SLC-välimuisti: NVMe SSD -levyjen käyttö ja ominaisuudet

SLC-välimuisti

Yksi viime kuukausina eniten kuullut NVMe SSD -levyjen suorituskykyyn viittaavista termeistä on SLC-välimuisti. Siksi olemme laatineet tämän artikkelin sinulle, jotta voit ymmärtää, miten se toimii ja mitä etuja se tuo suorituskykyisten SSD-asemien suorituskykyyn.

NAND Flash -tekniikkaan perustuva tiedontallennus on johtanut paradigman muutokseen useilla tietojenkäsittelyn aloilla, kämmenlaitteiden muistikorteista NVMe SSD: t PC:illä. Juuri jälkimmäisessä tapauksessa yksi historian historiallisista pullonkauloista on eliminoitu, koska sillä ei ole rajoituksia perinteisten kiintolevyjen pääsyviiveen ja kaistanleveyden suhteen, mutta täydellistä 100 %:sti toimivaa tekniikkaa ei ole olemassa ja aina löytyy. tekijät, jotka painavat sitä ja pakottavat insinöörit etsimään ja toteuttamaan ratkaisuja.

NAND Flash ja muistisolut

Tipos Celda NAND Flash SLC TLC MLC QLC

NAND Flash-muisti on eräänlainen NVRAM tai haihtumaton RAM, tämä tarkoittaa, että sen toiminta on sama kuin perinteisen RAM:n, mutta sillä erolla, että sen tiedot eivät katoa, kun järjestelmä lakkaa vastaanottamasta virtaa. Kompromissi tämän kyvyn saamiseen on rajallinen määrä muistikirjoituksia sen elinkaaren aikana. Vaikka suorituskyvyn edut tallennustilan käytön suhteen ovat sen arvoisia, ei turhaan, jokainen tietokonejärjestelmä on vain niin nopea kuin sen hitain osa, joka on yleensä tallennustila, jättää sen pois.

Jokainen RAM-muistin muistibitti on tallennettu niin kutsuttuihin muistisoluihin ja ensimmäisiin NAND Flash -muisteihin, joita käytetään SSD tallennustilaa, yksi bitti per solu käytettiin, mikä teki varastoinnista erittäin kallista. Ratkaisu? Että jokainen solu voi sisältää 2 bitin dataa ( MLC ), 3 bittiä ( TLC ) tai enintään 4 bittiä ( QLC ). Lisätty ongelma? Mitä enemmän bittejä solua kohden, sitä nopeammin ne hajoavat ja siten vähemmän käyttöikää. Pidä tämä mielessä, koska se on perusta SLC-välimuistin ymmärtämiselle.

TLC- ja QLC-solut eivät vain heikkene kestoltaan

NVMe SSD -asema

Kun olet saavuttanut tämän pisteen, monet teistä ajattelevat, että MLC-, TLC- ja QLC-tyyppisillä NAND Flash -muisteilla on enemmän tallennuskapasiteettia, vaikkakin lyhyempi kesto, mutta niiden kaikkien kaistanleveys on sama ja siksi. solun tyyppi ei muuta suorituskykyä. No, kerrotaanpa teille, että huonot uutiset eivät lopu tähän, vaan että myös pääsynopeus heikkenee.

Kun prosessori tekee pyynnön päästä NVMe SSD:n muistiosoitteeseen, sen vastaanottaa flash-ohjain, joka etsii tiedot muistista lähettääkseen sen PCI Express- tai SATA-liitännän kautta riippuen siitä, kumpaa käytät. yksikköä, mutta salamaohjain käyttää laitteen NVMe-siruja suoraan käsitelläkseen sen tietoja eikä tee sitä mainitsemiemme liitäntöjen kautta.

Tapa tallentaa tiedot NAND Flash -muistiin tapahtuu jännitteen muutoksilla, SLC-muisti tarvitsee vain 1 jännitteen, MLC vaatii 3 , mutta TLC menee siihen 7 ja jos menemme QLC:hen, asia menee siihen 15 . No, mitä suurempi luku, sitä kauemmin luku- ja kirjoitustoiminnon suorittaminen kestää. Ja milloin tämä alkaa olla ongelma? No, TLC-muistista ja jos katsot NVMe SSD -yksiköiden määrää kaupoissa, näet, että ne kaikki käyttävät näitä soluja ainakin tänään.

Ratkaisu: SLC-välimuisti

SLC-välimuisti NVMe
Ensimmäinen asia, joka on pidettävä mielessä, on, että SLC-välimuisti ei ole sama kuin DRAM-välimuisti, joka on myös joissakin NVMe SSD -levyissä, koska emme puhu haihtuvasta muistista, joka on flash-ohjaimen ja PCI-liitännän välillä. Express sama, koska SLC-välimuisti on myös DRAM-Less-yksiköissä. Yleisesti ottaen, vaikka on poikkeuksia, jotka näemme myöhemmin, kussakin NVMe-sirussa on kahdenlaisia ​​NAND Flash -muistia:

  • TLC- tai QLC-muisti tietojen tallentamiseen
  • Paljon pienempi SLC-muisti, joka toimii välimuistina.

Ensimmäinen asia, joka meidän on ymmärrettävä, on, että välimuisti ei ole muuta kuin muisti, joka on paljon lähempänä prosessoria ja siten pienemmällä viiveellä, joka tallentaa tietoja tilapäisesti. Jos tarkastelemme sitä, mitä olemme sinulle kertoneet, meillä on seuraavat tilat:

  • SLC-kennoilla on paljon pidempi käyttöikä kuin TLC:illä ja jopa pidempi kuin QLC:illä, joten niiden hajoaminen kestää paljon kauemmin.
  • SLC-solujen pääsynopeus on paljon suurempi.

Ratkaisuna on siis se, että tiedot siirretään väliaikaisesti SLC-muistiin, joka toimii puskurivälimuistina, jolloin datan kopiointimekanismi muuttaa sitten TLC:n muistiosoitteita.

SLC-välimuistin suorituskyky

SLC MLC TLC-välimuisti
Pääsemme tärkeimpään kohtaan, SLC-välimuistilla on kiinteä koko ja tämä tarkoittaa, että jos käytämme sitä pienten tietojen lähettämiseen tai vastaanottamiseen, sen suorituskyky säilyy, mutta jos esimerkiksi haluamme tehdä peräkkäisen kopion tiedoista erittäin suuren tietolohkon muodossa heti, kun SLC on täynnä, suorituskyky laskee.

Tästä syystä, vaikka meillä voi olla käsissämme kaksi NVMe SSD:tä, joilla on sama tallennustila, käyttöliittymä ja jopa solutyypit, eli käytännössä samat, niillä voi olla täysin erilainen suorituskyky. Syy? Ilmeisesti SLC-välimuisti, jonka koko voi vaihdella.

SLC-välimuistia ei käytetä vain tietojen tallentamiseen peräkkäisellä pääsyllä, vaan myös satunnaisesti, ja on otettava huomioon, että ohjelmat hakeessaan tietoa tekevät sen suurella rekursiolla ja rajatussa tietolohkossa.

SLC-välimuistityypit

Tipos Caché SLC
SLC-välimuistia voi hallita kahdella tavalla, mikä riippuu valmistajan flash-ohjaimeen toteuttamasta algoritmista. Pikemminkin se viittaa siihen, kuinka paljon tilaa siinä voidaan varata väliaikaiseen varastointiin.

  • Staattisessa välimuistissa tallennustila on kiinteä, eikä sen koko voi vaihdella.
  • Dynaamisessa välimuistissa varattu koko on muuttuva.

Kuinka dynaaminen välimuisti on mahdollista, jos SLC-solujen määrä on kiinteä? Ongelmana on käyttää NVMe TLC -soluja ikään kuin ne olisivat SLC:itä, eli saamaan ne tallentamaan yhden bitin kuhunkin kolmen sijasta. Joten jotkut NVMe-sirut jakavat osan tallennustilasta välimuistiksi.

Dynaamisen välimuistin etuna on, että SLC-välimuistin koko ei ole loppunut, mutta on olemassa vaara, että yhä useampia TLC-soluja ei enää käytetä tallentamiseen, mikä vaikuttaa tämän kokonaiskapasiteettiin tallentaa tietoja. Tästä syystä useimmat dynaamiset SLC-välimuistijärjestelmät käyttävät järjestelmiä, jotka rajoittavat tämän enimmäiskokoa laiteohjelmiston kautta.