SSD TLC Và QLC: Sự Khác Biệt Là Gì?

Chúng tôi đã thảo luận về cách sử dụng bộ nhớ cache SSD để giảm độ trễ và tăng tốc độ truyền. Chúng tôi cũng đã giải thích sự khác biệt giữa SSD dành cho người tiêu dùng và doanh nghiệp đồng thời lý do tại sao chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng SSD doanh nghiệp (SSD Enterprise) để có hiệu suất bền vững.

SSD dành cho người tiêu dùng và doanh nghiệp là hai danh mục rộng lớn bao gồm nhiều cấu hình hiệu suất. Do sự khác biệt trong cách các nhà cung cấp kiểm tra và đánh giá sản phẩm của họ, việc mua hàng dựa trên các con số được quảng cáo là không đủ. Trong bài đăng hôm nay, chúng ta sẽ cùng khám phá cách các loại NAND ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và tại sao điều này lại quan trọng đối với quyết định mua hàng tiếp theo của bạn.

Các loại flash NAND

Dữ liệu bộ nhớ flash NAND được biểu diễn dưới dạng tín hiệu kỹ thuật số (bit) và được lưu trữ trên các ô nhớ flash NAND. Số bit được lưu trữ trên một ô xác định loại bộ nhớ flash được sử dụng. Single-level cell (SLC) chứa một bit trên mỗi ô. Multi-level cell (MLC) tăng gấp đôi dung lượng với hai bit trên mỗi ô. Triple-level cell (TLC) chứa ba bit trên mỗi ô, trong khi Quad-level cell (QLC) chứa bốn bit trên mỗi ô, cho phép dung lượng gấp bốn lần bộ nhớ flash SLC.

Kể từ khi SSD ra mắt thị trường, dung lượng đã tăng lên ngày càng lớn. Xu hướng hiện nay của ngành là giảm chi phí trong khi tăng dung lượng lưu trữ. Điều này đã dẫn đến sự phát triển của các ô nhớ có mật độ cao hơn trong khi dần dần tiếp cận (chưa đạt được) chi phí của ổ cứng truyền thống.

Việc theo đuổi các ổ đĩa rẻ hơn và lớn hơn đã dẫn đến sự suy giảm của các ổ SSD dựa trên SLC và MLC. TLC hiện đang là dòng chính và chiếm thị phần lớn nhất. QLC vẫn còn tương đối mới, nhưng chúng tôi hy vọng chi phí thấp của nó sẽ thu hút người mua, đặc biệt là vì nó thường được đề xuất như một giải pháp thay thế cho HDD.

Các ô nhớ NAND chỉ có một số chu kỳ program-erase (P/E) (chu kỳ ghi) hữu hạn trước khi chúng bị hao mòn. Việc đi sâu vào chi tiết nằm ngoài phạm vi của bài viết này, vì vậy chỉ cần biết rằng các ô mật độ cao có độ bền thấp hơn so với các ô mật độ thấp, ví dụ: MLC thường sẽ tồn tại lâu hơn TLC.

Mặc dù bạn có thể nhận thấy rằng MLC sẽ nhanh hơn TLC và TLC sẽ nhanh hơn QLC, các SSD mới chứa nhiều phương pháp tối ưu hóa giúp che đậy hoặc loại bỏ những khuyết điểm của NAND chậm hơn. 

Một ví dụ tuyệt vời về điều này là “SLC-caching”, trong đó các vùng không sử dụng của ổ đĩa sẽ hoạt động như NAND pseudo-SLC. Điều này cho phép hiệu suất rất tốt cho các khối lượng công việc ngắn hơn, theo kiểu bùng phát, như thường xảy ra đối với hầu hết các PC và môi trường máy tính khách hàng. Điều này có thể được nhìn thấy rõ ràng trong bài viết trước của chúng tôi về SSD dành cho người tiêu dùng và doanh nghiệp.

Có một ổ đĩa cho điều đó

Không giống như thị trường HDD đã phát triển, khi mua sắm SSD, bạn sẽ tìm thấy đủ thương hiệu và kiểu mẫu để khiến bạn lo lắng về sự lựa chọn. Điều chúng tôi sẽ xem xét hôm nay là mặc dù các ổ đĩa TLC dành cho người tiêu dùng và thậm chí cả QLC thường công bố các số liệu hiệu suất ấn tượng trên bề mặt, nhưng khi được kiểm tra dưới các tình huống thực tế, thì cấu hình hiệu suất thực sự của các ổ đĩa này mới được tiết lộ.

Chúng tôi đã chọn hai ổ đĩa phổ biến cho mỗi nhóm đối tượng mục tiêu, tổng cộng chúng tôi đã đánh giá hiệu suất của sáu ổ đĩa.

Nhóm	NAND	Độ bền	Giá
Datacenter Read-intensive/Entry-level	TLC	~0,75 DWPD	~0,30$/GB
Consumer Mainstream/High-end	TLC	~0,33 DWPD	~0,23$/GB
Consumer Lowest-cost	QLC	~0,1 DWPD	~0,16$/GB

Hiệu suất bùng nổ

Chúng tôi đang sử dụng CrystalDiskMark, một tiện ích phổ biến để đo lường hiệu suất ổ đĩa. Độ sâu hàng đợi (Q) và số luồng (T) cao hơn thường dẫn đến hiệu suất cao hơn, nhưng hầu hết các khối lượng công việc của người tiêu dùng chỉ liên quan đến độ sâu hàng đợi thấp. Cơ sở hạ tầng CNTT liên quan đến máy ảo và lưu trữ DB thường sẽ thấy độ sâu hàng đợi và số luồng cao hơn.

Đối với các bài kiểm tra truyền tệp, chúng tôi sẽ sử dụng AJA System Test, một công cụ được thiết kế chủ yếu để người tạo nội dung xác minh rằng hệ thống lưu trữ của họ có thể hỗ trợ nhập các luồng độ phân giải cao. Chúng tôi đặt nó để ghi tệp 64GB vào hệ thống và sau đó đọc lại. Đây vẫn là khối lượng công việc nhẹ nhưng sẽ đại diện cho người dùng di chuyển một tệp lớn xung quanh.

Trong các bài kiểm tra bùng phát ngắn, tất cả các nhóm ổ đĩa đều hoạt động rất tốt, như mong đợi đối với các loại điểm chuẩn tổng hợp này. Dựa trên các số liệu hiệu suất ở đây, bạn sẽ được tha thứ nếu bạn kết luận rằng bạn sẽ không thấy sự khác biệt nào trong việc sử dụng thực tế. Kích thước bộ nhớ đệm SLC lớn có nghĩa là ngay cả ổ đĩa QLC chậm hơn cũng hoạt động tốt.

Hiệu suất ở mức 65% công suất

Các bài kiểm tra trước đây được thực hiện khi các ổ đĩa còn trống. Điều này đã tạo điều kiện cho ổ đĩa có bộ nhớ đệm SLC động có nhiều không gian để hoạt động. Chúng tôi đã điền đầy mỗi ổ đĩa đến 65%, để chúng nghỉ một vài phút, sau đó tiếp tục sử dụng AJA System Test để tạo ra công việc ghi và đọc 64GB giống như trước đó.

So với khi hoàn toàn trống, ổ đĩa doanh nghiệp của chúng tôi thực hiện trong phạm vi sai số. Ổ đĩa TLC cho người tiêu dùng giảm một chút về hiệu suất đọc, trong khi vẫn duy trì tốc độ ghi tốt, không có gì đáng chú ý trong việc sử dụng hàng ngày. Không cần phải nói rằng sự hồi quy hiệu suất của nhóm QLC ở đây là rất đáng kể.

Kiểm tra toàn ổ đĩa

Chúng tôi đã sử dụng bài kiểm tra lấp đầy toàn bộ ổ đĩa để đạt được hiệu suất ổn định của các ổ đĩa. Bài kiểm tra này cũng cho thấy khối lượng công việc của ổ đĩa khi được sử dụng làm bộ nhớ đệm SSD trên NAS đang bận, vì chúng sẽ liên tục được lấp đầy dữ liệu được truy cập gần đây. Bài kiểm tra này sẽ làm cạn kiệt bất kỳ cơ chế bộ nhớ đệm SLC nào trên ổ đĩa vì nó không cho phép nó có thời gian để phục hồi.

Trong biểu đồ, trục ngang đại diện cho phần trăm dung lượng lưu trữ đã được ghi. Đồ thị đầu tiên là tốc độ trung bình thô cho các nhóm của chúng tôi. Đồ thị thứ hai hiển thị tốc độ dưới dạng phần trăm của tối đa trong bài kiểm tra này. Như dự kiến, các ổ đĩa dành cho môi trường doanh nghiệp nổi bật nhất ở đây. Các ổ đĩa TLC cho người tiêu dùng khởi động nhanh, nhưng nhanh chóng giảm tốc khi họ sử dụng hết bộ nhớ đệm của mình. 

Các ổ đĩa QLC thực sự được cấu hình với bộ nhớ đệm khá lớn, giúp chúng duy trì tốc độ nhanh lâu dài hơn. Tuy nhiên, nguyên nhân là để che giấu tốc độ ghi tuyệt đối kém khi bộ nhớ đệm đầy và NAND được ghi trực tiếp. Ở đây, chúng ta đang thấy tốc độ ghi tuần tự tồi tệ hơn cả ổ đĩa HDD.

Ngược lại, mặc dù các ổ đĩa doanh nghiệp chúng tôi sử dụng hôm nay chủ yếu là các mẫu cấp thấp và được đánh giá cho các công việc đọc nhiều, chúng vẫn có thể cung cấp hiệu suất ổn định liên tục. Các mẫu cao cấp (đắt tiền hơn) thường hỗ trợ tốc độ ghi cao hơn và xếp hạng DWPD cao hơn.

Kết luận

Điều quan trọng là luôn luôn phải kiểm tra kỹ lưỡng các số liệu hiệu suất được quảng cáo cho SSD. Phương pháp và điều kiện kiểm tra khác nhau giữa các nhà sản xuất, và đối với các ổ đĩa dành cho người tiêu dùng, thường chỉ là trong các công việc làm việc theo kiểu burst. Tuy nhiên, ổ đĩa SSD dành cho người tiêu dùng vẫn là sự nâng cấp hiệu quả chi phí để tăng tốc độ đáng kể cho PC hoặc lưu trữ NAS so với ổ đĩa HDD.

Tuy nhiên, hãy lưu ý rằng khi bạn bắt đầu áp dụng khối lượng công việc nặng và kéo dài hơn cho chúng, hiệu suất sẽ giảm, đôi khi là giảm đáng kể. Các ổ đĩa QLC là lựa chọn tuyệt vời cho mục đích của chúng, tức là, ổ đĩa chi phí thấp để thay thế HDD trong các công việc tập trung vào đọc dữ liệu. Mặc dù hiệu suất cao nhất có thể sánh kịp ngay cả với các ổ đĩa dựa trên TLC cao cấp, nhưng hiệu suất của chúng trong các tình huống ổn định để lại nhiều điều muốn chú ý. 

Không giống như việc sử dụng nhanh chóng NAND TLC trong cả ổ đĩa người tiêu dùng cao cấp và ổ đĩa doanh nghiệp, trừ khi hiệu suất QLC trong trạng thái ổn định cải thiện đáng kể, chúng tôi không thấy chúng sẽ trở thành một sự thay thế cho TLC trong thời gian sớm.

Đối với việc sử dụng trong một NAS, bạn có thể thấy tại sao chúng tôi luôn ủng hộ việc chỉ sử dụng các ổ đĩa cấp doanh nghiệp. Ngoài việc được đánh giá về độ bền cao, tính nhất quán về hiệu suất là rất quan trọng, đặc biệt là khi bạn cung cấp lưu trữ cho các máy ảo và cơ sở hạ tầng quan trọng khác. Không có chỗ cho hiệu suất biến đổi dựa trên khối lượng công việc.