SLCキャッシングとは？

最新の SSD は、数年前よりもはるかに優れた $ あたりの GB 比率を提供します。SSD が最初に市場に投入されたとき、それらは一般的に 64GB または 128GB の容量範囲にありました。また、数テラバイトの HDD よりも高価でした。何年もの間、大量のストレージが必要で、高い価格を払いたくない場合は、HDD が必要であり、パフォーマンスの低下を受け入れる必要があると考えられていました。

ただし、現在は少し異なります。はい、SSD は依然として HDD よりも GB あたりの価格が高くなりますが、価格ははるかに近くなります。2 TB SSD は現在、SSD の価格設定のスイートスポットです。2TB SSD は、2TB HDD の約 2 倍の価格です。その追加コストに対して、さらに大きなパフォーマンス上の利点を得ることができるようになりました。

数テラバイトのストレージが必要な場合は、まだ真実です。たとえば、大規模な RAID アレイが必要な場合は、HDD を入手する方が安価です。しかし、毎日のホームユーザーレベルのコンピュータストレージのみを扱っているとします。その場合、1 テラバイトまたは 2 テラバイトの SSD で十分であり、銀行を壊すことはありません。

価格はどのように下がったのですか？

それで、何が変わったのですか？価格を妥当なレベルまで引き下げた理由は何ですか? まず第一に、テクノロジーは単純に成熟しました。これらのものは、時間の経過とともに安くなります。ただし、いくつかの技術的ブレークスルーとイノベーションは、真のゲームチェンジャーとなっています。3D VNAND は、メモリセルを 1 つの平面上でどんどん詰め込むのではなく、互いの上に積み重ねることができるようにすることで、ストレージ密度を大幅に向上させました。これは、立体駐車場が平面駐車場と同じエリアにより多くの車を駐車できるようにする方法と似ています。

最近の SSD は現在、一般的に TLC フラッシュメモリを使用しています。TLC は Triple-Level Cell の略で、各メモリセルが 3 つのデータビットを格納できることを意味します。これにより、以前の SSD の単層セル (SLC) メモリと比較して、同じ数のメモリセルのデータストレージ容量が 3 倍になります。

これら 3 つの変更により、SSD の価格改善の大部分が説明されます。ただし、他にも多くの開発が行われています。問題は、TLCにはかなり大きな注意点がいくつかあるということです。

TLCの問題点は何ですか?

複数ビットのデータを 1 つのメモリセルに入れる際の問題は、データの書き込みが非常に複雑になることです。これにより、プロセスが遅くなります。SSD は高速であると想定されているため、これは問題です。彼らは、より高速なストレージを可能にするために、帯域幅を 2 倍にし、さらに 2 倍にする新世代の標準を推進してきました。

最新の PCIe 5 SSD で 16 GB という驚異的な速度で TLC から読み取ることはできますが、それほど高速に書き込むことはできません。実際、TLC の書き込み速度は一般的に約 2000MB です。それでも HDD よりははるかに高速ですが、PCIe 3 SSD よりは低速です。

注: 使用されているフラッシュメモリの種類は TLC だけではありません。クアッドレベルセル (QLC) SSD の数は比較的少なく、それぞれセルあたり 4 ビットと 5 ビットのデータを扱うペンタレベルセル (PLC) SSD の開発が進んでいます。現在、QLC メモリの書き込み速度は約 350MB で、HDD よりも遅いです。

SLCキャッシュに入る

SSD メーカーは、これらの大幅に低下した書き込み速度を回避するために SLC キャッシングを開発しました。これは、超高速 SLC フラッシュメモリにデータを書き込む簡単なトリックです。その後、データはバックグラウンドで可能な限り高速に低速の TLC フラッシュにコピーされます。これにより、書き込み先の SLC キャッシュ領域がある限り、宣伝されている SSD の高速書き込み速度が有効になります。ほとんどの場合、これは問題ではありませんが、一度に大量の書き込み操作を行っている場合に発生する可能性があります。たとえば、通常、バックアップの復元または書き込みには、ドライブの大部分への書き込みが含まれます。

SLC キャッシュは通常、静的 SLC キャッシュと動的疑似 SLC キャッシュの 2 つの部分に分かれています。静的キャッシュは一般に小さく、2 TB の大容量ドライブでも 10 GB 未満です。ドライブがほぼ満杯の場合でも、静的キャッシュは常に利用可能です。動的キャッシュは、名前が示すように、ドライブの残りのスペースに基づいてサイズが異なります。

SSD が大きいほど疑似 SLC キャッシュが大きくなり、ピーク速度でより大きな書き込みを行うことができます。動的キャッシュサイズは、ドライブの合計容量ではなく、残りの空き容量に基づいていることに注意してください。ドライブがいっぱいになると、動的キャッシュのサイズが減少します。多くの SSD は、動的 SLC キャッシュとして使用される空き領域の約 3 分の 1 を割り当てます。これは、2TB ドライブで約 600GB になる可能性があります。

SSD コントローラーは、高速であるため、着信データを SLC キャッシュに書き込むことを選択します。これは、非常に低速な TLC フラッシュメモリにデータを書き込むよりも高速に SSD にデータを提供できるため、重要です。SSD がアイドル状態になると、コントローラーはデータを低速の書き込み速度で TLC メモリにコピーします。これにより、スペース効率の高い方法でデータが保存され、SLC キャッシュが再び解放されて、高速でより多くの書き込み操作を受け入れることができます。SLC キャッシュにスペースがある限り、SSD は公表されているピーク速度で動作できます。キャッシュがいっぱいになると、ドライブの速度が低下する必要があるため、SLC キャッシュが大きいと便利です。

将来の可能性

現時点では SSD は使用していませんが、MLC キャッシュの潜在的な使用例もあります。MLC は Multi-Level Cell の略で、セルに 1 ビットまたは 3 ビットではなく 2 ビットのデータを格納する、名前の悪い方法です。これは、SLC よりも低速ですが、TLC よりも高速です。SLC キャッシュは、MLC に匹敵しない素晴らしい速度を提供しますが、MLC は 2 倍のキャッシュサイズを提供します。

理論的には、これは SLC キャッシュが消費されるまで SLC キャッシング速度のピークを可能にする優れた中間点です。さらにデータを書き込む必要がある場合は、MLC キャッシュにドロップします。これは、TLC または QLC メモリに直接書き込むよりも高速ですが、より複雑なロジックが必要になる可能性があります。

TLC の速度は比較的高速でしたが、これは必要ではありませんでした。QLC および PLC SSD がより一般的になるにつれて、書き込み速度はさらに低下します。セカンダリ MLC キャッシングは、これを軽減するために技術が開発された方法である可能性があります。

結論

SLC キャッシングは、SSD での書き込みキャッシングの賢い方法です。これにより、名目上はその速度では書き込めない数百ギガバイトのフラッシュメモリへの書き込みで、高い転送速度が可能になります。キャッシュに書き込まれたデータは、可能な限り迅速に TLC または QLC フラッシュメモリにフラッシュされ、ピーク時の転送速度に合わせてキャッシュを解放します。

SLC キャッシュの量は、ドライブの残りの空き容量によって異なります。つまり、大容量で空のドライブは、容量の小さい SSD や容量に近い SSD よりも、ピーク速度でより多くのデータを書き込むことができます。どう思いますか？以下のコメントでお知らせください。