Quest-ce que la mise en cache SLC ?

Les SSD modernes offrent un bien meilleur rapport Go par dollar qu'il y a quelques années. Lorsque les SSD sont arrivés sur le marché pour la première fois, ils se situaient généralement dans la plage de capacité de 64 Go ou 128 Go. Ils étaient également plus chers que les disques durs multi-téraoctets. Pendant des années, on a supposé que si vous vouliez beaucoup de stockage et que vous ne vouliez pas payer des prix élevés, vous aviez besoin d'un disque dur et deviez accepter les performances inférieures.

Les choses sont un peu différentes maintenant, cependant. Oui, les SSD sont toujours plus chers par Go que les disques durs, mais le prix est beaucoup plus proche. Un SSD de 2 To est actuellement le prix idéal pour les SSD. Un SSD de 2 To coûte environ le double du prix d'un disque dur de 2 To. Vous pouvez désormais obtenir un avantage de performance encore plus important pour ce coût supplémentaire.

C'est toujours vrai que si vous voulez beaucoup de téraoctets de stockage. Par exemple, il est moins cher d'obtenir des disques durs si vous voulez une grande matrice RAID. Mais supposons que vous n'ayez affaire qu'à des niveaux de stockage informatique quotidiens pour les utilisateurs à domicile. Dans ce cas, un SSD d'un ou deux téraoctets est plus que suffisant et ne fera pas sauter la banque.

Comment le prix a-t-il baissé ?

Alors qu'est-ce qui a changé ? Qu'est-ce qui a ramené le prix à des niveaux raisonnables ? Tout d'abord, la technologie a tout simplement mûri. Il devient moins cher de fabriquer ces choses au fil du temps. Cependant, certaines percées et innovations technologiques ont vraiment changé la donne. La VNAND 3D a permis des augmentations significatives de la densité de stockage en permettant aux cellules de mémoire d'être empilées les unes sur les autres plutôt que de se rapprocher de plus en plus sur un seul plan. Ce n'est pas différent de la façon dont les parkings à plusieurs étages permettent de garer plus de voitures dans la même zone qu'un parking plat.

Les SSD modernes utilisent désormais généralement la mémoire flash TLC. TLC signifie Triple-Level Cell, ce qui signifie que chaque cellule de mémoire peut stocker trois bits de données. Cela triple la capacité de stockage de données du même nombre de cellules de mémoire par rapport à la mémoire à cellule à couche unique (SLC) des SSD précédents.

Ces trois changements expliquent la majorité de l'amélioration des prix des SSD. Cependant, il y a eu beaucoup d'autres développements aussi. Le fait est que TLC s'accompagne de quelques mises en garde assez importantes.

Quel est le problème avec TLC ?

Le problème de mettre plusieurs bits de données dans une seule cellule de mémoire est qu'il est beaucoup plus complexe d'écrire des données. Cela ralentit le processus. C'est un problème car les SSD sont censés être rapides. Ils ont poussé de nouvelles générations de normes à doubler et redoubler la bande passante pour permettre un stockage plus rapide.

Bien que vous puissiez toujours lire à partir de TLC à 16 Go sur les derniers SSD PCIe 5, vous ne pouvez certainement pas y écrire aussi rapidement. En fait, les vitesses d'écriture TLC se situent généralement autour de 2000 Mo. C'est toujours beaucoup plus rapide qu'un disque dur mais plus lent que les SSD PCIe 3.

Remarque : TLC n'est pas le seul type de mémoire flash utilisé. Il existe un nombre relativement faible de SSD Quad-Level Cell (QLC) et le développement de SSD Penta-Level Cell (PLC) progresse pour 4 et 5 bits de données par cellule, respectivement. Les vitesses d'écriture de la mémoire QLC sont actuellement d'environ 350 Mo, ce qui est plus lent que les disques durs.

Entrez dans le cache SLC

Les fabricants de SSD ont développé la mise en cache SLC pour contourner ces vitesses d'écriture fortement réduites. Il s'agit d'une astuce simple pour écrire des données dans une mémoire flash SLC ultra-rapide. Les données sont ensuite copiées sur le flash TLC plus lent aussi vite que possible en arrière-plan. Cela permet les vitesses d'écriture rapides annoncées du SSD, tant qu'il y a de l'espace de cache SLC dans lequel écrire. Ce n'est pas un problème dans la plupart des cas, mais cela peut l'être si vous effectuez des opérations d'écriture substantielles en même temps. Par exemple, la restauration ou l'écriture d'une sauvegarde implique généralement l'écriture sur un grand pourcentage d'un lecteur.

Le cache SLC se compose généralement de deux parties distinctes : un cache SLC statique et un cache pseudo-SLC dynamique. Le cache statique est généralement minuscule, moins de 10 Go, même sur les gros disques de 2 To. Le cache statique est toujours disponible, même lorsque le lecteur est presque plein. Le cache dynamique varie en taille, comme son nom l'indique, en fonction de l'espace restant sur le disque.

Les SSD plus grands ont des caches pseudo-SLC plus grands et peuvent effectuer des écritures plus importantes à des vitesses de pointe. Il est important de noter que la taille du cache dynamique est basée sur l'espace libre restant, et non sur la capacité totale du disque. La taille du cache dynamique est réduite à mesure que le lecteur est rempli. De nombreux SSD allouent environ un tiers de leur espace libre pour être utilisé comme cache SLC dynamique. Cela peut représenter environ 600 Go sur un disque de 2 To.

Le contrôleur SSD choisit d'écrire les données entrantes dans le cache SLC car il est rapide. Ceci est important car les données peuvent être fournies au SSD plus rapidement qu'elles ne peuvent être écrites dans la mémoire flash TLC beaucoup plus lente. Lorsque le SSD est alors inactif, le contrôleur copie ensuite les données dans la mémoire TLC à ses vitesses d'écriture plus lentes. Cela stocke les données de manière plus efficace en termes d'espace et libère à nouveau le cache SLC pour accepter davantage d'opérations d'écriture à des vitesses élevées. Tant qu'il y a de l'espace dans le cache SLC, le SSD peut fonctionner à ses vitesses maximales annoncées. Une fois le cache plein, le disque doit ralentir, c'est pourquoi il est utile d'avoir un grand cache SLC.

Avenir potentiel

Aucun SSD ne l'utilise pour le moment, mais il existe également un cas d'utilisation potentiel pour un cache MLC. MLC signifie Multi-Level Cell, une méthode mal nommée de stockage de deux bits de données dans une cellule plutôt qu'un ou trois. C'est plus lent que SLC mais plus rapide que TLC. Alors que les caches SLC offrent des vitesses fantastiques que MLC ne pourrait pas égaler, MLC offrirait deux fois la taille du cache.

Théoriquement, ce serait un excellent terrain d'entente permettant des vitesses de mise en cache SLC maximales jusqu'à ce que le cache SLC soit consommé. Puis déposer dans un cache MLC si plus de données doivent encore être écrites. Cela serait toujours plus rapide que d'écrire directement dans la mémoire TLC ou QLC, mais impliquerait probablement une logique plus compliquée.

Bien que les vitesses TLC aient été relativement rapides, cela n'a pas été nécessaire. Au fur et à mesure que les SSD QLC et PLC deviennent plus courants, ils s'accompagneront de nouvelles réductions de vitesse d'écriture. La mise en cache MLC secondaire pourrait être un moyen développé par la technologie pour atténuer ce problème.

Conclusion

La mise en cache SLC est une méthode intelligente de mise en cache en écriture sur les SSD. Il permet des vitesses de transfert élevées sur les écritures dans les centaines de gigaoctets de la mémoire flash qui ne peuvent théoriquement pas être écrites à cette vitesse. Les données écrites dans le cache sont vidées dans la mémoire flash TLC ou QLC aussi rapidement que possible pour libérer le cache pour des vitesses de transfert maximales.

La quantité de cache SLC varie en fonction de l'espace libre restant sur le disque. Cela signifie que des disques plus grands et plus vides peuvent écrire plus de données à des vitesses de pointe que des SSD plus petits ou des SSD plus proches de la capacité. Qu'en penses-tu? Faites-le nous savoir dans les commentaires ci-dessous.