SSD TLC, QLC e sem DRAM

A QLC não é uma TLC defeituosa. Ela coloca quatro bits em uma célula onde a TLC coloca três, o que compra custo por terabyte e gasta velocidade de escrita sustentada e durabilidade. Se um disco carrega ou não DRAM é uma questão distinta, à qual os discos baratos acabam respondendo da mesma forma.

O que significam TLC e QLC

Uma célula de flash é um transistor de armazenamento que retém uma carga aprisionada. As letras contam quantos bits saem de uma célula. A TLC — triple-level cell — retém três. A QLC — quad-level cell — retém quatro.

A contagem importa porque n bits exigem dois elevado a n níveis de carga distinguíveis. Três bits dão oito níveis; quatro bits dão dezesseis. A janela de tensão utilizável não se alarga para acomodá-los, de modo que passar da TLC para a QLC divide pela metade a largura de cada banda e dobra o número de fronteiras que o controlador precisa colocar entre elas: sete limiares de leitura viram quinze.

Bandas estreitas custam dos dois lados. Escrever é levar a carga até uma banda, e um alvo mais estreito exige mais pulsos de programação com uma etapa de verificação entre eles — é a maior parte da razão pela qual uma célula QLC é mais lenta de programar. Ler é decidir em qual banda a carga caiu, e quinze fronteiras exigem mais passagens de detecção e se apoiam mais na correção de erros à medida que a carga deriva com a idade. O custo de leitura é de longe o menor dos dois.

O que isso compra é um terço a mais de bits a partir do mesmo arranjo de células.

Quanto de cache rápido um disco tem

Os dois tipos de célula escondem sua velocidade de escrita atrás de uma zona de flash operada a um único bit por célula, e o que os números de velocidade de um SSD realmente dizem trata da curva que isso produz. De onde vem essa zona decide a quantidade que você obtém dela.

Uma parte pode ser permanente. Um cache estático é reservado a um bit por célula no projeto do disco, e tem esse tamanho quer o disco esteja vazio quer esteja quase cheio. O resto é emprestado. Um cache dinâmico é TLC ou QLC comum escrita temporariamente a um bit por célula e depois dobrada, de modo que sai do espaço livre e encolhe junto com ele.

A aritmética do cache emprestado é ingrata. Células operadas a um bit retêm um terço de sua capacidade TLC, ou um quarto de sua capacidade QLC, de modo que absorver 100 GB de escritas na taxa em cache imobiliza 300 GB de um disco TLC ou 400 GB de um disco QLC até que os dados sejam dobrados. Um tamanho de cache anunciado para um disco vazio anuncia o melhor dia da vida desse disco. Qual capacidade de SSD escolher trata do que isso implica sobre a parte de um disco a deixar sem uso.

O dobramento é a outra metade da conta. Os dados em cache são escritos uma segunda vez quando passam para sua forma densa, de modo que um byte do host custa à flash duas operações de programação — uma a um único bit por célula, uma a três ou quatro. É uma amplificação de escrita que você aceitou de propósito, e ela gasta durabilidade e largura de banda de segundo plano em vez de tempo que você possa ver. Também precisa que se deixe o disco em paz para terminar. Continue escrevendo enquanto ele dobra e ele faz o seu trabalho e o dele ao mesmo tempo, de modo que a taxa sustentada pode se estabelecer abaixo da taxa nativa em vez de nela.

Do que um disco sem DRAM abre mão

A DRAM de um SSD não guarda seus arquivos. Ela guarda a tabela de correspondência da camada de tradução da flash, que converte o endereço pedido pelo sistema operacional na página física que contém os dados. Essa correspondência é reescrita o tempo todo e consultada a cada acesso.

Dimensione a tabela e o projeto decorre dela. A correspondência é feita tipicamente a uma granularidade de 4 KB com uma entrada de quatro bytes por página, ou seja, um byte de tabela por kilobyte de disco — cerca de um gigabyte de tabela por terabyte de capacidade. É por isso que os discos que carregam DRAM a carregam proporcionalmente ao seu tamanho, e por que o custo de dispensá-la cresce da mesma forma.

Um disco sem DRAM tem dois lugares onde colocar a tabela. O primeiro é a própria flash, o que transforma uma leitura dispersa em duas — uma para buscar o pedaço do mapa, uma para buscar os dados que ele aponta. O segundo é o buffer de memória do host, um recurso NVMe que permite ao disco tomar emprestada uma pequena alocação de RAM do sistema e ali manter a parte mais solicitada do mapa.

É uma correção de verdade para o caso comum, e uma correção incompleta. A alocação é uma pequena fração do que um mapa inteiro exige, de modo que contém um conjunto de trabalho e não a tabela, e acessos dispersos por todo o espaço de endereços de um disco grande vão errá-la. É memória que o host possui e pode retomar, de modo que nada que o disco não possa se dar ao luxo de perder vai para ela — ela armazena em cache consultas, não suas escritas. E é um recurso NVMe, de modo que um disco SATA sem DRAM não tem nada no meio — sua tabela vive na flash.

A diferença aparece, portanto, de forma estreita: acessos dispersos em um disco grande bastante cheio, e longas cargas mistas que reescrevem o mapa quase tão rápido quanto o leem. Uma janela emprestada cobre o resto.

Qual comprar para o que você faz

São dois eixos, e não uma única escala. Um disco pode ser TLC com DRAM, TLC sem, QLC com, ou QLC sem. Eles dão a impressão de um único eixo porque os discos mais baratos de uma linha tendem a ser QLC e sem DRAM ao mesmo tempo, de modo que quem compara as duas pontas de uma linha nunca vê o meio.

Para um disco de sistema, prefira a TLC e deixe o resto de lado. É ele que recebe as pequenas escritas dispersas, que vive mais perto do cheio, e que dá mais trabalho para substituir. Se ele também carrega DRAM importa bem menos em uma máquina cujo sistema operacional e driver dão suporte ao buffer de memória do host.

Para volume escrito em longas séries e lido muitas vezes depois — uma ludoteca, um arquivo de mídias, filmagens que você guarda em vez de editar — a QLC é um compromisso sensato. As escritas chegam em trechos que você pode se dar ao luxo de ver avançar mais devagar, e a velocidade de leitura, mesmo carregando parte do custo dessas bandas mais estreitas, é bem mais próxima entre as duas do que a velocidade de escrita.

A combinação a evitar é um disco QLC mantido quase cheio e escrito o tempo todo. Seu cache dinâmico é o menor justamente quando é mais solicitado, e a taxa por baixo é a mais baixa que você pode comprar.

A durabilidade é real e facilmente exagerada. Uma célula tem um orçamento de ciclos de programação e apagamento, e por célula esse orçamento é menor na QLC, porque bandas mais estreitas toleram menos o desgaste que cada apagamento deixa. Mas o número impresso em um disco não é por célula. É o total de escritas para o disco inteiro, portanto cresce com o número de células e com a capacidade retida em reserva, e um disco QLC grande pode ser anunciado para absorver mais escritas ao longo de sua vida do que um disco TLC pequeno. Compare esse valor anunciado com o que você escreve em um ano, e não com o tipo de célula de outro disco. Durabilidade e garantias dos SSD trata de como medir o que você escreve, e do que vale o valor anunciado como termo de garantia.

Por que um anúncio raramente lhe diz um ou outro

Nem um nem outro é publicado de forma confiável pelos fabricantes. O tipo de NAND e o projeto do cache faltam na maioria das páginas de produto e em quase todos os anúncios de venda, e faltam com frequência suficiente na ficha técnica para que a imprensa especializada os estabeleça por testes em vez de por leitura.

Eles também mudam. Um modelo pode ser revisado no meio da vida — outro fornecedor de NAND, outro controlador, a DRAM removida — e continuar sendo vendido sob o mesmo nome e a mesma referência, às vezes na mesma caixa. Os testes escritos antes da revisão descrevem um disco que já não é o que sai para entrega. O nome do modelo não é prova do que está na unidade que chegaria, e um anúncio que o repete também não é.

É por isso que, quando um anúncio não indica o tipo de NAND nem a presença de DRAM, deixamos o campo vazio em vez de deduzi-lo do nome do modelo. Um campo vazio registra o que o anúncio dizia. Não é uma afirmação sobre o hardware.

Como escolher um SSD coloca a capacidade, a velocidade e a interface em ordem, e cada SSD do nosso catálogo está em uma única página.