Hva er SLC Caching?

Moderne SSD-er tilbyr et mye bedre GB per $-forhold enn de pleide for noen år tilbake. Da SSD-er først kom på markedet, var de vanligvis i kapasitetsområdet 64 GB eller 128 GB. De var også dyrere enn multi-terabyte HDD-er. I årevis ble det antatt at hvis du ville ha mye lagringsplass og ikke ville betale høye priser, trengte du en HDD og måtte akseptere den lavere ytelsen.

Ting er imidlertid litt annerledes nå. Ja, SSD-er er fortsatt dyrere per GB enn HDD-er, men prisene er mye nærmere. En 2TB SSD er for øyeblikket prisgunstig for SSD-er. En 2TB SSD er omtrent dobbelt så høy som en 2TB HDD. Du kan nå få en enda mer betydelig ytelsesfordel for den ekstra kostnaden.

Det er fortsatt sant at hvis du vil ha mange terabyte lagringsplass. For eksempel er det billigere å skaffe HDD-er hvis du vil ha et stort RAID-array. Men anta at du bare har med daglige hjemmebrukernivåer med datamaskinlagring å gjøre. I så fall er en en- eller to-terabyte SSD mer enn nok og vil ikke ødelegge banken.

Hvordan kom prisen ned?

Så hva endret seg? Hva brakte prisen ned til fornuftige nivåer? For det første har teknologien rett og slett modnet. Det blir billigere å lage disse tingene over tid. Noen teknologiske gjennombrudd og innovasjoner har imidlertid vært en ekte gamechanger. 3D VNAND tillot betydelige økninger i lagringstettheten ved å la minneceller stables oppå hverandre i stedet for å presses nærmere og nærmere hverandre på et enkelt plan. Dette er ikke ulikt hvordan parkeringsplasser i flere etasjer gjør at flere biler kan parkeres på samme område som en flat parkeringsplass.

Moderne SSD-er bruker nå generelt TLC-flashminne. TLC står for Triple-Level Cell, noe som betyr at hver minnecelle kan lagre tre databiter. Dette tredobler datalagringskapasiteten til samme antall minneceller sammenlignet med Single-Layer Cell (SLC)-minnet i tidligere SSD-er.

Disse tre endringene forklarer mesteparten av prisforbedringen på SSD-er. Imidlertid har det vært mange andre utviklinger også. Saken er at TLC kommer med noen ganske store forbehold.

Hva er problemet med TLC?

Problemet med å sette flere databiter inn i en enkelt minnecelle er at det er betydelig mer komplisert å skrive data. Dette bremser prosessen. Dette er et problem fordi SSD-er skal være raske. De har drevet nye generasjoner av standarder til å doble og doble båndbredden for å tillate raskere lagring.

Selv om du fortsatt kan lese fra TLC på flammende 16 GB på de nyeste PCIe 5 SSD-ene, kan du definitivt ikke skrive til dem så raskt. Faktisk er TLC skrivehastigheter vanligvis et sted rundt 2000 MB. Det er fortsatt mye raskere enn en HDD, men tregere enn PCIe 3 SSD-er.

Merk : TLC er ikke den eneste typen flash-minne som er i bruk. Det er et relativt lavt antall Quad-Level Cell (QLC) SSD-er, og utviklingen av Penta-Level Cell (PLC) SSD-er skrider frem for henholdsvis 4 og 5 biter med data per celle. Skrivehastigheter for QLC-minne er for tiden rundt 350 MB, noe som er tregere enn harddisker.

Skriv inn SLC-bufferen

SSD-produsenter utviklet SLC-caching for å omgå disse sterkt reduserte skrivehastighetene. Dette er et enkelt triks for å skrive data til superraskt SLC-flashminne. Dataene kopieres deretter til den langsommere TLC-flashen så raskt som mulig i bakgrunnen. Dette muliggjør de annonserte, raske skrivehastighetene til SSD-en, så lenge det er SLC-bufferplass å skrive inn i. Dette er ikke et problem i de fleste tilfeller, men kan være det hvis du utfører betydelige skriveoperasjoner på en gang. For eksempel innebærer gjenoppretting eller skriving av en sikkerhetskopi vanligvis skriving til en stor prosentandel av en stasjon.

SLC-cachen kommer vanligvis i to forskjellige deler: en statisk SLC-cache og en dynamisk pseudo-SLC-cache. Den statiske hurtigbufferen er generelt liten, mindre enn 10 GB selv på store 2 TB-stasjoner. Den statiske cachen er alltid tilgjengelig, selv når stasjonen er nesten full. Den dynamiske cachen varierer i størrelse, som navnet antyder, basert på gjenværende plass på stasjonen.

Større SSD-er har større pseudo-SLC-cacher og kan skrive større ved topphastigheter. Det er viktig å merke seg at den dynamiske hurtigbufferstørrelsen er basert på gjenværende ledig plass, ikke den totale stasjonskapasiteten. Den dynamiske hurtigbufferstørrelsen reduseres etter hvert som stasjonen fylles opp. Mange SSD-er tildeler omtrent en tredjedel av sin ledige plass til å brukes som dynamisk SLC-cache. Det kan være rundt 600 GB på en 2TB-stasjon.

SSD-kontrolleren velger å skrive innkommende data til SLC-cachen fordi den er rask. Dette er viktig fordi dataene kan leveres til SSD-en raskere enn de kan skrives til det mye tregere TLC-flashminnet. Når SSD-en er inaktiv, kopierer kontrolleren dataene til TLC-minnet med lavere skrivehastigheter. Dette lagrer dataene på en mer plasseffektiv måte og frigjør SLC-bufferen igjen for å akseptere flere skriveoperasjoner ved høye hastigheter. Så lenge det er plass i SLC-cachen, kan SSD-en operere med sine høyeste annonserte hastigheter. Når cachen er full, må stasjonen bremse ned, og det er derfor nyttig å ha en stor SLC-cache.

Potensiell fremtid

Ingen SSD-er bruker det for øyeblikket, men det er et potensielt bruksområde for en MLC-cache også. MLC står for Multi-Level Cell, en dårlig navngitt metode for å lagre to biter med data i en celle i stedet for en eller tre. Dette er tregere enn SLC, men raskere enn TLC. Mens SLC-cacher tilbyr fantastiske hastigheter som MLC ikke kunne matche, ville MLC tilby dobbelt så stor hurtigbufferstørrelse.

Teoretisk sett ville dette være en utmerket mellomting som tillater topp SLC-hurtigbufferhastigheter til SLC-cachen er konsumert. Slipp deretter til en MLC-cache hvis mer data fortsatt må skrives. Dette vil fortsatt være raskere enn å skrive direkte til TLC- eller QLC-minnet, men vil sannsynligvis innebære mer komplisert logikk.

Selv om TLC-hastighetene har vært relativt høye, har dette ikke vært nødvendig. Etter hvert som QLC og PLC SSD-er blir mer vanlige, vil de komme med ytterligere skrivehastighetsreduksjoner. Sekundær MLC-bufring kan være en måte teknologien utvikler seg for å lindre dette.

Konklusjon

SLC-bufring er en smart metode for skrivebufring på SSD-er. Det gir mulighet for høye overføringshastigheter på skriv til hundrevis av gigabyte på flash-minne som nominelt ikke kan skrives til med den hastigheten. Data som skrives til hurtigbufferen tømmes til TLC- eller QLC-flashminnet så raskt som mulig for å frigjøre hurtigbufferen for toppoverføringshastigheter.

Mengden SLC-cache varierer avhengig av gjenværende ledig plass på stasjonen. Dette betyr at større og tommere stasjoner kan skrive mer data ved topphastigheter enn mindre SSD-er eller SSD-er nærmere kapasitet. Hva tror du? Gi oss beskjed i kommentarene nedenfor.