Co to jest buforowanie SLC?

Nowoczesne dyski SSD oferują znacznie lepszy stosunek GB do dolara niż kilka lat temu. Kiedy dyski SSD po raz pierwszy pojawiały się na rynku, miały na ogół pojemność 64 GB lub 128 GB. Były też droższe od wieloterabajtowych dysków twardych. Przez lata zakładano, że jeśli chcesz mieć dużo miejsca i nie chcesz płacić wysokich cen, potrzebujesz dysku twardego i musisz zaakceptować niższą wydajność.

Jednak teraz sprawy mają się trochę inaczej. Tak, dyski SSD są nadal droższe w przeliczeniu na GB niż dyski twarde, ale ceny są znacznie bliższe. Dysk SSD o pojemności 2 TB jest obecnie najlepszym miejscem cenowym dla dysków SSD. Dysk SSD o pojemności 2 TB jest około dwa razy droższy niż dysk twardy o pojemności 2 TB. Za tę dodatkową cenę możesz teraz uzyskać jeszcze bardziej znaczącą przewagę wydajności.

Nadal jest prawdą, że jeśli chcesz mieć wiele terabajtów pamięci. Na przykład tańsze jest kupowanie dysków twardych, jeśli chcesz mieć dużą macierz RAID. Ale załóżmy, że masz do czynienia tylko z poziomami pamięci masowej komputera codziennego użytkownika domowego. W takim przypadku dysk SSD o pojemności jednego lub dwóch terabajtów jest więcej niż wystarczający i nie zrujnuje banku.

Jak spadła cena?

Co się zmieniło? Co sprowadziło cenę do rozsądnego poziomu? Przede wszystkim technologia po prostu dojrzała. Z czasem robienie tych rzeczy staje się tańsze. Jednak niektóre przełomy i innowacje technologiczne naprawdę zmieniły reguły gry. 3D VNAND umożliwił znaczny wzrost gęstości pamięci, umożliwiając układanie komórek pamięci jeden na drugim, zamiast zgniatania coraz bliżej siebie na jednej płaszczyźnie. Nie różni się to od parkingów wielopoziomowych, które pozwalają zaparkować więcej samochodów na tym samym obszarze co płaski parking.

Nowoczesne dyski SSD na ogół używają teraz pamięci flash TLC. TLC to skrót od Triple-Level Cell, co oznacza, że ​​każda komórka pamięci może przechowywać trzy bity danych. To trzykrotnie zwiększa pojemność przechowywania danych tej samej liczby komórek pamięci w porównaniu z pamięcią Single-Layer Cell (SLC) we wcześniejszych dyskach SSD.

Te trzy zmiany wyjaśniają większość wzrostu cen dysków SSD. Jednak było też wiele innych wydarzeń. Chodzi o to, że TLC ma kilka dość dużych zastrzeżeń.

Jaki jest problem z TLC?

Problem z umieszczeniem wielu bitów danych w jednej komórce pamięci polega na tym, że zapisywanie danych jest znacznie bardziej złożone. Spowalnia to proces. Jest to problem, ponieważ dyski SSD mają być szybkie. Kierują nowymi generacjami standardów, aby podwoić i podwoić przepustowość, aby umożliwić szybsze przechowywanie.

Chociaż nadal możesz czytać z TLC z niesamowitą prędkością 16 GB na najnowszych dyskach SSD PCIe 5, zdecydowanie nie możesz do nich pisać tak szybko. W rzeczywistości prędkości zapisu TLC wynoszą na ogół około 2000 MB. To wciąż znacznie szybciej niż dysk twardy, ale wolniej niż dyski SSD PCIe 3.

Uwaga : TLC nie jest jedynym używanym rodzajem pamięci flash. Istnieje stosunkowo niewielka liczba dysków SSD Quad-Level Cell (QLC), a rozwój dysków SSD Penta-Level Cell (PLC) postępuje odpowiednio dla 4 i 5 bitów danych na komórkę. Prędkości zapisu pamięci QLC wynoszą obecnie około 350 MB, czyli mniej niż w przypadku dysków twardych.

Wejdź do pamięci podręcznej SLC

Producenci dysków SSD opracowali buforowanie SLC, aby obejść te znacznie zmniejszone prędkości zapisu. Jest to prosta sztuczka polegająca na zapisywaniu danych w superszybkiej pamięci flash SLC. Dane są następnie kopiowane do wolniejszej pamięci flash TLC tak szybko, jak to możliwe w tle. Umożliwia to reklamowane, szybkie prędkości zapisu dysku SSD, o ile dostępna jest przestrzeń pamięci podręcznej SLC do zapisu. W większości przypadków nie stanowi to problemu, ale może nim być, jeśli jednocześnie wykonujesz znaczne operacje zapisu. Na przykład przywracanie lub zapisywanie kopii zapasowej zwykle wiąże się z zapisywaniem dużej części dysku.

Pamięć podręczna SLC zazwyczaj składa się z dwóch odrębnych części: statycznej pamięci podręcznej SLC i dynamicznej pamięci podręcznej pseudo-SLC. Statyczna pamięć podręczna jest na ogół niewielka, mniej niż 10 GB, nawet na dużych dyskach o pojemności 2 TB. Statyczna pamięć podręczna jest zawsze dostępna, nawet gdy dysk jest prawie pełny. Dynamiczna pamięć podręczna różni się rozmiarem, jak sugeruje nazwa, w zależności od pozostałego miejsca na dysku.

Większe dyski SSD mają większe pamięci podręczne pseudo-SLC i mogą wykonywać większe operacje zapisu przy szczytowych prędkościach. Należy pamiętać, że dynamiczny rozmiar pamięci podręcznej jest oparty na pozostałej wolnej przestrzeni, a nie na całkowitej pojemności dysku. Rozmiar dynamicznej pamięci podręcznej jest zmniejszany w miarę zapełniania dysku. Wiele dysków SSD przydziela około jednej trzeciej wolnego miejsca do wykorzystania jako dynamiczna pamięć podręczna SLC. To może być około 600 GB na dysku o pojemności 2 TB.

Kontroler SSD decyduje się na zapisywanie danych przychodzących do pamięci podręcznej SLC, ponieważ jest szybki. Jest to ważne, ponieważ dane mogą być dostarczane na dysk SSD szybciej niż mogą być zapisywane w znacznie wolniejszej pamięci flash TLC. Gdy dysk SSD jest wtedy bezczynny, kontroler kopiuje dane do pamięci TLC z mniejszą prędkością zapisu. Pozwala to na przechowywanie danych w bardziej efektywny sposób i zwalnia pamięć podręczną SLC, aby akceptować więcej operacji zapisu przy dużych prędkościach. Tak długo, jak jest miejsce w pamięci podręcznej SLC, dysk SSD może działać z maksymalną reklamowaną prędkością. Po zapełnieniu pamięci podręcznej dysk musi zwolnić, dlatego przydatna jest duża pamięć podręczna SLC.

Potencjalna przyszłość

W tej chwili żadne dyski SSD z tego nie korzystają, ale istnieje również potencjalny przypadek użycia pamięci podręcznej MLC. MLC oznacza komórkę wielopoziomową, źle nazwaną metodę przechowywania dwóch bitów danych w komórce zamiast jednego lub trzech. Jest to wolniejsze niż SLC, ale szybsze niż TLC. Podczas gdy pamięci podręczne SLC oferują fantastyczne prędkości, z którymi MLC nie może się równać, MLC oferowałby dwukrotnie większy rozmiar pamięci podręcznej.

Teoretycznie byłby to doskonały środek, pozwalający na osiągnięcie szczytowych prędkości buforowania SLC do momentu zużycia pamięci podręcznej SLC. Następnie przerzucanie do pamięci podręcznej MLC, jeśli nadal trzeba zapisać więcej danych. Byłoby to nadal szybsze niż bezpośrednie zapisywanie do pamięci TLC lub QLC, ale prawdopodobnie wymagałoby bardziej skomplikowanej logiki.

Chociaż prędkości TLC były stosunkowo szybkie, nie było to konieczne. W miarę jak dyski SSD QLC i PLC staną się bardziej powszechne, pojawią się dalsze redukcje prędkości zapisu. Wtórne buforowanie MLC może być sposobem, w jaki technologia rozwija się, aby to złagodzić.

Wniosek

Buforowanie SLC to sprytna metoda buforowania zapisu na dyskach SSD. Pozwala na wysokie prędkości transferu przy zapisie do setek gigabajtów w pamięci flash, których nominalnie nie można zapisać przy tej prędkości. Dane zapisane w pamięci podręcznej są przesyłane do pamięci flash TLC lub QLC tak szybko, jak to możliwe, aby zwolnić pamięć podręczną na potrzeby szczytowych prędkości transferu.

Ilość pamięci podręcznej SLC różni się w zależności od pozostałego wolnego miejsca na dysku. Oznacza to, że większe i bardziej puste dyski mogą zapisywać więcej danych przy szczytowych prędkościach niż mniejsze dyski SSD lub dyski SSD bliższe pojemności. Co myślisz? Daj nam znać w komentarzach poniżej.