我們都冤枉QLC了!看完秒懂

由於去年NAND快閃記憶體價格由漲轉跌,SSD價格也應聲下滑,240/256GB容量的SSD甚至可以做到199塊,500/512GB容量的也能做到400塊以內,再也不需要用120GB容量的SSD硬碟緊巴巴地湊合用了。

隨著今年QLC快閃記憶體的量產,NAND快閃記憶體的價格預計還會再跌50%,年底普及1TB大容量SSD有戲了。

在2019年,QLC快閃記憶體預計會占到市場產能的1/3左右,雖然還不會取代TLC的地位,但是今年QLC快閃記憶體勢必會在市場掀起一場波動。

因為份額不斷增加的同時,大家對QLC以及佔據主流地位的TLC快閃記憶體其實還有不少誤解,以訛傳訛的資訊會誤導不少小白玩家,比如我們之前文章中的評論區就有很多玩家對NAND快閃記憶體有諸多誤解,我們今天就打算著重給大家談談這些誤解了。

誤解1:QLC快閃記憶體P/E壽命只有500次,所以可靠性差?

 

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圍繞QLC快閃記憶體爭議最大的就是可靠性問題了,因為很多人瞭解過NAND快閃記憶體原理之後就知道NAND快閃記憶體有SLC、MLC、TLC及現在的QLC快閃記憶體了,這幾種快閃記憶體基本的特色及優缺點大家也多少瞭解一了。

正常來說性能&可靠性是SLC>MLC>TLC>QLC價格的話則是反過來QLC最便宜,SLC快閃記憶體是最貴的,所以目前SLC快閃記憶體基本上消失了,不論消費級還是企業級應用中都少見SLC快閃記憶體了。

由於技術原理所致,QLC快閃記憶體確實存在先天性的可靠性降低問題,具體到指標上就是P/E擦寫次數不斷下降,SLC快閃記憶體的P/E壽命高達1萬到10萬次,MLC快閃記憶體之前也有5000~1萬次的壽命。

到了TLC時代就剩下3000次左右,QLC更差,是500~1000次,所以大家就會認為QLC的可靠性很差了。

對於P/E次數,很多人並不瞭解的是P/E次數並不是固定的,隨著技術的提升及NAND快閃記憶體的改進,P/E次數是會變化的,而且是往好的方面提升,壽命是會增加的。

QLC快閃記憶體500次的說法最早源於前幾年東芝QLC試驗中的資料,不過去年美光發佈企業級QLC硬碟時,給出的P/E次數是1000次。

 

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退一步說,即便QLC快閃記憶體真的只有500次P/E壽命,以1TB容量的硬碟為例,每天日常使用的寫入量大概是20GB,再誇大一點算作50GB,寫入放大率也往大了算,算作2.0,那麼1TB容量的QLC硬碟可以使用的時間=500×1000/(2x50x365)=13.7年。

對寫入量多的人來說再翻倍到100GB每天,那麼也能用7年左右,這已經遠遠超過普通SSD硬碟的質保時間了。如果是2TB的SSD,那可用時間更是要翻倍了。

只算P/E次數的話,其實500次已經足夠很多人用了,別說現在的QLC實際能達到1000次水準了。不過大家擔心的問題除了P/E次數,還有就是寫入大半容量之後,SSD掉速以及空間不足導致的頻繁擦寫特定區域的問題。

誤解2:如果已經寫入80%固定檔,是不是剩下的20%會被不斷擦寫從而提前損壞?

 

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坦白說,都2019年了還有人擔心SSD硬碟會笨到“”逮住一隻羊薅羊毛,這種觀念還真讓人有點意外。

因為早在SSD硬碟發展初期,這個問題就被主控、演算法解決了,這麼多年不再重複提及是因為耗損平衡(wear-leveling)早已經是SSD硬碟的基礎功能了。

即便你寫入了80%容量的資料,剩下的20%空間也不會頻繁被寫入資料,SSD主控依然會將資料輾轉騰挪,保證每個快閃記憶體核心都是差不多的寫入次數

耗損平衡也會分為不同的技術類別,有靜態耗損平衡、動態耗損平衡之分,其中靜態耗損平衡效果是最好的,不過具體使用哪種方案看主控的選擇了。

與之類似的還有垃圾回收、TRIM、壞塊管理、錯誤糾正(之前用ECC現在多是LPDC)等等,這些技術早已經成為SSD硬碟的基本能力,資歷老的玩家可能還記得SSD硬碟以前連支援微軟TRIM都不一定做到,但是現在幾乎沒有不支援TRIM的SSD硬碟了。

誤解3:QLC實際壽命可能不到理論三分之一,廠商標稱的P/E次數會坑人?

 

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前面已經算過了,即便是500次P/E壽命,實際上也是足夠用很多年的,但是在大部分人的眼裡,商業公司為了騙人是什麼敢說的,萬一他們說的P/E次數是坑人的呢,實際值不到理論值1/3的話,那我們豈不是要被騙了?

這個朋友的擔心不無道理,廠商為了利益有騙人的動機,但是另一方面廠商如果在這些資料上造假也會面臨嚴重的法律後果,所以不要動不動就陰謀論。

實際上廠商公佈出來的P/E壽命是他們承諾的最低值,遠不是NAND快閃記憶體的真正壽命,換句話說真正的壽命只會比標稱P/E值更高,有的時候還會高出很多。

SSD硬碟的實際P/E壽命高於標稱值早就不是新聞了,前幾年就有過很多類似的測試了,在20nm MLC時代,Anandtech網站就以英特爾335系列SSD為例做過測試,當時標稱的P/E值大概是3000次,實際模擬測試之後P/E次數超過6000次了,而且SSD依然在正常使用中。

影馳公司前不久也公佈過一項測試,他們在One系列240GB硬碟上做的耐久度測試達到了715.5TB,換算下來P/E次數達到了大約3000次,這是一款3D TLC快閃記憶體的硬碟,標稱P/E次數大概是2000次左右,壽命高出50%以上

誤解4:QLC快閃記憶體會取代TLC,TLC/MLC快閃記憶體消失

 

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從之前的發展過程來看,MLC快閃記憶體取代了SLC快閃記憶體,TLC快閃記憶體也取代了MLC,現在已經是市場上份額最高(超過50%了)的NAND類型,現在QLC快閃記憶體出現了,很多人認為QLC快閃記憶體會取代TLC快閃記憶體,以為也會重複這個過程,但實際上並不是,QLC快閃記憶體即便大規模應用了,也不會取代TLC快閃記憶體,更不會取代MLC快閃記憶體

這是QLC快閃記憶體的特性決定的,我們之前的文章中已經解釋過了,NAND廠商目前對QLC快閃記憶體的定位是取代HDD機械盤,而非TLC快閃記憶體。

大家可以注意下,不論美光、英特爾還是東芝、西數,首發QLC快閃記憶體的時候都是把QLC快閃記憶體用於企業級市場的,消費者反而是後推出的,這點跟之前並不一樣。

這次之所以有這樣的變化,就是因為NAND廠商把QLC快閃記憶體的硬碟定位於大容量資料盤,取代的是企業級中HDD硬碟的地位。

 

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如上圖所示,企業級、資料中心市場對硬碟陣列的容量、性能、功耗乃至空間的要求夠很高,如果是HDD硬碟,需要12塊8TB硬碟才能組成100TB級別的陣列,多盤並行的速度有3000MB/s,但是隨機性能就只有2K IOPS,待機功耗高達96W,而且12個硬碟佔據的空間也很大。

一旦換成QLC快閃記憶體,單盤容量就可以做到100TB(暫時還不行,但未來一兩年就可以了),速度也有3000MB/s,而且隨機性能高達50K IOPS,是HDD硬碟的25倍,同時功耗低至0.1W,佔用空間也會大大減少

這只是一個例子,但已經說明了QLC硬碟的定位,那就是取代HDD硬碟而非TLC/MLC硬碟,因為QLC的容量、成本是其最大優勢,連續性能不一定比HDD高很多,但隨機性能依然是秒殺HDD硬碟的存在。

未來消費級市場上也是如此,QLC快閃記憶體可以輕鬆作出廉價的大容量資料盤,由於先天特性限制,QLC硬碟的寫入速度不會很高,非緩存狀態下真實寫入性能可能也就100-200MB/s,沒比HDD好多少。

但隨機性能依然遠勝HDD硬碟,而且容量也達到4TB以上,日常使用中用作資料盤也足夠了,擔任系統磁片的則是PCIe通道的MLC或者TLC硬碟,也就是說未來大家的硬碟系統是QLC、TLC/MLC共存的,不是取代,而是互相協作,發揮各自的優勢。

誤解5:SSD硬碟一代比一代爛,性能在倒退?

 

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從SLC、MLC到TLC、QLC,由於技術原理的限制,不同類型的快閃記憶體性能、可靠性確實是在下降的,但是綜觀SSD硬碟以及NAND快閃記憶體這10年來的發展,不說容量越來越大,性能、可靠性、性能實際上是在不斷提升的,這聽上去讓部分玩家不滿意,但這是事實

從SLC到QLC,這些升級過程其實是不同類型的選擇,並不能稱之為技術上的倒退,大家更應該看到的是當年做SLC是因為當時的技術限制只能做到SLC的水準,技術不斷進步了才有可能做出來MLC、TLC再到今天的QLC。

QLC在容量增加、成本降低的同時,技術上的缺陷就是性能(相對)降低了,但是絕對性能是在不斷增長的

舉例來說,五年前三星的主流SSD還是840 Evo,使用的是19nm TLC快閃記憶體,最低容量120GB,讀取速度520MB/s,寫入速度410MB/,隨機性能是94K IOPS、35K IOPS。

如今SATA產品中,三星的新品是860 QVO,使用的是QLC快閃記憶體,最低容量都是1TB,讀寫速度550/520MB/s,隨機性能97K、98K IOPS,而且起價也在120美元左右,算算這個提升是多大吧。

 

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當然,SATA硬碟因為介面限制,讀寫性能是沒提升空間了,如果考慮到NVMe硬碟,三星970 PRO系列的硬碟讀取速度都達到3.5GB/s,寫入也有2.7GB/s,370K、500K的隨機性能更強大,性能比五年前的高端SSD強得多了

對普通人來說,這麼多年來NAND最大的變化實際上是讓大家能夠承受得起容量越來越大SSD硬碟了,從當初核心容量32Gb到現在的512Gb甚至1Tbi,SSD的單位容量成本急劇下降,之前每GB價格高達10美元以上,現在每GB大概是0.1美元了,國內差不多是1元/GB了,部分產品甚至能做到每GB不到7毛錢,白菜價了

總結:NAND快閃記憶體可靠性不是單一原因所致

對於NAND快閃記憶體的可靠性問題,這其實是個非常複雜的話題,多年來業界一直在討論SSD可靠性問題,SLC/MLC/TLC/QLC的類型區別確實是個主要因素,但可靠性從來不是單一因素所致的。

說MLC比TLC可靠、TLC比QLC可靠需要站在同一基礎上,但現實情況中真正影響NAND快閃記憶體可靠性的因素多了,原片、白片、黑片導致的差異其實比SLC/MLC/TLC/QLC大多了。

有關原片、白片、黑片的話題也是爭議很多了,這三者的區別簡單來說就是NAND廠商品質控制要求不同的區別,原片有複雜、嚴格的測試流程保證品質。

但是價格肯定是最高的,白片價格便宜30%以上,但品質可能有瑕疵,也可能運氣好不會遇到問題,而黑片就更沒法保證了,但是因為淘汰的邊角料更便宜,成本極低。

總之,今天說了這麼多,主要是針對大家在NAND快閃記憶體認知上的一些誤解做個解釋,不論是TLC快閃記憶體還是QLC快閃記憶體,都經歷過有關性能、可靠性及價格上的長期爭議。

如今QLC快閃記憶體受到質疑只不過是在重複當年TLC快閃記憶體剛問世時的遭遇而已,並不新奇,希望大家不要被單一因素迷惑了。

 

消息來源

我們都冤枉QLC了!看完秒懂” 有 6 則迴響

  1. 個人是覺得這種計算方式實在太過於理想化,比較正常的懶一點的使用者應該是,如系統碟就保證會有系統與應用程式幾乎永久的占據一定空間,然後剩下空間的就塞滿一堆東西後再行清理。
    除非是SSD買遠大於習慣使用的量,否則正常一定會有一堆是長年不動的,然後在一般精打細算下,空間是容易處於一種尷尬要滿不滿的清況,而檔案的分布存取更是不可能剛剛好,因此一些暫存檔的存取根本可以當成一天至少一次的狀況,依照個人的情形不同還可以有更好或更糟的情況。

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