O que é Cache SLC?

Os SSDs modernos oferecem uma proporção de GB por $ muito melhor do que costumavam alguns anos atrás. Quando os SSDs chegaram ao mercado, eles geralmente estavam na faixa de capacidade de 64 GB ou 128 GB. Eles também eram mais caros do que os HDDs de vários terabytes. Durante anos, assumiu-se que se você queria muito armazenamento e não queria pagar preços altos, precisava de um HDD e tinha que aceitar o desempenho inferior.

As coisas são um pouco diferentes agora, no entanto. Sim, os SSDs ainda são mais caros por GB do que os HDDs, mas o preço é muito mais próximo. Um SSD de 2 TB é atualmente o preço ideal para SSDs. Um SSD de 2 TB custa cerca de duas vezes o preço de um HD de 2 TB. Agora você pode obter uma vantagem de desempenho ainda mais significativa por esse custo extra.

Ainda é verdade que, se você deseja muitos terabytes de armazenamento. Por exemplo, é mais barato obter HDDs se você quiser uma matriz RAID grande. Mas suponha que você esteja lidando apenas com os níveis diários de armazenamento do computador para usuários domésticos. Nesse caso, um SSD de um ou dois terabytes é mais do que suficiente e não vai quebrar o banco.

Como o preço caiu?

Então o que mudou? O que trouxe o preço para níveis razoáveis? Em primeiro lugar, a tecnologia simplesmente amadureceu. Fica mais barato fazer essas coisas com o tempo. Alguns avanços e inovações tecnológicas foram uma verdadeira virada de jogo, no entanto. O 3D VNAND permitiu aumentos significativos na densidade de armazenamento, permitindo que as células de memória fossem empilhadas umas sobre as outras, em vez de espremidas cada vez mais juntas em um único plano. Isso não é diferente de como os estacionamentos de vários andares permitem que mais carros sejam estacionados na mesma área de um estacionamento plano.

SSDs modernos agora geralmente usam memória flash TLC. TLC significa Triple-Level Cell, o que significa que cada célula de memória pode armazenar três bits de dados. Isso triplica a capacidade de armazenamento de dados do mesmo número de células de memória quando comparado à memória de célula de camada única (SLC) em SSDs anteriores.

Essas três mudanças explicam a maior parte da melhoria de preço dos SSDs. No entanto, houve muitos outros desenvolvimentos também. O problema é que o TLC vem com algumas grandes ressalvas.

Qual é o problema com TLC?

O problema de colocar vários bits de dados em uma única célula de memória é que é significativamente mais complexo gravar dados. Isso retarda o processo. Isso é um problema porque os SSDs devem ser rápidos. Eles têm impulsionado novas gerações de padrões para dobrar e redobrar a largura de banda para permitir um armazenamento mais rápido.

Embora você ainda possa ler do TLC em incríveis 16 GB nos SSDs PCIe 5 mais recentes, você definitivamente não pode gravar neles tão rápido. Na verdade, as velocidades de gravação do TLC geralmente estão em torno de 2000 MBs. Isso ainda é muito mais rápido que um HDD, mas mais lento que os SSDs PCIe 3.

Nota : TLC não é o único tipo de memória flash em uso. Há um número relativamente baixo de SSDs Quad-Level Cell (QLC) e o desenvolvimento de SSDs Penta-Level Cell (PLC) está progredindo para 4 e 5 bits de dados por célula, respectivamente. As velocidades de gravação da memória QLC estão atualmente em torno de 350 MBs, o que é mais lento que os HDDs.

Entre no Cache SLC

Os fabricantes de SSD desenvolveram o cache SLC para contornar essas velocidades de gravação fortemente reduzidas. Este é um truque simples para gravar dados na memória flash SLC super-rápida. Os dados são então copiados para o flash TLC mais lento o mais rápido possível em segundo plano. Isso permite as velocidades de gravação rápidas anunciadas do SSD, desde que haja espaço de cache SLC para gravar. Isso não é um problema na maioria dos casos, mas pode ser se você estiver fazendo operações de gravação substanciais ao mesmo tempo. Por exemplo, restaurar ou gravar um backup geralmente envolve gravar em uma grande porcentagem de uma unidade.

O cache SLC normalmente vem em duas partes distintas: um cache SLC estático e um cache pseudo-SLC dinâmico. O cache estático geralmente é pequeno, menos de 10 GB, mesmo em unidades grandes de 2 TB. O cache estático está sempre disponível, mesmo quando a unidade está quase cheia. O cache dinâmico varia de tamanho, como o nome sugere, com base no espaço restante na unidade.

SSDs maiores têm caches pseudo-SLC maiores e podem fazer gravações maiores em velocidades de pico. É importante observar que o tamanho do cache dinâmico é baseado no espaço livre restante, não na capacidade total da unidade. O tamanho do cache dinâmico é reduzido à medida que a unidade é preenchida. Muitos SSDs alocam cerca de um terço de seu espaço livre para ser usado como cache SLC dinâmico. Isso pode ser em torno de 600 GB em uma unidade de 2 TB.

O controlador SSD escolhe gravar os dados de entrada no cache SLC porque é rápido. Isso é importante porque os dados podem ser fornecidos ao SSD mais rapidamente do que podem ser gravados na memória flash TLC, muito mais lenta. Quando o SSD está ocioso, o controlador copia os dados para a memória TLC em suas velocidades de gravação mais lentas. Isso armazena os dados de maneira mais eficiente em termos de espaço e libera o cache do SLC novamente para aceitar mais operações de gravação em altas velocidades. Contanto que haja espaço no cache do SLC, o SSD pode operar em suas velocidades máximas anunciadas. Uma vez que o cache está cheio, a unidade precisa desacelerar, e é por isso que ter um grande cache SLC é útil.

futuro potencial

Nenhum SSD faz uso dele no momento, mas também há um caso de uso potencial para um cache MLC. MLC significa Multi-Level Cell, um método mal nomeado de armazenar dois bits de dados em uma célula em vez de um ou três. Isso é mais lento que o SLC, mas mais rápido que o TLC. Enquanto os caches SLC oferecem velocidades fantásticas que o MLC não poderia igualar, o MLC ofereceria o dobro do tamanho do cache.

Teoricamente, este seria um meio-termo excelente, permitindo velocidades máximas de cache do SLC até que o cache do SLC seja consumido. Em seguida, descartar em um cache MLC se mais dados ainda precisarem ser gravados. Isso ainda seria mais rápido do que gravar diretamente na memória TLC ou QLC, mas provavelmente envolveria uma lógica mais complicada.

Embora as velocidades do TLC tenham sido relativamente rápidas, isso não foi necessário. À medida que os SSDs QLC e PLC se tornam mais comuns, eles virão com mais reduções na velocidade de gravação. O cache MLC secundário pode ser uma maneira de a tecnologia desenvolver para aliviar isso.

Conclusão

O cache SLC é um método inteligente de cache de gravação em SSDs. Ele permite altas velocidades de transferência em gravações em centenas de gigabytes na memória flash que nominalmente não podem ser gravadas nessa velocidade. Os dados gravados no cache são liberados para a memória flash TLC ou QLC o mais rápido possível para liberar o cache para velocidades máximas de transferência.

A quantidade de cache SLC varia de acordo com o espaço restante livre na unidade. Isso significa que unidades maiores e mais vazias podem gravar mais dados em velocidades de pico do que SSDs menores ou SSDs mais próximos da capacidade. O que você acha? Deixe-nos saber nos comentários abaixo.