QLC SSD-er: Raskere eller tregere enn HDD? Sjekk fakta!

Det nyeste er ikke alltid det beste. I det siste har produsenter av SSD-er begynt å ofre hastighet og pålitelighet for å presse inn mer lagringskapasitet i sine disker. Selv om protokoller som NVMe og PCIe utvikler seg og blir raskere, ser vi en tendens til at noen SSD-er tar et skritt tilbake.

Problemet ligger i QLC Flash

Hovedproblemet er kostnadene. Produksjon av SSD-er er kostbart, og få ønsker å betale 2000 kroner for en 512 GB SSD når man kan få mekaniske harddisker med «2000 GB» for mindre enn 500 kroner. Større kapasiteter er det som selger.

SSD-produsentene øker lagringskapasiteten samtidig som de prøver å holde kostnadene nede, men dette går ut over ytelse og holdbarhet. Større SSD-er blir kanskje billigere, men hvert steg i SSD-teknologien har en pris. Vi ser nå fremveksten av Quad Level Cell (QLC) SSD-er, som kan lagre 4 biter informasjon per minnecelle. QLC har ikke fullstendig erstattet standard SSD-er, men noen få stasjoner som benytter denne teknologien har dukket opp på markedet, og de har sine utfordringer.

Konkret må SSD-produsentene finne en måte å få plass til mer lagring i de samme NAND-flash-brikkene (den delen av SSD-en som faktisk lagrer data). Tradisjonelt har dette blitt gjort ved å krympe prosessnoden, noe som gjør transistorene inne i flash-minnet mindre. Men ettersom Moores lov begynner å miste sin kraft, må man tenke nytt.

Den smarte løsningen er NAND-flash med flere nivåer. NAND-flash er i stand til å lagre et spesifikt spenningsnivå i en celle over tid. Tradisjonell NAND-flash lagrer to nivåer – på og av. Dette kalles SLC-flash, og det er veldig raskt. Men ettersom NAND i bunn og grunn lagrer en analog spenning, kan man representere flere biter med litt forskjellige spenningsnivåer, slik som dette:

Problemet, som illustrert her, er at kompleksiteten øker eksponensielt. SLC-flash krever bare spenning eller mangel på spenning. MLC-flash krever fire spenningsnivåer. TLC trenger åtte. Og i det siste har QLC-flash gjort sitt inntog på markedet, og det krever 16 separate spenningsnivåer.

Dette fører til en rekke problemer. Jo flere spenningsnivåer som legges til, desto vanskeligere blir det å skille bitene fra hverandre. Dette gjør at QLC-flash kan være 25% tettere enn TLC, men betydelig tregere. Lesehastigheten påvirkes ikke så mye, men skrivehastigheten synker dramatisk. De fleste SSD-er (som bruker den nyere NVMe-protokollen) ligger rundt 1500 MB/s for vedvarende lesing og skriving (som ved lasting eller kopiering av store filer). Men QLC-flash klarer bare mellom 80-160 MB/s for vedvarende skriving, noe som er dårligere enn en god harddisk.

QLC SSD-er slites mye raskere

Alle SSD-er har generelt sett dårligere skriveutholdenhet sammenlignet med harddisker. Hver gang du skriver til en celle i en SSD, slites den sakte ut. Sletting av en celle skal kvitte seg med elektroner, men noen få vil alltid henge igjen, noe som gjør at en «0»-celle over tid nærmer seg «1». Dette kompenseres for av kontrolleren ved å bruke en mer positiv spenning over tid, noe som går greit når man har mye spenningsplass å gå på. Men det har ikke QLC.

SLC har en gjennomsnittlig skriveutholdenhet på 100 000 program/slettesykluser (skriveoperasjoner). MLC har mellom 35 000 og 10 000. TLC har rundt 5000. Men QLC har bare ynkelige 1000. Dette gjør QLC uegnet for stasjoner som ofte brukes, som oppstartsstasjonen, som det skrives til svært ofte.

Konklusjonen er at du ikke bør kjøpe en QLC-disk for bruk som operativsystemets systemstasjon. De er altfor upålitelige til å kunne garantere at de ikke vil degraderes om noen år. Vi anbefaler å bruke en stor QLC-disk som erstatning for en roterende harddisk, og å bruke en rask SLC-, MLC- eller TLC-disk som din primære OS-stasjon. Dette kan være et problem i bærbare datamaskiner, hvor du ikke har dette valget, men QLC er fortsatt ganske nytt og har ikke kommet så mye inn i bærbare datamaskiner ennå.

Effektiv bufring skjuler disse problemene

På dette tidspunktet lurer du kanskje på hvorfor QLC i det hele tatt eksisterer når den er objektivt sett tregere og slites mye raskere enn de andre flash-typene. Det er åpenbart ikke gunstig å markedsføre en nedgradering, men SDD-produsenter har funnet en måte å skjule problemet – bufring.

QLC SSD-er dedikerer en del av stasjonen til en hurtigbuffer. Denne hurtigbufferen ignorerer det faktum at den skal være QLC og fungerer i stedet som SLC-flash. Hurtigbufferen vil være 75% mindre enn den faktiske stasjonen den opptar, men den vil være mye raskere.

Data fra hurtigbufferen kan skrives til med samme hastighet som andre high-end SSD-er, og vil sakte overføres av kontrolleren og sorteres inn i QLC-cellene. Men når hurtigbufferen er full, må kontrolleren skrive direkte til de trege QLC-cellene, noe som fører til et betydelig fall i ytelse ved lengre skriveoperasjoner.

Se på denne ytelsestesten fra Tom’s Hardware’s gjennomgang av Crucial P1 500GB, en QLC SSD for forbrukere, som viser dette problemet ganske tydelig:

Den røde linjen som representerer Crucial P1 opererer med solide NVMe-hastigheter, om enn litt treg sammenlignet med noen av de beste produktene. Men etter rundt 75 GB skriving blir hurtigbufferen full, og du kan se den faktiske hastigheten til QLC-flash. Linjen stuper til rundt 80 MB/s, tregere enn de fleste harddisker for vedvarende skriving.

ADATA XPG SX8200, en TLC-disk, viser de samme egenskapene, bortsett fra at den rå TLC-blitsen etter fallet fortsatt er raskere. De fleste andre stasjoner bruker også denne hurtigbuffermetoden, siden den øker raske, små skriveoperasjoner til stasjonen (som er mest vanlig). Men vedvarende skriving er det du vil merke mest – du vil ikke merke om en kopi av en liten fil tar 0,15 sekunder i stedet for 0,21 sekunder, men du vil merke om en stor kopi tar ti minutter ekstra.

Du kan lett avfeie dette som et ekstremt tilfelle, men hurtigbufferen forblir ikke 75 GB for alltid. Når du fyller opp stasjonen, blir hurtigbufferen mindre. Ifølge Anandtechs testing, for Intel SSD 660p-serien, reduseres hurtigbufferen for 512 GB-modellen til bare 6 GB når stasjonen nesten er full, selv med 128 GB plass igjen.

Dette betyr at hvis du hadde fylt opp SSD-en din og deretter prøvde å installere et 20-30 GB-spill fra Steam, ville de første 6 GB skrives ekstremt raskt til stasjonen, og deretter ville du begynne å se de samme 80 MB/s-hastighetene for de resterende filene.

Det skal sies at du sannsynligvis er begrenset av nedlastingshastigheten i dette eksemplet, men når det gjelder oppdateringer (som må lastes ned og deretter erstatte de eksisterende filene, som faktisk krever dobbelt så mye plass) vil problemet være mye mer tydelig. Du vil fullføre nedlastingen, og deretter måtte vente i en evighet på at den skal installeres.

Så bør du unngå QLC?

Du bør definitivt unngå QLC-disker med 512 GB (og mindre, når det blir billigere å produsere), siden de ikke gir mye mening. Du vil fylle dem opp mye raskere, og hurtigbufferen blir mindre når den er full, noe som gjør den betydelig tregere. Dessuten er de foreløpig ikke så mye billigere enn alternativene.

Til tross for sine mangler er ikke QLC-flash et like stort problem når man ser på stasjoner med høyere kapasitet. 2 TB-modellen av 660p har en minimum hurtigbuffer på 24 GB når den er fylt opp. Det er fortsatt QLC-flash, men det er en akseptabel avveining for en billig 2 TB SSD som fungerer veldig raskt mesteparten av tiden.

Gitt deres enorme kapasiteter kan QLC-baserte SSD-er fungere som en grei erstatning for en roterende harddisk, forutsatt at du tar regelmessige sikkerhetskopier i tilfelle den svikter. Det er optimalt for noe du sjelden bruker, men som skal være veldig raskt når du gjør det, og med en akseptabel størrelse på SLC-hurtigbufferen vil de fleste vedvarende skriveoperasjoner gå ganske raskt til du fyller opp stasjonen.

På grunn av pålitelighetsproblemene bør du unngå å bruke den som en oppstartsstasjon eller til noe som skrives til veldig ofte.

Det er fortsatt mange fremskritt å gjøre i andre aspekter av produksjonen – bedre kontrollere som kan håndtere flere flash-brikker, billigere flash-brikker når prosessnoder modnes, og kanskje helt andre teknologier. QLC-flash blir ikke standarden med det første; for øyeblikket er det bare et annet alternativ. Pass på at når du kjøper en SSD, sjekker du de tekniske spesifikasjonene og legger merke til hvilken type flash som brukes til å lage den.