Wat is SLC-caching?

Moderne SSD's bieden een veel betere GB per $-verhouding dan een paar jaar geleden. Toen SSD's voor het eerst op de markt kwamen, hadden ze over het algemeen een capaciteit van 64 GB of 128 GB. Ze waren ook duurder dan harde schijven van meerdere terabytes. Jarenlang werd aangenomen dat als je veel opslagruimte wilde en geen hoge prijzen wilde betalen, je een harde schijf nodig had en de lagere prestaties moest accepteren.

De dingen zijn nu echter een beetje anders. Ja, SSD's zijn per GB nog steeds duurder dan HDD's, maar de prijs ligt veel dichterbij. Een SSD van 2 TB is momenteel de beste prijs voor SSD's. Een SSD van 2 TB is ongeveer twee keer zo duur als een harde schijf van 2 TB. U kunt nu een nog groter prestatievoordeel krijgen voor die extra kosten.

Het is nog steeds waar dat als je veel terabytes aan opslagruimte wilt. Het is bijvoorbeeld goedkoper om HDD's aan te schaffen als u een grote RAID-array wilt. Maar stel dat u alleen te maken heeft met de computeropslag van alledaagse thuisgebruikers. In dat geval is een SSD van één of twee terabyte meer dan genoeg en zal de bank niet kapot gaan.

Hoe is de prijs gedaald?

Dus wat is er veranderd? Wat bracht de prijs tot een redelijk niveau? Ten eerste is de technologie gewoon volwassen geworden. Het wordt goedkoper om deze dingen na verloop van tijd te maken. Sommige technologische doorbraken en innovaties zijn echter een echte game-wisselaar geweest. 3D VNAND maakte een aanzienlijke toename van de opslagdichtheid mogelijk doordat geheugencellen op elkaar konden worden gestapeld in plaats van steeds dichter bij elkaar op een enkel vlak. Dit is vergelijkbaar met hoe parkeergarages met meerdere verdiepingen ervoor zorgen dat er meer auto's in hetzelfde gebied kunnen worden geparkeerd als op een vlakke parkeerplaats.

Moderne SSD's gebruiken nu over het algemeen TLC-flashgeheugen. TLC staat voor Triple-Level Cell, wat betekent dat elke geheugencel drie databits kan opslaan. Dit verdrievoudigt de gegevensopslagcapaciteit van hetzelfde aantal geheugencellen in vergelijking met het Single-Layer Cell (SLC)-geheugen in eerdere SSD's.

Deze drie wijzigingen verklaren het grootste deel van de prijsverbetering van SSD's. Er zijn echter ook tal van andere ontwikkelingen geweest. Het ding is, TLC wordt geleverd met een aantal behoorlijk grote voorbehouden.

Wat is het probleem met TLC?

Het probleem met het plaatsen van meerdere gegevensbits in een enkele geheugencel is dat het aanzienlijk complexer is om gegevens te schrijven. Dit vertraagt ​​het proces. Dit is een probleem omdat SSD's snel zouden moeten zijn. Ze hebben nieuwe generaties standaarden ontwikkeld om de bandbreedte te verdubbelen en te verdubbelen om snellere opslag mogelijk te maken.

Hoewel je op de nieuwste PCIe 5 SSD's nog steeds kunt lezen van TLC met maar liefst 16 GB, kun je er zeker niet zo snel naar schrijven. In feite zijn de schrijfsnelheden van TLC over het algemeen ergens rond de 2000 MB. Dat is nog steeds veel sneller dan een HDD, maar langzamer dan PCIe 3 SSD's.

Opmerking : TLC is niet het enige type flashgeheugen dat in gebruik is. Er is een relatief laag aantal Quad-Level Cell (QLC) SSD's en de ontwikkeling van Penta-Level Cell (PLC) SSD's vordert voor respectievelijk 4 en 5 bits aan data per cel. De schrijfsnelheden van QLC-geheugen zijn momenteel ongeveer 350 MB, wat langzamer is dan HDD's.

Voer de SLC-cache in

SSD-fabrikanten hebben SLC-caching ontwikkeld om deze sterk verlaagde schrijfsnelheden te omzeilen. Dit is een simpele truc om gegevens naar supersnel SLC-flashgeheugen te schrijven. De gegevens worden vervolgens zo snel mogelijk naar de langzamere TLC-flitser op de achtergrond gekopieerd. Dit maakt de geadverteerde, hoge schrijfsnelheden van de SSD mogelijk, zolang er SLC-cacheruimte is om in te schrijven. Dit is in de meeste gevallen geen probleem, maar kan het zijn als u in één keer substantiële schrijfbewerkingen uitvoert. Bij het terugzetten of schrijven van een back-up wordt bijvoorbeeld meestal naar een groot percentage van een schijf geschreven.

De SLC-cache bestaat doorgaans uit twee verschillende delen: een statische SLC-cache en een dynamische pseudo-SLC-cache. De statische cache is over het algemeen klein, minder dan 10 GB, zelfs op grote schijven van 2 TB. De statische cache is altijd beschikbaar, ook als de schijf bijna vol is. De dynamische cache varieert in grootte, zoals de naam al doet vermoeden, op basis van de resterende ruimte op de schijf.

Grotere SSD's hebben grotere pseudo-SLC-caches en kunnen grotere schrijfbewerkingen uitvoeren bij pieksnelheden. Het is belangrijk op te merken dat de dynamische cachegrootte is gebaseerd op de resterende vrije ruimte, niet op de totale schijfcapaciteit. De dynamische cachegrootte wordt verkleind naarmate de schijf vol raakt. Veel SSD's wijzen ongeveer een derde van hun vrije ruimte toe om te worden gebruikt als dynamische SLC-cache. Dat kan ongeveer 600 GB zijn op een schijf van 2 TB.

De SSD-controller kiest ervoor om inkomende gegevens naar de SLC-cache te schrijven omdat deze snel is. Dit is belangrijk omdat de gegevens sneller naar de SSD kunnen worden gestuurd dan dat ze naar het veel tragere TLC-flashgeheugen kunnen worden geschreven. Wanneer de SSD dan inactief is, kopieert de controller de gegevens vervolgens met lagere schrijfsnelheden naar het TLC-geheugen. Dit slaat de gegevens op een meer ruimtebesparende manier op en maakt de SLC-cache weer vrij om meer schrijfbewerkingen met hoge snelheden te accepteren. Zolang er ruimte is in de SLC-cache, kan de SSD werken met de geadverteerde pieksnelheden. Zodra de cache vol is, moet de schijf vertragen, daarom is een grote SLC-cache handig.

Potentiële toekomst

Op dit moment maken geen SSD's er gebruik van, maar er is ook een mogelijke use-case voor een MLC-cache. MLC staat voor Multi-Level Cell, een slecht benoemde methode om twee bits gegevens in een cel op te slaan in plaats van één of drie. Dit is langzamer dan SLC maar sneller dan TLC. Terwijl SLC-caches fantastische snelheden bieden die MLC niet kon evenaren, zou MLC tweemaal de cachegrootte bieden.

Theoretisch zou dit een uitstekende middenweg zijn, waardoor piek SLC-cachingsnelheden mogelijk zijn totdat de SLC-cache is verbruikt. Ga vervolgens naar een MLC-cache als er nog meer gegevens moeten worden geschreven. Dit zou nog steeds sneller zijn dan rechtstreeks naar het TLC- of QLC-geheugen schrijven, maar zou waarschijnlijk meer gecompliceerde logica met zich meebrengen.

Hoewel TLC-snelheden relatief hoog waren, was dit niet nodig. Naarmate QLC- en PLC-SSD's vaker voorkomen, zullen ze worden geleverd met verdere verlagingen van de schrijfsnelheid. Secundaire MLC-caching kan een manier zijn waarop de technologie zich ontwikkelt om dit te verlichten.

Conclusie

SLC-caching is een slimme methode van schrijfcaching op SSD's. Het zorgt voor hoge overdrachtssnelheden bij het schrijven naar de honderden gigabytes aan flashgeheugen waar nominaal niet met die snelheid naar kan worden geschreven. Gegevens die naar de cache zijn geschreven, worden zo snel mogelijk naar het TLC- of QLC-flashgeheugen gespoeld om de cache vrij te maken voor piekoverdrachtssnelheden.

De hoeveelheid SLC-cache varieert afhankelijk van de resterende vrije ruimte op de schijf. Dit betekent dat grotere en legere schijven meer gegevens kunnen schrijven op pieksnelheden dan kleinere SSD's of SSD's die hun capaciteit naderen. Wat denk je? Laat het ons weten in de reacties hieronder.