Nové technologie ne vždy znamenají pokrok. V poslední době výrobci SSD disků začali upravovat rychlost a spolehlivost svých produktů s cílem maximalizovat úložnou kapacitu. Přestože protokoly jako NVMe a PCIe se neustále vyvíjejí a zrychlují, některé SSD disky se vracejí k horším technologiím.
Problém s QLC Flash
Zásadním problémem je cena. Výroba SSD disků je nákladná a jen málokdo je ochoten zaplatit 200 dolarů za 512GB SSD, když lze za méně než 50 dolarů pořídit mechanické pevné disky s kapacitou „2000 GB“. Zákazníci preferují větší úložný prostor.
Výrobci SSD disků se snaží navyšovat úložnou kapacitu při současném snižování nákladů, což má negativní dopad na výkon a životnost. I když se větší SSD disky stávají levnějšími, každý pokrok v technologii SSD má své kompromisy. V současnosti sledujeme vzestup Quad Level Cell (QLC) SSD, které dokážou uložit 4 bity informací do jedné paměťové buňky. QLC zcela nenahradilo standardní SSD, ale několik disků využívajících tuto technologii se již objevilo na trhu a vykazují problémy.
Konkrétně výrobci SSD musí najít způsob, jak umístit větší objem dat do stejně velkých NAND flash čipů, které jsou klíčovou součástí SSD pro ukládání dat. Tradičně se toho dosahovalo zmenšováním procesního uzlu, čímž se zmenšily tranzistory uvnitř flash paměti. Ale s tím, jak se Moorův zákon zpomaluje, je potřeba hledat kreativnější řešení.
Geniálním řešením se stala víceúrovňová NAND flash. NAND flash je schopna udržet určitou úroveň napětí v buňce po delší dobu. Tradiční NAND flash ukládá dvě úrovně – zapnuto a vypnuto. Tento typ se označuje jako SLC flash a je velmi rychlý. Jelikož NAND v podstatě ukládá analogové napětí, lze reprezentovat více bitů s mírně odlišnými úrovněmi napětí, např:
Jak je zde uvedeno, problém se exponenciálně zvyšuje. SLC flash vyžaduje pouze napětí nebo jeho absenci. MLC flash potřebuje čtyři úrovně napětí. TLC osm. A v posledním roce se na trhu objevila QLC flash, která vyžaduje 16 samostatných úrovní napětí.
To vede k mnoha problémům. S přidáváním dalších úrovní napětí je stále obtížnější rozlišovat jednotlivé hodnoty. QLC flash je sice o 25 % hustší než TLC, ale výrazně pomalejší. Rychlost čtení není tolik ovlivněna, ale rychlost zápisu zaznamenává značný pokles. Většina SSD (využívající novější protokol NVMe) dosahuje rychlosti kolem 1500 MB/s pro trvalé čtení i zápis (např. načítání nebo kopírování velkých souborů). QLC flash však zvládá pouze 80-160 MB/s pro trvalý zápis, což je horší než u slušného pevného disku.
QLC SSD se opotřebovávají mnohem rychleji
Všechny SSD disky obecně mají horší životnost při zápisu ve srovnání s pevnými disky. Při každém zápisu do buňky na SSD disku se pomalu opotřebovává. Mazání buňky má za úkol zbavit ji elektronů, ale několik jich tam vždy zůstane, což způsobuje, že se časem hodnota buňky „0“ přibližuje k „1“. Řadič to kompenzuje aplikováním kladnějšího napětí v průběhu času, což funguje dobře, pokud je pro napětí dostatek prostoru. Ale u QLC tomu tak není.
SLC má průměrnou životnost zápisu 100 000 cyklů programu/mazání (zápisových operací). MLC má mezi 35 000 a 10 000. TLC kolem 5000. QLC má však pouze ubohých 1000 cyklů. To činí QLC nevhodné pro disky s častým přístupem, jako je spouštěcí disk, na který se zapisuje velmi často.
Závěrem – neměli byste kupovat QLC disk, který chcete použít jako systémový disk vašeho operačního systému. Jsou příliš nespolehlivé, a není jisté, že se za pár let nezhorší. Jako náhradu rotujícího pevného disku doporučujeme použít velký QLC disk a jako primární disk s operačním systémem použít rychlý disk SLC, MLC nebo TLC. U notebooků, kde nemáte tuto možnost, to může být problém, ale QLC je stále velmi nová technologie a do notebooků se zatím neprosadila.
Efektivní ukládání do mezipaměti tyto problémy maskuje
V této chvíli se možná ptáte, proč QLC vůbec existuje, když je objektivně pomalejší a opotřebovává se rychleji než jiné typy flash paměti. Je zřejmé, že nelze prodávat technologii, která je horší, ale výrobci SSD disků našli způsob, jak problém skrýt – pomocí mezipaměti.
QLC SSD disky vyčleňují část disku pro mezipaměť. Tato mezipaměť ignoruje skutečnost, že by měla být QLC a místo toho funguje jako SLC flash. Mezipaměť bude o 75 % menší než skutečné místo na disku, které zabírá, ale bude mnohem rychlejší.
Data z mezipaměti lze zapisovat stejnou rychlostí jako na jiné high-endové SSD a řadič je pomalu vyprazdňuje a třídí do buněk QLC. Jakmile se však tato mezipaměť zaplní, musí řadič zapisovat přímo do pomalých buněk QLC, což vede k výraznému snížení výkonu při dlouhých zápisech.
Podívejte se na tento benchmark z recenze Crucial P1 500GB od Tom’s Hardware, spotřebitelského QLC SSD, který tento problém jasně ukazuje:
Červená čára představující Crucial P1 běží solidní rychlostí NVMe, i když poněkud pomaleji ve srovnání s některými lepšími disky. Nicméně asi po 75 GB zápisu se mezipaměť zaplní a můžete pozorovat skutečnou rychlost QLC flash. Linka prudce klesá na zhruba 80 MB/s, což je pomalejší než u většiny pevných disků pro trvalý zápis.
ADATA XPG SX8200, disk s TLC, vykazuje podobné chování, s tím rozdílem, že samotný TLC flash je po vyčerpání mezipaměti stále rychlejší. Většina ostatních disků také používá tuto metodu ukládání do mezipaměti, protože urychluje rychlé, malé zápisy na disk (které jsou nejběžnější). Nejvíce si toho ale všimnete u trvalého zápisu. Nevšimnete si, že kopírování malého souboru trvá 0,15 sekundy oproti 0,21 sekundy, ale všimnete si, když kopírování velkého souboru trvá o deset minut déle.
Mohli byste to snadno odepsat jako okrajový scénář, ale velikost mezipaměti nezůstane 75 GB napořád. Jak disk zaplňujete, mezipaměť se zmenšuje. Podle testování Anandtechu se u řady Intel SSD 660p zmenší mezipaměť u 512GB modelu na pouhých 6 GB, když je disk téměř plný, a to i se 128 GB volného místa.
To znamená, že pokud zaplníte SSD a poté se pokusíte nainstalovat 20–30 GB hru ze Steamu, prvních 6 GB se zapíše na disk extrémně rychle a poté začnete pozorovat stejné rychlosti 80 MB/s pro zbývající soubory.
Je pravda, že v tomto případě budete pravděpodobně omezeni rychlostí stahování, ale u aktualizací (které vyžadují stažení a nahrazení stávajících souborů, což reálně vyžaduje dvojnásobné množství místa) by byl problém mnohem zjevnější. Dokončili byste stahování a pak byste museli čekat dlouho, než se hra nainstaluje.
Měli byste se tedy QLC vyhnout?
Rozhodně byste se měli vyhnout QLC diskům s 512 GB (a méně, jakmile bude výroba levnější), protože nemají příliš smysl. Zaplníte je mnohem rychleji a mezipaměť bude po zaplnění menší, což povede k výraznému zpomalení. Navíc v současnosti nejsou o mnoho levnější než alternativy.
Navzdory svým nedostatkům není QLC flash příliš velký problém u disků s vyšší kapacitou. Například 2TB model 660p má po zaplnění mezipaměti minimálně 24 GB. Stále se jedná o QLC flash, ale je to přijatelný kompromis za levný 2TB SSD, který většinu času pracuje velmi rychle.
Díky své gigantické kapacitě mohou SSD založené na QLC sloužit jako slušná náhrada rotujícího pevného disku, za předpokladu, že budete pravidelně zálohovat pro případ selhání. Je to optimální pro data, ke kterým přistupujete zřídka, ale chcete, aby byla přístupná velmi rychle. S dostatečně velkou mezipamětí SLC budou většinou trvalé operace zápisu poměrně rychlé, dokud disk nezaplníte.
Kvůli problémům se spolehlivostí by se QLC disky neměly používat jako spouštěcí disk nebo pro jakákoli data, na která se velmi často zapisuje.
V oblasti výroby je stále potřeba dosáhnout mnoha pokroků – lepší řadiče schopné obsluhovat více flash čipů, levnější flash čipy, až uzly procesů dozrají, a možná i další nové technologie. QLC flash se v blízké budoucnosti nestane standardem. V současnosti je to jen další alternativa. Při nákupu SSD disků je třeba důkladně prozkoumat technické specifikace a věnovat pozornost typu použitého flash pro jejich výrobu.