GRAÇAS AO QLC FLASH SEU PRÓXIMO SSD PODE SER MAIS LENTO

Nem sempre o mais novo é melhor. Recentemente, os fabricantes de SSD começaram a substituir velocidade e confiabilidade no interesse de aumentar o espaço de armazenamento em suas unidades. Protocolos como NVMe e PCIe estão ficando mais rápidos, mas alguns SSDs estão retrocedendo.

QLC Flash é o problema

Eis o motivo. Produzir unidades SSD é caro e poucas pessoas querem/podem pagar pelo menos R$500 por um SSD de 512GB enquanto pode-se adquirir discos rígidos mecânicos de no mínimo 2TB por valor relativamente menor. Capacidades de armazenamento maiores sempre são mais atrativas.

Os fabricantes de SSDs estão aumentando as capacidades de armazenamento e, ao mesmo tempo, mantendo os custos baixos – porém isso reflete negativamente no desempenho e resistência. Os SSDs grandes podem estar ficando mais baratos, mas há uma desvantagem acompanhando cada salto na tecnologia SSD. Atualmente é vísível a ascensão de SSDs Quad Level Cell (QLC), capazes de armazenar 4 bits de informação por célula de memória. O QLC não substituiu completamente os SSDs padrão, mas alguns discos que o utilizam chegaram ao mercado, e eles têm problemas.

Especificamente, os fabricantes de SSD precisam encontrar uma maneira de encaixar mais espaço nos chips NAND de mesmo tamanho (parte real de armazenamento de dados do SSD). Tradicionalmente, isso era feito com um encolhimento do nó do processo, tornando menores os transistores dentro do chip. Mas conforme diminui a Lei de Moore, inversamente proporcional deve ser sua criatividade.

A solução atual está no chip NAND de vários níveis, capaz de armazenar um nível de voltagem específico em uma célula por um período prolongado. O chip NAND tradicional armazena dois níveis – ligado e desligado. Isso é chamado de flash SLC e é muito rápido. Pelo chip NAND armazenar essencialmente uma tensão analógica, é possível representar vários bits com níveis de tensão ligeiramente diferentes, da seguinte forma:

O problema conforme mostrado acima, reside sobre ele aumentar exponencialmente. O flash SLC requer apenas tensão ou falta dela. MLC flash demanda quatro níveis de tensão. Oito níveis para o TLC.E no ano passado, onde o flash QLC tem chegado ao mercado exigindo 16 níveis de voltagem separados.

Isso traz muitos problemas, à medida que são adicionados mais níveis de tensão fica cada vez mais difícil separar os bits. Tornando o flash QLC 25% mais denso que o TLC, entretanto significativamente mais lento. Mesmo a velocidade de leitura não sendo muito afetada, a velocidade de gravação diminui. A maioria dos SSDs (usando o protocolo NVMe mais recente) atinge aproximadamente 1500 MB/s para leitura e gravação sustentadas (isto é, carregando ou copiando arquivos grandes). Mas o flash QLC gerencia apenas entre 80~160 MB/s para gravações sustentadas, apresentando-se bem inferior a um disco rígido decente.

Os SSDs com QLC sucumbem mais rapidamente

Todos os SSDs geralmente possuem resistência à gravação desfavorável em comparação aos os discos rígidos, principalmente os mais modernos como SAS. Sempre que gravar em uma célula num SSD, ela lentamente se desgasta. Ao apagar uma célula deve-se eliminar seus elétrons mas alguns ficam sempre por perto, ocorrendo de uma célula “0” fique mais próxima de “1” ao longo do tempo. Condição compensada pelo controlador, aplicando uma voltagem mais positiva ao longo do tempo, o que é bom quando você tem muita voltagem sobrando, entretanto o QLC não tem.

O SLC tem uma durabilidade média de gravação de 100.000 ciclos de programar/excluir (operações de gravação), o MLC entre 35.000 e 10.000, no TLC cerca de 5.000 mas o QLC possui míseros 1.000 ciclos. Tornando o QLC inadequado para unidades de acesso freqüente, como a unidade de inicialização, que recebem gravações com grande frequência.

Nota importante: Não compre uma unidade QLC para utilizar como a unidade onde terá instalado o sistema operacional. São bem pouco confiáveis sem a certeza que não irá se degradar em poucos anos. Recomenda-se o uso de uma unidade QLC com grande capacidade substituindo um disco rígido giratório e a utilização de uma unidade SLC, MLC ou TLC rápida como sua unidade de sistema operacional principal. Embora podendo ser ser um problema em notebooks por inexistir essa condição senão a utilização do recurso caddy, trocando o leitor de mídias por uma unidade sólida de armazenamento, mesmo assim o QLC ainda é muito novo e ainda não chegou a esses aparelhos.

Cache eficiente oculta esses problemas

Neste ponto, surge a pergunta por que o QLC é uma coisa quando objetivamente é mais lento e quebra muito mais rápido do que os outros tipos de flash. Obviamente não podendo comercializar explicitamente um retrocesso, os fabricantes de SDD descobriram uma maneira de esconder o problema – o cache.
Os SSDs do QLC dedicam uma parte da unidade a um cache. Ignorando o fator de ser o QLC e atuando supostamente como um flash SLC. Resultando num cache 75% menor que o espaço em disco real ocupado, mas será muito mais rápido.

Esses dados no cache podem ser gravados na mesma velocidade que outros SSDs topo de linha e então sendo lentamente liberados pelo controlador e classificados nas células QLC. Agora, quando esse cache está cheio o controlador precisa escrever diretamente nas células lentas do QLC, ocasionando uma queda considerável no desempenho durante gravações longas.

Preste atenção na análise abaixo executada pela Tom’s Hardware do Crucial P1 500GB, um SSD para computadores domésticos com chip QLC, exibindo o problema explicitamente:

A linha vermelha que representa a unidade Crucial P1 operando em velocidades sólidas de NVMe, embora um pouco lenta em comparação com algumas das unidaes mais avançadas. Então, depois de cerca de 75GB de gravações, enchendo totalmente o cache, a velocidade real do flash QLC é apresentada. Caindo para cerca de 80 MB/s, mais lenta que a maioria dos discos rígidos para gravações consecutivas.

O ADATA XPG SX8200 com tecnologia TLC apresenta as mesmas características, exceto o flash bruto do TLC após a queda ainda mais rápida. A maioria das outras unidades também emprega esse método de armazenamento em cache, pois acelera gravações rápidas e pequenas na unidade (que são mais comuns). Mas as gravações consecutivas são as mais percebidas – uma pequena cópia de arquivo demorar 0,15 segundos contra 0,21 segundos pode passar despercebida mas numa cópia grande exigindo mais dez minutos não tem como ser ignorada.

Mesmo podendo facilmente considerar isso como um cenário extremo, esse cache não fica com permanentemente com os 75GB. Conforme a unidade é preenchida, o cache é reduzido. Em relação aos testes da Anandtech, na linha Intel SSD 660p, mesmo com 128 GB de espaço ainda disponível o cache do modelo de 512GB é reduzido para apenas 6GB, quando a unidade está cheia.

O resultado disso é caso tenha ocupado o SSD e tentado instalar um jogo de 20 a 30 GB do Steam, os primeiros 6 GB gravariam no disco com extrema rapidez e então reduziria para as mesmas velocidades de 80MB/s nos arquivos restantes.

Embora provavelmente limitado pela velocidade de download neste exemplo, no caso de atualizações (que precisam obter e substituir os arquivos existentes, efetivamente exigindo o dobro do espaço), este problema seria muito mais aparente. Após concluir o download ainda teria que sempre esperar para então ser instalado.

Então a tecnolgia QLC deve ser evitada !?

Definitivamente as unidades com tecnologia QLC de 512GB (e até menores, uma vez que sua produção e comercialização seja mais barata), por não fazerem muito sentido. Serão plenamente ocupados muito mais rapidamente e o cache ficará menor quando estiver cheio, tornando-o relativamente mais lentos. Além de atualmente não serem muito mais acessíveis que os mais reconhecidos.

Apesar dessas deficiências, o flash QLC não é um grande transtorno quando olha-se para as unidades de maior capacidade. O modelo de 2TB do 660p detém um mínimo de 24GB de cache quando preenchido. Ainda sendo flash QLC, é uma troca justa aceitável para um SSD barato de 2TB funcionando muito rápido a maior parte do tempo.

Dadas essas capacidades gigantescas, os SSDs baseados em QLC podem funcionar como decente substituto para discos rígidos convencionais, desde que você efetuadas regulares cópias de segurança no caso dele pifar subitamente. Ideal para algo utilizado com pouca frequência mas precisa ser realmente rápido quando necessário, possuindo um cache SLC de tamanho decente, a maioria das operações de gravação contínua será razoavelmente rápida até a unidade ser totalmente preenchida.

[CONCLUSÃO]

Por conta dos problemas de confiabilidade, utilizá-lo como uma unidade de inicialização ou para qualquer coisa que seja gravada com muita frequência deve ser evitado.

Ainda aguardando mais avanços em outros aspectos da manufatura – chips flash mais baratos à medida que os nós de processo amadurecem, melhores controladores capazes de lidar com mais chips flash e, talvez outras tecnologias por completo. O flash QLC não irá se tornar padrão tão cedo, permanecendo atualmente apenas como outra opção. Apenas certifique-se que ao comprar uma unidade SSD, consulte as especificações técnicas prestando atenção ao tipo de memória flash utilizada em sua fabricação.