, aber dabei wirklich schnell sein möchten, und mit einem anständig großen SLC-Cache werden die meisten anhaltenden Schreibvorgänge relativ schnell sein, bis Sie das Laufwerk voll haben.

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

In anderen Aspekten der Fertigung sind noch viele Fortschritte zu machen – bessere Controller, die mehr Flash-Chips adressieren können, billigere Flash-Chips, wenn Prozessknoten ausgereift sind, und vielleicht auch ganz andere Technologien. QLC-Flash wird in absehbarer Zeit nicht zum Standard; derzeit ist es nur eine weitere Option. Achten Sie beim Kauf einer SSD nur auf die technischen Spezifikationen und achten Sie auf die Art des verwendeten Flashs.



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