劣币淘汰良币,比起QLC更短命的PLC来了,你会买吗?

2020-12-22 21:48:54 125点赞 545收藏 146评论

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不知道大家第一块SSD是多大?花了多少钱购买呢?我用过第一块SSD是OCZ的60GB SSD,貌似是1200左右,那是借朋友的。自己花钱买的第一块是东芝的。

劣币淘汰良币,比起QLC更短命的PLC来了,你会买吗?

人生第一块SSD是东芝128GB的,现在看回去2013年拍的图片真烂啊。不过,这个SSD倒是坚挺,至今还在我媳妇的机器上面用,做个系统够了。

SSD构成基本上就是四个模块,NAND闪存、主控、缓存(不一定有)、固件,至于接口、协议这些属于同时代的标准,基本上在这个标准上面的都不会差到那里去。就好像,同样欧冠球队,皇马巴萨利物浦拜仁你一个都惹不起,但是分分钟巴塞尔、矿工之类的都够你喝一壶。

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个人理解,同样接口和协议的SSD,固件决定了其上限,NAND决定了下限。就等于天龙八部的乔峰,他的经验、战斗智商、内力都是上等的,不用丐帮的功夫,一套太祖长拳几乎打趴聚贤庄群雄;相反,内力不足的史火龙,强行练降龙十八掌反而搞到内伤。

简单来说,SSD的主控和固件固然重要,但是NAND的品质不仅仅影响速度还会影响寿命。

从SSD问世至今,NAND发展了好几代,从SLC、MLC、TLC到未来的PLC,简单来说就是成本、寿命不断往下走,同时SSD的容量上涨售价下降。

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打个比方,2012年的时候,Intel40GB SSD价格大约是850左右,也就是1GB的价格是21块;同样以Intel为例,现在512GB的价格就是400出头,一块钱不到。

部分品牌甚至是1.5TB不到800块,五毛钱不到就是1GB了。我单位有好几块,视频部的同事用了快两年一直稳妥。

容量提升,价格下降必然是科技发展的趋势,但是也涉及到现在主流的NAND颗粒改变的问题。

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不同的NAND颗粒外观是一样的,我们直接来看区别吧。

随着电子结构层数的增加,闪存写入时产生的电压变化也就逐级递增,其写入性能和可靠性也在下降。

SLC闪存每个cell单元可以存储1位电荷,总共就是有1x2=2组电压变化;MLC闪存每个cell单元可以存储2位电荷,总共就是有2x2=2组电压变化;TLC闪存每个cell单元可以存储3位电荷,总共就是有4x2=2组电压变化; QLC闪存每个cell单元可以存储4位电荷,总共就是有4x4=16组电压变化,控制起来复杂让写入速度变慢,可靠性也更差。而这次在闪存峰会上所展示的5bit/cell的PLC(Penta-levelcell)闪存,其存储密度比QLC更高,这意味着其对主控、电路设计的要求也更高,PLC闪存需要主控准确控制32路电压,挑战可谓是相当大。

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最初的SLC闪存的P/E寿命高达1万到10万次;而到了MLC闪存时代,其P/E寿命也还有5000~1万次的寿命。

可到了TLC时代就剩下3000次左右;至于QLC时代就更差了,只有500~1000次。因此正常来讲的话,性能&可靠性对比是SLC>MLC>TLC>QLC>PLC。

PLC闪存并没有什么实际的规格参数与性能体现,不过从如今QLC的情况来看,PLC闪存的情况也不会好到哪里去。

目前市场上销售的QLC SSD的产品性能指标看起来很不错,可一旦将外置缓存与SLC缓存写爆,QLC闪存的原始写入性能实际上连100MB/s都不到,这比HDD硬盘都不如,唯一的优点就是其随机读写性能依然秒杀HDD。

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说到TLC当然不得不说到缓存和SLC Cache。缓存的话,部分SSD有专门缓存的芯片。以WD BLACK SN750为例,这是一款nvme协议高速M.2,不过我今天不是跟你谈跑分。M.2 SSD可以让我们很方便看清楚芯片,最大的方形芯片是主控,长方形的两个是NAND颗粒,长方形更小的是缓存颗粒。

SLC Cache并不是物理芯片,甚至不是SLC NAND芯片。

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之所以称之为SLC Cache,是因为它并不是真正意义上的SLC NAND Flash,我们知道SLC NAND Flash因为每个Cell只存储1bit数据,所以读写速率全面领先MLC和TLC,TLC SSD里面配备的SLC Cache实际上是在既有的TLC NAND Flash里面划出一部分空间,在其中的每个Cell中只写入1bit的数据,以提升SSD的读写性能。

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TLC SSD会依据SSD本身的容量划分一定比例的空间用于实现SLC Cache,不同的SSD厂商算法不同,一部分SSD会选择划定专属空间来充当SLC Cache,而这部分空间只有当SSD实际使用容量超过SSD本身容量减去SLCCache之差后,就不再承担SLC Cache缓存义务,重新变成TLC区域,这样做的好处是SLC Cache专属区域只有实际使用容量超过临界值时才会被解散,在绝大多数没有达到临界值时,SLC Cache就可以全部参与为SSD读写加速,当然这样做也有坏处的,这块SLC Cache专属区域由于要面临最多数据量的读写,这块区域的P/E将会更快耗尽(SLC也有P/E)。

另外一部分SSD就选择了全盘动态划分SLCCache区域,SLC Cache的大小会随着SSD的实际使用容量而变化,这样SLC Cache的空间虽然无法得到保证,但是由于是均衡磨损,也不会对全盘NANDFlash的P/E过分消耗。

无论是专属SLC Cache还是动态全盘SLC Cache,这些SLC Cache实实在在能够利用模拟的TLC NAND空间加速SSD的读写性能。

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也许,大家会有兴趣了解一下自己的SSD到底有多大的SLC Cache,很简单。以三星、西数、浦科特三款产品为例。我们可以通过HDTUNE做一个写入测试。HDTUNE可以指定写入量,我们尽量选大一点的,然后我们看曲线在哪里下掉就可以估算出来了。

三款SSD都是采用TLC颗粒的,性能好的TLC颗粒通常都是使用SLC作为缓存。那么,我们在通过HDTUNE进行缓存外的性能进行测试。西部数据SN750测得其SLC缓存大小约为13GB,缓存外的写入性能大约为1700MB/s,读取则一直维持在3070MB/s左右。三星970 EVO Plus的SLC缓存大约为43GB,缓存外的写入性能同样也约为2590MB/s,读取性能则一直在近3000MB/s。浦科特M9PeG测得的SLC缓存最小,仅有9GB大小,且缓存外的写入性能也最低,大约为900MB/s;读取性能同样也是最低,一直在2000MB/s上下波动。

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再来看看采用全局Cache策略的昱联SSD,HDtune貌似最大只能设定60000MB的数据,也就是50多GB;也可能是我内存不够大的原因(32GB内存),可以看到,曲线几乎是直的,并没有掉速。

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而最近,Intel声称PLC颗粒的SSD的成本会低于HDD,也就是说固态硬盘会比机械硬盘便宜。这对于喜欢收集绅士电影的朋友或者有其他海量而重要性不大的数据的朋友来说,这绝对是好事。

甚至我们可以乐观地猜想,8TB的SSD一次买四块,扔到NAS里面乐逍遥。

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个人对于PLC颗粒是抱以开放式态度。一方面,我无法改变厂家的想法,就好像现在还能坚守MLC的基本上是靠库存(我手上还有两对256GB M.2接口的SSD,基本上淡定);一方面,成本低了,容量大了,写入量的压力也是降低了。

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写入量相当于一个官方的寿命指标,甚至部分厂家会写入保修条例之中。写入量的话,我们可以通过CrystalDiskinfo之类的软件查看,部分SSD不开放查看的另外说。

但是,官方肯定可以看到写入量。像上图一样,75TB写入量作为保修条例里面的一项,就是说,官方承诺的写入量就是150TB左右,超过写入量出现故障属于非保修范围以外。

过往128GB SSD的写入量多数是40TB左右,40TB数据写入到128GB的SSD中就是320次完整写入。上图的150TB写入量在250GB的SSD中就是614次,(注意1TB=1024GB,上述的仅仅是估算值,缺乏严谨性,仅作参考)

虽然说,我们现在的游戏、软件以及微信杂七杂八的缓存越来越大,但是我们整体的数据量还是有限的。有PB级别资料或者下载PB级别绅士电影的朋友仅仅是少数,多数人就是常规办公、在线影音为主,也就是说,大容量SSD一定程度缓解了写入次数的压力。

同时,算法必然升级,厂家也会把寿命控制在一个合理范围之中。过分担忧PLC寿命的,大可不必。


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