Was ist SLC-Caching?

Moderne SSDs bieten ein viel besseres Verhältnis von GB pro $ als noch vor einigen Jahren. Als SSDs zum ersten Mal auf den Markt kamen, lagen sie im Allgemeinen im Kapazitätsbereich von 64 GB oder 128 GB. Sie waren auch teurer als Multi-Terabyte-HDDs. Jahrelang ging man davon aus, wer viel Speicherplatz will und keine hohen Preise zahlen will, braucht eine HDD und muss die geringere Leistung in Kauf nehmen.

Die Dinge sind jetzt jedoch ein wenig anders. Ja, SSDs sind pro GB immer noch teurer als HDDs, aber die Preisgestaltung ist viel enger. Eine 2-TB-SSD ist derzeit der preisliche Sweetspot für SSDs. Eine 2 TB SSD ist etwa doppelt so teuer wie eine 2 TB HDD. Für diese zusätzlichen Kosten können Sie jetzt einen noch bedeutenderen Leistungsvorteil erhalten.

Es ist immer noch wahr, dass, wenn Sie viele Terabyte Speicherplatz wollen. Beispielsweise ist es billiger, HDDs zu erwerben, wenn Sie ein großes RAID-Array wünschen. Aber nehmen Sie an, Sie haben es nur mit dem alltäglichen Computerspeicher für Heimanwender zu tun. In diesem Fall ist eine SSD mit einem oder zwei Terabyte mehr als genug und wird die Bank nicht sprengen.

Wie ist der Preis gefallen?

Was hat sich also geändert? Was hat den Preis auf ein vernünftiges Niveau gesenkt? Zunächst einmal ist die Technik einfach ausgereift. Es wird billiger, diese Dinge mit der Zeit herzustellen. Einige technologische Durchbrüche und Innovationen waren jedoch ein echter Wendepunkt. 3D VNAND ermöglichte eine deutliche Steigerung der Speicherdichte, indem Speicherzellen übereinander gestapelt werden konnten, anstatt auf einer einzigen Ebene immer dichter zusammengequetscht zu werden. Dies ist nicht unähnlich, wie mehrstöckige Parkhäuser es ermöglichen, mehr Autos auf der gleichen Fläche zu parken als ein ebener Parkplatz.

Moderne SSDs verwenden jetzt im Allgemeinen TLC-Flash-Speicher. TLC steht für Triple-Level Cell, was bedeutet, dass jede Speicherzelle drei Datenbits speichern kann. Dies verdreifacht die Datenspeicherkapazität der gleichen Anzahl von Speicherzellen im Vergleich zum SLC-Speicher (Single-Layer Cell) in früheren SSDs.

Diese drei Änderungen erklären den Großteil der Preisverbesserung bei SSDs. Es gab jedoch auch viele andere Entwicklungen. Die Sache ist, dass TLC mit einigen ziemlich großen Einschränkungen einhergeht.

Was ist das Problem mit TLC?

Das Problem beim Einfügen mehrerer Datenbits in eine einzelne Speicherzelle besteht darin, dass es wesentlich komplexer ist, Daten zu schreiben. Dies verlangsamt den Prozess. Dies ist ein Problem, da SSDs schnell sein sollen. Sie haben neue Generationen von Standards vorangetrieben, um die Bandbreite zu verdoppeln und zu verdoppeln, um eine schnellere Speicherung zu ermöglichen.

Während Sie auf den neuesten PCIe 5-SSDs immer noch mit unglaublichen 16 GB von TLC lesen können, können Sie definitiv nicht so schnell darauf schreiben. Tatsächlich liegen die TLC-Schreibgeschwindigkeiten im Allgemeinen bei etwa 2000 MB. Das ist immer noch viel schneller als eine HDD, aber langsamer als PCIe-3-SSDs.

Hinweis : TLC ist nicht der einzige verwendete Flash-Speichertyp. Es gibt eine relativ geringe Anzahl von Quad-Level Cell (QLC) SSDs, und die Entwicklung von Penta-Level Cell (PLC) SSDs für 4 bzw. 5 Datenbits pro Zelle schreitet voran. Die Schreibgeschwindigkeit von QLC-Speicher liegt derzeit bei etwa 350 MB, was langsamer ist als bei HDDs.

Geben Sie den SLC-Cache ein

SSD-Hersteller haben SLC-Caching entwickelt, um diese stark reduzierten Schreibgeschwindigkeiten zu umgehen. Dies ist ein einfacher Trick, um Daten in den superschnellen SLC-Flash-Speicher zu schreiben. Die Daten werden dann so schnell wie möglich im Hintergrund auf den langsameren TLC-Flash kopiert. Dies ermöglicht die beworbenen schnellen Schreibgeschwindigkeiten der SSD, solange SLC-Cache-Speicherplatz zum Schreiben vorhanden ist. Dies ist in den meisten Fällen kein Problem, kann jedoch auftreten, wenn Sie umfangreiche Schreibvorgänge gleichzeitig durchführen. Beispielsweise erfordert das Wiederherstellen oder Schreiben einer Sicherung normalerweise das Schreiben auf einen großen Prozentsatz eines Laufwerks.

Der SLC-Cache besteht normalerweise aus zwei verschiedenen Teilen: einem statischen SLC-Cache und einem dynamischen Pseudo-SLC-Cache. Der statische Cache ist im Allgemeinen winzig, weniger als 10 GB selbst auf großen 2-TB-Laufwerken. Der statische Cache ist immer verfügbar, auch wenn das Laufwerk fast voll ist. Die Größe des dynamischen Cache variiert, wie der Name schon sagt, basierend auf dem verbleibenden Speicherplatz auf dem Laufwerk.

Größere SSDs haben größere Pseudo-SLC-Caches und können bei Spitzengeschwindigkeiten größere Schreibvorgänge durchführen. Es ist wichtig zu beachten, dass die dynamische Cache-Größe auf dem verbleibenden freien Speicherplatz basiert, nicht auf der gesamten Laufwerkskapazität. Die dynamische Cache-Größe wird reduziert, wenn das Laufwerk voll ist. Viele SSDs weisen etwa ein Drittel ihres freien Speicherplatzes als dynamischen SLC-Cache zu. Das können etwa 600 GB auf einem 2-TB-Laufwerk sein.

Der SSD-Controller entscheidet sich dafür, eingehende Daten in den SLC-Cache zu schreiben, weil er schnell ist. Dies ist wichtig, da die Daten schneller auf der SSD bereitgestellt werden können, als sie auf den viel langsameren TLC-Flashspeicher geschrieben werden können. Wenn die SSD dann im Leerlauf sitzt, kopiert der Controller die Daten dann mit seinen langsameren Schreibgeschwindigkeiten in den TLC-Speicher. Dadurch werden die Daten platzsparender gespeichert und der SLC-Cache wird wieder frei, um mehr Schreibvorgänge mit hoher Geschwindigkeit zu akzeptieren. Solange im SLC-Cache Platz ist, kann die SSD mit der angegebenen Spitzengeschwindigkeit betrieben werden. Sobald der Cache voll ist, muss das Laufwerk langsamer werden, weshalb es nützlich ist, einen großen SLC-Cache zu haben.

Mögliche Zukunft

Im Moment machen davon keine SSDs Gebrauch, aber es gibt auch einen potenziellen Anwendungsfall für einen MLC-Cache. MLC steht für Multi-Level Cell, eine schlecht benannte Methode zum Speichern von zwei Datenbits in einer Zelle anstelle von einem oder drei. Dies ist langsamer als SLC, aber schneller als TLC. Während SLC-Caches fantastische Geschwindigkeiten bieten, die MLC nicht erreichen konnte, würde MLC die doppelte Cache-Größe bieten.

Theoretisch wäre dies ein ausgezeichneter Mittelweg, der Spitzengeschwindigkeiten beim SLC-Caching ermöglicht, bis der SLC-Cache verbraucht ist. Dann Ablegen in einen MLC-Cache, wenn noch mehr Daten geschrieben werden müssen. Dies wäre immer noch schneller als das direkte Schreiben in den TLC- oder QLC-Speicher, würde aber wahrscheinlich eine kompliziertere Logik beinhalten.

Während die TLC-Geschwindigkeiten relativ schnell waren, war dies nicht notwendig. Da QLC- und PLC-SSDs immer häufiger verwendet werden, werden sie mit weiteren Reduzierungen der Schreibgeschwindigkeit einhergehen. Sekundäres MLC-Caching könnte eine Möglichkeit sein, die die Technologie entwickelt, um dies zu verringern.

Abschluss

SLC-Caching ist eine clevere Methode zum Schreib-Caching auf SSDs. Es ermöglicht hohe Übertragungsgeschwindigkeiten beim Schreiben in Hunderte von Gigabyte auf Flash-Speicher, die nominell nicht mit dieser Geschwindigkeit beschrieben werden können. In den Cache geschriebene Daten werden so schnell wie möglich in den TLC- oder QLC-Flash-Speicher geleert, um den Cache für Spitzenübertragungsgeschwindigkeiten freizugeben.

Die Größe des SLC-Cache variiert je nach freiem Speicherplatz auf dem Laufwerk. Dies bedeutet, dass größere und leere Laufwerke mehr Daten mit Spitzengeschwindigkeit schreiben können als kleinere SSDs oder SSDs, die näher an der Kapazität sind. Was denken Sie? Lassen Sie es uns in den Kommentaren unten wissen.