ما هو التخزين المؤقت في SLC؟

تقدم محركات أقراص الحالة الصلبة الحديثة نسبة جيجابت أفضل بكثير لكل دولار مما كانت عليه في السنوات القليلة الماضية. عندما كانت محركات أقراص الحالة الصلبة تصل إلى السوق لأول مرة ، كانت بشكل عام في نطاق سعة 64 جيجابايت أو 128 جيجابايت. كانت أيضًا أغلى من محركات الأقراص الصلبة متعددة تيرابايت. لسنوات ، كان من المفترض أنك تريد مساحة تخزين كبيرة ولا ترغب في دفع أسعار مرتفعة ، فأنت بحاجة إلى محرك أقراص ثابتة وعليك قبول الأداء المنخفض.

لكن الأمور مختلفة بعض الشيء الآن. نعم ، لا تزال محركات الأقراص الصلبة SSD أكثر تكلفة لكل جيجابايت من محركات الأقراص الثابتة ، لكن السعر أقرب بكثير. يعد محرك أقراص الحالة الصلبة سعة 2 تيرابايت هو المكان المناسب لتسعير محركات أقراص الحالة الصلبة. يبلغ سعر محرك الأقراص الثابتة سعة 2 تيرابايت ضعف سعر محرك الأقراص الثابتة سعة 2 تيرابايت. يمكنك الآن الحصول على ميزة أداء أكثر أهمية مقابل تلك التكلفة الإضافية.

لا يزال من الصحيح أنك إذا كنت تريد العديد من وحدات التخزين التي تيرابايت. على سبيل المثال ، من الأرخص الحصول على محركات أقراص ثابتة إذا كنت تريد مجموعة RAID كبيرة. لكن افترض أنك تتعامل فقط مع المستويات اليومية لمستخدمي المنزل لتخزين الكمبيوتر. في هذه الحالة ، يكون قرص SSD بسعة واحد أو اثنين تيرابايت أكثر من كافٍ ولن يكسر البنك.

كيف انخفض السعر؟

إذن ما الذي تغير؟ ما الذي أدى إلى انخفاض السعر إلى مستويات معقولة؟ بادئ ذي بدء ، لقد نضجت التكنولوجيا ببساطة. يصبح صنع هذه الأشياء أرخص بمرور الوقت. غير أن بعض الاختراقات والابتكارات التكنولوجية غيرت قواعد اللعبة بشكل حقيقي. سمح 3D VNAND بزيادات كبيرة في كثافة التخزين من خلال السماح لخلايا الذاكرة بالتكدس فوق بعضها البعض بدلاً من سحقها بشكل أقرب وأقرب معًا على مستوى واحد. لا يختلف هذا عن الكيفية التي تسمح بها مواقف السيارات متعددة الطوابق بإيقاف المزيد من السيارات في نفس المنطقة مثل ساحة انتظار السيارات المسطحة.

تستخدم محركات أقراص الحالة الثابتة الحديثة بشكل عام ذاكرة فلاش TLC. يرمز TLC إلى خلية ثلاثية المستوى ، مما يعني أن كل خلية ذاكرة يمكنها تخزين ثلاث بتات بيانات. يؤدي هذا إلى مضاعفة سعة تخزين البيانات لنفس العدد من خلايا الذاكرة عند مقارنتها بذاكرة الخلية أحادية الطبقة (SLC) في محركات أقراص الحالة الصلبة السابقة.

تفسر هذه التغييرات الثلاثة غالبية تحسن الأسعار في محركات أقراص الحالة الثابتة. ومع ذلك ، كان هناك الكثير من التطورات الأخرى أيضًا. الشيء هو أن TLC يأتي مع بعض التحذيرات الكبيرة جدًا.

ما هي مشكلة TLC؟

تكمن مشكلة وضع أجزاء متعددة من البيانات في خلية ذاكرة واحدة في أن كتابة البيانات أكثر تعقيدًا بشكل ملحوظ. هذا يبطئ العملية. هذه مشكلة لأنه من المفترض أن تكون محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة سريعة. لقد كانوا يقودون أجيالًا جديدة من المعايير لمضاعفة ومضاعفة النطاق الترددي للسماح بتخزين أسرع.

بينما لا يزال بإمكانك القراءة من TLC بسرعة 16 جيجابايت على أحدث محركات أقراص PCIe 5 SSD ، لا يمكنك بالتأكيد الكتابة إليهم بهذه السرعة. في الواقع ، تبلغ سرعات كتابة TLC بشكل عام حوالي 2000 ميجا بايت. لا يزال هذا أسرع بكثير من محركات الأقراص الثابتة ولكنه أبطأ من محركات أقراص PCIe 3 SSD.

ملاحظة : TLC ليس النوع الوحيد من ذاكرة الفلاش المستخدمة. يوجد عدد قليل نسبيًا من محركات أقراص الحالة الصلبة ذات الخلايا رباعية المستوى (QLC) ، ويتقدم تطوير محركات أقراص الحالة الصلبة ذات الخلايا الخماسية (PLC) لـ 4 و 5 بتات من البيانات لكل خلية ، على التوالي. تبلغ سرعات الكتابة لذاكرة QLC حاليًا حوالي 350 ميجابايت ، وهو أبطأ من محركات الأقراص الثابتة.

أدخل SLC Cache

طور مصنعو SSD التخزين المؤقت لـ SLC للالتفاف على سرعات الكتابة المنخفضة بشكل كبير. هذه خدعة بسيطة لكتابة البيانات على ذاكرة فلاش SLC فائقة السرعة. ثم يتم نسخ البيانات إلى فلاش TLC الأبطأ بأسرع ما يمكن في الخلفية. يتيح ذلك سرعات الكتابة السريعة المعلن عنها لمحرك أقراص الحالة الصلبة ، طالما أن هناك مساحة تخزين مؤقت لـ SLC يمكن الكتابة فيها. هذه ليست مشكلة في معظم الحالات ولكن يمكن أن تكون إذا كنت تقوم بعمليات كتابة جوهرية في وقت واحد. على سبيل المثال ، عادةً ما تتضمن استعادة النسخة الاحتياطية أو كتابتها الكتابة إلى نسبة كبيرة من محرك الأقراص.

تأتي ذاكرة التخزين المؤقت SLC عادةً في جزأين متميزين: ذاكرة تخزين مؤقت SLC ثابتة وذاكرة تخزين مؤقت SLC زائفة ديناميكية. تكون ذاكرة التخزين المؤقت الثابتة صغيرة بشكل عام ، فهي أقل من 10 جيجابايت حتى على محركات الأقراص الكبيرة بسعة 2 تيرابايت. تتوفر ذاكرة التخزين المؤقت الثابتة دائمًا ، حتى عندما يكون محرك الأقراص ممتلئًا تقريبًا. يختلف حجم ذاكرة التخزين المؤقت الديناميكية ، كما يوحي الاسم ، بناءً على المساحة المتبقية على محرك الأقراص.

تحتوي محركات أقراص الحالة الثابتة الأكبر حجمًا على مخابئ SLC زائفة أكبر ويمكنها إجراء عمليات كتابة أكبر بسرعات قصوى. من المهم ملاحظة أن حجم ذاكرة التخزين المؤقت الديناميكي يعتمد على المساحة الخالية المتبقية ، وليس سعة محرك الأقراص الإجمالية. يتم تقليل حجم ذاكرة التخزين المؤقت الديناميكي مع امتلاء محرك الأقراص. تخصص العديد من محركات أقراص الحالة الثابتة حوالي ثلث مساحتها الفارغة لاستخدامها كذاكرة تخزين مؤقت ديناميكية لـ SLC. يمكن أن يكون ذلك حوالي 600 جيجابايت على محرك أقراص بسعة 2 تيرابايت.

تختار وحدة تحكم SSD كتابة البيانات الواردة إلى ذاكرة التخزين المؤقت SLC لأنها سريعة. هذا مهم لأنه يمكن توفير البيانات إلى SSD بشكل أسرع مما يمكن كتابته على ذاكرة فلاش TLC الأبطأ بكثير. عندما يكون SSD في وضع الخمول ، تقوم وحدة التحكم بعد ذلك بنسخ البيانات عبر ذاكرة TLC بسرعات كتابة أبطأ. يؤدي ذلك إلى تخزين البيانات بطريقة أكثر فاعلية في استخدام المساحة وتحرير ذاكرة التخزين المؤقت SLC مرة أخرى لقبول المزيد من عمليات الكتابة بسرعات عالية. طالما توجد مساحة في ذاكرة التخزين المؤقت SLC ، يمكن لمحرك الأقراص ذي الحالة الصلبة أن يعمل بأقصى سرعات معلن عنها. بمجرد امتلاء ذاكرة التخزين المؤقت ، يجب أن يتباطأ محرك الأقراص ، وهذا هو السبب في أن وجود ذاكرة تخزين مؤقت كبيرة لـ SLC مفيد.

المستقبل المحتمل

لا تستخدم أي من محركات أقراص الحالة الثابتة SSD في الوقت الحالي ، ولكن هناك حالة استخدام محتملة لذاكرة التخزين المؤقت MLC أيضًا. يرمز MLC إلى الخلية متعددة المستويات ، وهي طريقة سيئة التسمية لتخزين بتتين من البيانات في خلية بدلاً من واحدة أو ثلاثة. هذا أبطأ من SLC ولكنه أسرع من TLC. بينما توفر مخابئ SLC سرعات رائعة لا يمكن لـ MLC مطابقتها ، فإن MLC تقدم ضعف حجم ذاكرة التخزين المؤقت.

من الناحية النظرية ، سيكون هذا بمثابة أرضية وسطية ممتازة تسمح بسرعات التخزين المؤقت القصوى في SLC حتى يتم استهلاك ذاكرة التخزين المؤقت SLC. ثم الإسقاط إلى ذاكرة التخزين المؤقت MLC إذا كانت هناك حاجة إلى كتابة المزيد من البيانات. سيظل هذا أسرع من الكتابة مباشرة إلى ذاكرة TLC أو QLC ولكن من المحتمل أن يتضمن منطقًا أكثر تعقيدًا.

على الرغم من أن سرعات TLC كانت سريعة نسبيًا ، إلا أن هذا لم يكن ضروريًا. نظرًا لأن QLC و PLC SSDs أصبحت أكثر شيوعًا ، فإنها ستأتي بمزيد من التخفيضات في سرعة الكتابة. قد يكون التخزين المؤقت الثانوي لـ MLC طريقة تطور التكنولوجيا للتخفيف من ذلك.

خاتمة

التخزين المؤقت لـ SLC هو طريقة ذكية للتخزين المؤقت للكتابة على محركات أقراص الحالة الصلبة. يسمح بسرعات نقل عالية على عمليات الكتابة بمئات الجيجابايت على ذاكرة فلاش لا يمكن الكتابة عليها اسميًا بهذه السرعة. يتم مسح البيانات المكتوبة في ذاكرة التخزين المؤقت إلى ذاكرة فلاش TLC أو QLC بأسرع ما يمكن لتحرير ذاكرة التخزين المؤقت لسرعات نقل قصوى.

يختلف مقدار ذاكرة التخزين المؤقت SLC تبعًا للمساحة الخالية المتبقية على محرك الأقراص. وهذا يعني أن محركات الأقراص الأكبر حجمًا والأكثر إفراغًا يمكنها كتابة المزيد من البيانات بسرعات الذروة مقارنةً بمحركات الأقراص ذات الحالة الثابتة الأصغر أو محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة الأقرب إلى السعة. ماذا تعتقد؟ اسمحوا لنا أن نعرف في التعليقات أدناه.