SSDs mit TLC, QLC und ohne DRAM

QLC ist kein defektes TLC. Es steckt vier Bit in eine Zelle, wo TLC drei hineinsteckt, was Kosten pro Terabyte einkauft und anhaltende Schreibgeschwindigkeit sowie Ausdauer ausgibt. Ob ein Laufwerk DRAM trägt, ist eine gesonderte Frage, die günstige Laufwerke zufällig auf dieselbe Weise beantworten.

Was TLC und QLC bedeuten

Eine Flash-Zelle ist ein Speichertransistor, der eine eingefangene Ladung hält. Die Buchstaben zählen, wie viele Bit aus einer Zelle kommen. TLC — triple-level cell — hält drei. QLC — quad-level cell — hält vier.

Die Anzahl zählt, weil n Bit zwei-hoch-n unterscheidbare Ladungsniveaus brauchen. Drei Bit sind acht Niveaus; vier Bit sind sechzehn. Das nutzbare Spannungsfenster wird nicht breiter, um sie unterzubringen, sodass der Wechsel von TLC zu QLC die Breite jedes Bands halbiert und die Anzahl der Grenzen verdoppelt, die der Controller dazwischen setzen muss: aus sieben Leseschwellen werden fünfzehn.

Schmale Bänder kosten auf beiden Seiten. Schreiben heißt, die Ladung in ein Band zu lenken, und ein schmaleres Ziel braucht mehr Programmierimpulse mit einem Prüfschritt dazwischen — der Großteil des Grundes, warum eine QLC-Zelle langsamer zu programmieren ist. Lesen heißt, zu entscheiden, in welchem Band die Ladung gelandet ist, und fünfzehn Grenzen brauchen mehr Abtastdurchgänge und stützen sich stärker auf die Fehlerkorrektur, während die Ladung mit dem Alter driftet. Die Lesekosten sind bei Weitem die geringeren der beiden.

Was das einkauft, ist ein Drittel mehr Bit aus demselben Zellfeld.

Wie viel schnellen Cache ein Laufwerk hat

Beide Zelltypen verbergen ihre Schreibgeschwindigkeit hinter einem Flash-Bereich, der mit einem einzigen Bit pro Zelle betrieben wird, und was die Geschwindigkeitszahlen einer SSD wirklich sagen behandelt die Kurve, die das erzeugt. Woher dieser Bereich kommt, entscheidet, wie viel davon Sie bekommen.

Ein Teil davon kann dauerhaft sein. Ein statischer Cache wird bei der Auslegung des Laufwerks mit einem Bit pro Zelle beiseitegelegt und hat diese Größe, ob das Laufwerk leer oder fast voll ist. Der Rest ist geborgt. Ein dynamischer Cache ist gewöhnliches TLC oder QLC, vorübergehend mit einem Bit pro Zelle geschrieben und später zusammengefaltet, sodass er aus dem freien Platz kommt und schrumpft, wie dieser schrumpft.

Die Arithmetik des geborgten Caches ist unfreundlich. Zellen, die mit einem Bit betrieben werden, halten ein Drittel ihrer TLC-Kapazität oder ein Viertel ihrer QLC-Kapazität, sodass das Aufnehmen von 100 GB an Schreibvorgängen zur Cache-Rate 300 GB eines TLC-Laufwerks oder 400 GB eines QLC-Laufwerks bindet, bis die Daten weggefaltet sind. Eine Cache-Größe, die für ein leeres Laufwerk angegeben wird, gibt den besten Tag im Leben dieses Laufwerks an. Die passende SSD-Kapazität finden behandelt, was das dafür bedeutet, wie viel eines Laufwerks man ungenutzt lassen sollte.

Das Falten ist die andere Hälfte der Rechnung. Zwischengespeicherte Daten werden ein zweites Mal geschrieben, wenn sie in ihre dichte Form übergehen, sodass ein Host-Byte den Flash zwei Programmieroperationen kostet: eine mit einem einzigen Bit pro Zelle, eine mit drei oder vier. Das ist Schreibverstärkung, die Sie mit Absicht in Kauf genommen haben, und sie gibt Ausdauer und Hintergrundbandbreite aus statt Zeit, die Sie sehen können. Sie braucht auch, dass man das Laufwerk in Ruhe lässt, um fertig zu werden. Schreiben Sie weiter, während es faltet, und es verrichtet Ihre Arbeit und seine eigene zugleich, sodass sich der anhaltende Durchsatz unter der nativen Rate einpendeln kann statt auf ihr.

Was ein Laufwerk ohne DRAM aufgibt

Der DRAM einer SSD enthält nicht Ihre Dateien. Er enthält die Zuordnungstabelle der Flash-Übersetzungsschicht, die die Adresse, nach der das Betriebssystem fragt, in die physische Seite umsetzt, die die Daten hält. Diese Zuordnung wird ständig neu geschrieben und bei jedem Zugriff herangezogen.

Dimensionieren Sie die Tabelle, und die Auslegung folgt daraus. Die Zuordnung erfolgt typischerweise mit einer Granularität von 4 KB mit einem Eintrag von vier Byte pro Seite, was ein Byte Tabelle pro Kilobyte Laufwerk ist — etwa ein Gigabyte Tabelle pro Terabyte Kapazität. Deshalb tragen Laufwerke, die DRAM tragen, ihn im Verhältnis zu ihrer Größe, und deshalb wächst der Preis des Verzichts auf dieselbe Weise.

Ein Laufwerk ohne DRAM hat zwei Orte, an die es die Tabelle legen kann. Der erste ist der Flash selbst, was aus einem verstreuten Lesevorgang zwei macht: einen, um das Stück der Karte zu holen, einen, um die Daten zu holen, auf die es zeigt. Der zweite ist der Host-Speicherpuffer, eine NVMe-Funktion, die das Laufwerk eine kleine Zuteilung von System-RAM borgen und den am stärksten beanspruchten Teil der Karte dort halten lässt.

Das ist eine echte Behebung für den häufigen Fall und keine vollständige. Die Zuteilung ist ein kleiner Bruchteil dessen, was eine ganze Karte braucht, sodass sie eher einen Arbeitssatz als die Tabelle hält, und Zugriffe, die über den gesamten Adressraum eines großen Laufwerks verstreut sind, werden sie verfehlen. Es ist Speicher, den der Host besitzt und zurückfordern kann, sodass nichts hineingeht, dessen Verlust das Laufwerk sich nicht leisten könnte — er speichert Nachschlagevorgänge zwischen, nicht Ihre Schreibvorgänge. Und es ist eine NVMe-Funktion, sodass ein SATA-Laufwerk ohne DRAM nichts dazwischen hat: Seine Tabelle lebt im Flash.

Der Unterschied zeigt sich also eng: verstreute Zugriffe über ein großes und ziemlich volles Laufwerk und lange gemischte Lasten, die die Karte etwa so schnell neu schreiben, wie sie sie lesen. Ein geborgtes Fenster deckt den Rest ab.

Welches für das kaufen, was Sie tun

Das sind zwei Achsen, nicht eine Leiter. Ein Laufwerk kann TLC mit DRAM sein, TLC ohne, QLC mit oder QLC ohne. Sie fühlen sich wie eine Achse an, weil die günstigsten Laufwerke einer Reihe dazu neigen, QLC und ohne DRAM zugleich zu sein, sodass jemand, der die Enden einer Reihe vergleicht, die Mitte nie sieht.

Für ein Systemlaufwerk bevorzugen Sie TLC und lassen den Rest ziehen. Es nimmt die kleinen verstreuten Schreibvorgänge, lebt dem Vollen am nächsten und ist am aufwendigsten zu ersetzen. Ob es auch DRAM trägt, zählt viel weniger auf einer Maschine, deren Betriebssystem und Treiber den Host-Speicherpuffer unterstützen.

Für Masse, die in langen Durchläufen geschrieben und danach viele Male gelesen wird — eine Spielebibliothek, ein Medienarchiv, Aufnahmen, die Sie behalten, statt sie zu schneiden — ist QLC ein sinnvoller Kompromiss. Die Schreibvorgänge kommen in Strecken, die Sie sich leisten können, langsamer laufen zu lassen, und die Lesegeschwindigkeit ist, obwohl sie einen Teil der Kosten dieser schmaleren Bänder trägt, zwischen den beiden weit näher beieinander, als es die Schreibgeschwindigkeit ist.

Die zu vermeidende Kombination ist ein QLC-Laufwerk, das fast voll gehalten und ständig beschrieben wird. Sein dynamischer Cache ist genau dann am kleinsten, wenn er am meisten gefordert wird, und die Rate darunter ist die niedrigste, die Sie kaufen können.

Ausdauer ist real und leicht überzeichnet. Eine Zelle hat ein Budget an Programmier- und Löschzyklen, und pro Zelle ist dieses Budget bei QLC niedriger, weil schmalere Bänder weniger von dem Verschleiß vertragen, den jede Löschung hinterlässt. Aber die Zahl, die auf ein Laufwerk gedruckt ist, ist nicht pro Zelle. Es ist die Gesamtsumme der Schreibvorgänge für das ganze Laufwerk, sie skaliert also mit der Anzahl der Zellen und der als Reserve zurückgehaltenen Kapazität, und ein großes QLC-Laufwerk kann dafür angegeben sein, über sein Leben mehr Schreibvorgänge aufzunehmen als ein kleines TLC-Laufwerk. Vergleichen Sie diesen angegebenen Wert mit dem, was Sie in einem Jahr schreiben, und nicht mit dem Zelltyp eines anderen Laufwerks. Ausdauer und Garantien von SSDs behandelt, wie man misst, was man schreibt, und was der angegebene Wert als Garantiebedingung wert ist.

Warum ein Angebot Ihnen selten eines von beiden nennt

Keines von beiden ist etwas, was Hersteller zuverlässig veröffentlichen. Der NAND-Typ und die Cache-Auslegung fehlen auf den meisten Produktseiten und nahezu jedem Verkaufsangebot, und sie fehlen oft genug auf dem Datenblatt, dass die Enthusiasten-Presse sie durch Tests statt durch Lesen ermittelt.

Sie ändern sich auch. Ein Modell kann mitten in seinem Leben überarbeitet werden — ein anderer NAND-Lieferant, ein anderer Controller, der DRAM entfernt — und weiter unter demselben Namen und derselben Teilenummer verkauft werden, manchmal in derselben Verpackung. Tests, die vor der Überarbeitung geschrieben wurden, beschreiben ein Laufwerk, das nicht mehr das ist, was ausgeliefert wird. Der Modellname ist kein Beweis dafür, was im Exemplar steckt, das ankäme, und ein Angebot, das ihn wiederholt, ist es auch nicht.

Deshalb lassen wir, wenn ein Angebot den NAND-Typ oder das Vorhandensein von DRAM nicht angibt, das Feld leer, statt es aus dem Modellnamen zu erschließen. Ein leeres Feld hält fest, was das Angebot gesagt hat. Es ist keine Behauptung über die Hardware.

Wie man eine SSD auswählt bringt Kapazität, Geschwindigkeit und Schnittstelle in eine Reihenfolge, und jede SSD in unserem Katalog steht auf einer Seite.