¿Qué es el almacenamiento en caché SLC?

Los SSD modernos ofrecen una proporción de GB por $ mucho mejor que la que solían tener hace unos años. Cuando los SSD llegaron al mercado por primera vez, generalmente tenían una capacidad de 64 GB o 128 GB. También eran más caros que los discos duros de varios terabytes. Durante años se asumió que si querías mucho almacenamiento y no querías pagar precios altos, necesitabas un disco duro y tenías que aceptar un rendimiento más bajo.

Sin embargo, las cosas son un poco diferentes ahora. Sí, los SSD siguen siendo más caros por GB que los HDD, pero el precio es mucho más cercano. Un SSD de 2 TB es actualmente el precio ideal para los SSD. Un SSD de 2 TB cuesta alrededor del doble del precio de un HDD de 2 TB. Ahora puede obtener una ventaja de rendimiento aún más significativa por ese costo adicional.

No deja de ser cierto que si quieres muchos terabytes de almacenamiento. Por ejemplo, es más barato obtener discos duros si desea una matriz RAID grande. Pero supongamos que solo está tratando con los niveles de almacenamiento de computadora de los usuarios domésticos cotidianos. En ese caso, un SSD de uno o dos terabytes es más que suficiente y no arruinará el banco.

¿Cómo bajó el precio?

Entonces, ¿qué cambió? ¿Qué hizo que el precio bajara a niveles razonables? En primer lugar, la tecnología simplemente ha madurado. Se vuelve más barato hacer estas cosas con el tiempo. Sin embargo, algunos avances tecnológicos e innovaciones han cambiado las reglas del juego. 3D VNAND permitió aumentos significativos en la densidad de almacenamiento al permitir que las celdas de memoria se apilaran una encima de la otra en lugar de apretarse más y más en un solo plano. Esto no es diferente a cómo los estacionamientos de varios pisos permiten estacionar más autos en la misma área que un estacionamiento plano.

Los SSD modernos ahora generalmente usan memoria flash TLC. TLC significa celda de triple nivel, lo que significa que cada celda de memoria puede almacenar tres bits de datos. Esto triplica la capacidad de almacenamiento de datos de la misma cantidad de celdas de memoria en comparación con la memoria de celda de capa única (SLC) en SSD anteriores.

Estos tres cambios explican la mayor parte de la mejora del precio de los SSD. Sin embargo, ha habido muchos otros desarrollos también. La cuestión es que TLC viene con algunas advertencias bastante importantes.

¿Cuál es el problema con TLC?

El problema de colocar múltiples bits de datos en una sola celda de memoria es que es significativamente más complejo escribir datos. Esto ralentiza el proceso. Esto es un problema porque se supone que los SSD son rápidos. Han estado impulsando nuevas generaciones de estándares para duplicar y redoblar el ancho de banda para permitir un almacenamiento más rápido.

Si bien aún puede leer desde TLC a 16 GB en los últimos SSD PCIe 5, definitivamente no puede escribir en ellos tan rápido. De hecho, las velocidades de escritura de TLC generalmente rondan los 2000 MB. Eso sigue siendo mucho más rápido que un HDD pero más lento que los SSD PCIe 3.

Nota : TLC no es el único tipo de memoria flash en uso. Hay una cantidad relativamente baja de SSD de celda de cuatro niveles (QLC), y el desarrollo de SSD de celda de nivel penta (PLC) está progresando para 4 y 5 bits de datos por celda, respectivamente. Las velocidades de escritura de la memoria QLC son actualmente de alrededor de 350 MB, que es más lento que los discos duros.

Ingrese a la memoria caché SLC

Los fabricantes de SSD desarrollaron el almacenamiento en caché SLC para sortear estas velocidades de escritura muy reducidas. Este es un truco simple para escribir datos en una memoria flash SLC súper rápida. Luego, los datos se copian al flash TLC más lento lo más rápido posible en segundo plano. Esto habilita las velocidades de escritura rápidas anunciadas del SSD, siempre que haya espacio de caché SLC para escribir. Esto no es un problema en la mayoría de los casos, pero puede serlo si está realizando operaciones de escritura sustanciales al mismo tiempo. Por ejemplo, restaurar o escribir una copia de seguridad generalmente implica escribir en un gran porcentaje de una unidad.

La memoria caché SLC generalmente se presenta en dos partes distintas: una memoria caché SLC estática y una memoria caché pseudo-SLC dinámica. El caché estático es generalmente pequeño, menos de 10 GB, incluso en unidades grandes de 2 TB. La memoria caché estática siempre está disponible, incluso cuando la unidad está casi llena. El caché dinámico varía en tamaño, como sugiere el nombre, según el espacio restante en la unidad.

Los SSD más grandes tienen cachés pseudo-SLC más grandes y pueden realizar escrituras más grandes a velocidades máximas. Es importante tener en cuenta que el tamaño de la memoria caché dinámica se basa en el espacio libre restante, no en la capacidad total de la unidad. El tamaño de la memoria caché dinámica se reduce a medida que se llena la unidad. Muchos SSD asignan alrededor de un tercio de su espacio libre para usarlo como caché SLC dinámico. Eso puede ser alrededor de 600 GB en una unidad de 2 TB.

El controlador SSD elige escribir los datos entrantes en la memoria caché SLC porque es rápido. Esto es importante porque los datos se pueden proporcionar a la SSD más rápido de lo que se pueden escribir en la memoria flash TLC mucho más lenta. Cuando el SSD está inactivo, el controlador copia los datos en la memoria TLC a sus velocidades de escritura más lentas. Esto almacena los datos de una manera más eficiente en el uso del espacio y libera la memoria caché SLC nuevamente para aceptar más operaciones de escritura a altas velocidades. Siempre que haya espacio en la memoria caché SLC, la SSD puede funcionar a las velocidades máximas anunciadas. Una vez que la memoria caché está llena, la unidad tiene que reducir la velocidad, por lo que es útil tener una memoria caché SLC grande.

Futuro potencial

Ningún SSD lo utiliza en este momento, pero también existe un caso de uso potencial para un caché MLC. MLC significa Multi-Level Cell, un método mal llamado para almacenar dos bits de datos en una celda en lugar de uno o tres. Esto es más lento que SLC pero más rápido que TLC. Si bien los cachés SLC ofrecen velocidades fantásticas que MLC no podría igualar, MLC ofrecería el doble del tamaño del caché.

Teóricamente, este sería un término medio excelente que permitiría velocidades máximas de almacenamiento en caché de SLC hasta que se consuma el caché de SLC. Luego, pase a una memoria caché MLC si aún es necesario escribir más datos. Esto aún sería más rápido que escribir directamente en la memoria TLC o QLC, pero probablemente implicaría una lógica más complicada.

Si bien las velocidades de TLC han sido relativamente rápidas, esto no ha sido necesario. A medida que las SSD QLC y PLC se vuelvan más comunes, vendrán con más reducciones en la velocidad de escritura. El almacenamiento en caché secundario de MLC podría ser una forma en que la tecnología se desarrolla para aliviar esto.

Conclusión

El almacenamiento en caché SLC es un método inteligente de almacenamiento en caché de escritura en SSD. Permite altas velocidades de transferencia en escrituras en los cientos de gigabytes en la memoria flash que nominalmente no se pueden escribir a esa velocidad. Los datos escritos en el caché se descargan en la memoria flash TLC o QLC lo más rápido posible para liberar el caché para velocidades de transferencia máximas.

La cantidad de caché SLC varía según el espacio libre restante en la unidad. Esto significa que las unidades más grandes y vacías pueden escribir más datos a velocidades máximas que las SSD más pequeñas o las SSD más cercanas a su capacidad. ¿Qué opinas? Háganos saber en los comentarios a continuación.