SSD TLC, QLC et sans DRAM

La QLC n'est pas de la TLC défectueuse. Elle met quatre bits dans une cellule là où la TLC en met trois, ce qui achète du coût par téraoctet et dépense de la vitesse d'écriture soutenue et de l'endurance. Qu'un disque porte ou non de la DRAM est une question distincte, à laquelle les disques bon marché se trouvent répondre de la même façon.

Ce que veulent dire TLC et QLC

Une cellule de flash est un transistor de stockage qui retient une charge piégée. Les lettres comptent combien de bits sortent d'une cellule. La TLC — triple-level cell — en retient trois. La QLC — quad-level cell — en retient quatre.

Le compte importe parce que n bits demandent deux puissance n niveaux de charge distinguables. Trois bits font huit niveaux ; quatre bits en font seize. La fenêtre de tension utilisable ne s'élargit pas pour les accueillir, si bien que passer de la TLC à la QLC divise par deux la largeur de chaque bande et double le nombre de frontières que le contrôleur doit placer entre elles — sept seuils de lecture deviennent quinze.

Des bandes étroites coûtent des deux côtés. Écrire, c'est amener la charge dans une bande, et une cible plus étroite demande plus d'impulsions de programmation avec une étape de vérification entre elles — c'est l'essentiel de la raison pour laquelle une cellule QLC est plus lente à programmer. Lire, c'est décider dans quelle bande la charge est tombée, et quinze frontières demandent plus de passes de détection et s'appuient davantage sur la correction d'erreurs à mesure que la charge dérive avec l'âge. Le coût en lecture est de loin le plus faible des deux.

Ce que cela achète, c'est un tiers de bits en plus à partir du même réseau de cellules.

La quantité de cache rapide dont dispose un disque

Les deux types de cellules cachent leur vitesse d'écriture derrière une zone de flash exploitée à un seul bit par cellule, et ce que les chiffres de vitesse d'un SSD vous disent vraiment traite de la courbe que cela produit. D'où vient cette zone décide de la quantité que vous en obtenez.

Une partie peut être permanente. Un cache statique est mis de côté à un bit par cellule à la conception du disque, et il a cette taille que le disque soit vide ou presque plein. Le reste est emprunté. Un cache dynamique est de la TLC ou de la QLC ordinaire écrite temporairement à un bit par cellule puis repliée plus tard, si bien qu'il est pris sur l'espace libre et rétrécit comme lui.

L'arithmétique du cache emprunté est ingrate. Des cellules exploitées à un bit retiennent un tiers de leur capacité TLC, ou un quart de leur capacité QLC, si bien qu'absorber 100 Go d'écritures au débit en cache immobilise 300 Go d'un disque TLC ou 400 Go d'un disque QLC jusqu'à ce que les données soient repliées. Une taille de cache annoncée pour un disque vide annonce le meilleur jour de la vie de ce disque. Quelle capacité de SSD choisir traite de ce que cela implique sur la part d'un disque à laisser inutilisée.

Le repliement est l'autre moitié de la facture. Les données mises en cache sont écrites une seconde fois lorsqu'elles passent dans leur forme dense, si bien qu'un octet de l'hôte coûte à la flash deux opérations de programmation — une à un seul bit par cellule, une à trois ou quatre. C'est une amplification d'écriture que vous avez acceptée volontairement, et elle dépense de l'endurance et de la bande passante d'arrière-plan plutôt que du temps que vous puissiez voir. Elle a aussi besoin qu'on laisse le disque tranquille pour se terminer. Continuez à écrire pendant qu'il replie et il fait votre travail et le sien à la fois, si bien que le débit soutenu peut s'établir en dessous du débit natif plutôt qu'à son niveau.

Ce qu'abandonne un disque sans DRAM

La DRAM d'un SSD ne contient pas vos fichiers. Elle contient la table de correspondance de la couche de traduction de la flash, qui convertit l'adresse demandée par le système d'exploitation en la page physique qui détient les données. Cette correspondance est réécrite en permanence et consultée à chaque accès.

Dimensionnez la table et la conception en découle. La correspondance se fait typiquement à une granularité de 4 Ko avec une entrée de quatre octets par page, soit un octet de table par kilo-octet de disque — environ un gigaoctet de table par téraoctet de capacité. C'est pourquoi les disques qui portent de la DRAM en portent proportionnellement à leur taille, et pourquoi le coût de s'en passer croît de la même façon.

Un disque sans DRAM a deux endroits où mettre la table. Le premier est la flash elle-même, ce qui transforme une lecture dispersée en deux — une pour aller chercher le morceau de la carte, une pour aller chercher les données qu'il désigne. Le second est le tampon en mémoire hôte, une fonctionnalité NVMe qui laisse le disque emprunter une petite allocation de RAM système et y garder la partie la plus sollicitée de la carte.

C'est un vrai correctif pour le cas courant, et un correctif incomplet. L'allocation est une petite fraction de ce qu'une carte entière demande, si bien qu'elle contient un ensemble de travail plutôt que la table, et des accès dispersés dans tout l'espace d'adressage d'un grand disque la manqueront. C'est de la mémoire que l'hôte possède et peut reprendre, si bien que rien que le disque ne puisse se permettre de perdre n'y va — elle met en cache des consultations, pas vos écritures. Et c'est une fonctionnalité NVMe, si bien qu'un disque SATA sans DRAM n'a rien entre les deux — sa table vit dans la flash.

La différence ressort donc étroitement — des accès dispersés sur un grand disque assez rempli, et de longues charges mixtes qui réécrivent la carte à peu près aussi vite qu'elles la lisent. Une fenêtre empruntée couvre le reste.

Lequel acheter pour ce que vous faites

Ce sont deux axes, et non une seule échelle. Un disque peut être TLC avec DRAM, TLC sans, QLC avec, ou QLC sans. Ils donnent l'impression d'un seul axe parce que les disques les moins chers d'une gamme ont tendance à être QLC et sans DRAM à la fois, si bien que celui qui compare les deux extrémités d'une gamme ne voit jamais le milieu.

Pour un disque système, préférez la TLC et laissez le reste de côté. C'est lui qui prend les petites écritures dispersées, qui vit le plus près du plein, et qui demande le plus de travail à remplacer. Qu'il porte aussi de la DRAM compte bien moins sur une machine dont le système d'exploitation et le pilote prennent en charge le tampon en mémoire hôte.

Pour du volume écrit par longues séries et lu de nombreuses fois ensuite — une ludothèque, une archive de médias, des rushes que vous conservez plutôt que vous ne montez — la QLC est un compromis sensé. Les écritures arrivent par plages que vous pouvez vous permettre de voir avancer plus lentement, et la vitesse de lecture, même si elle porte une partie du coût de ces bandes plus étroites, est bien plus proche entre les deux que ne l'est la vitesse d'écriture.

La combinaison à éviter est un disque QLC maintenu presque plein et écrit en permanence. Son cache dynamique est le plus petit précisément quand on le sollicite le plus, et le débit en dessous est le plus bas que vous puissiez acheter.

L'endurance est réelle et facilement exagérée. Une cellule a un budget de cycles de programmation et d'effacement, et par cellule ce budget est plus faible en QLC, parce que des bandes plus étroites tolèrent moins l'usure que laisse chaque effacement. Mais le chiffre imprimé sur un disque n'est pas par cellule. C'est le total des écritures pour le disque entier, il croît donc avec le nombre de cellules et avec la capacité retenue en réserve, et un grand disque QLC peut être annoncé pour absorber plus d'écritures sur sa vie qu'un petit disque TLC. Comparez cette valeur annoncée à ce que vous écrivez en un an, et non au type de cellule d'un autre disque. Endurance et garanties des SSD traite de la façon de mesurer ce que vous écrivez, et de ce que vaut la valeur annoncée comme terme de garantie.

Pourquoi une offre vous dit rarement l'un ou l'autre

Ni l'un ni l'autre n'est publié de façon fiable par les fabricants. Le type de NAND et la conception du cache manquent à la plupart des pages produit et à presque toutes les offres de vente, et ils manquent assez souvent à la fiche technique pour que la presse spécialisée les établisse par des tests plutôt que par la lecture.

Ils changent aussi. Un modèle peut être révisé en cours de vie — un autre fournisseur de NAND, un autre contrôleur, la DRAM retirée — et continuer à se vendre sous le même nom et la même référence, parfois dans la même boîte. Les tests écrits avant la révision décrivent un disque qui n'est plus celui qui part en livraison. Le nom du modèle n'est pas une preuve de ce qui se trouve dans l'exemplaire qui arriverait, et une offre qui le répète ne l'est pas non plus.

C'est pourquoi, quand une offre n'indique pas le type de NAND ni la présence de DRAM, nous laissons le champ vide plutôt que de le déduire du nom du modèle. Un champ vide enregistre ce que l'offre disait. Ce n'est pas une affirmation sur le matériel.

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