SSD新范式|“真香”定律又开始发挥作用了

时间:2022-11-02 12:09:14

   1 QLC已非昔日吴下阿蒙

  现在,如果只给您一个参数表,您能判断一款SSD采用的是TLC还是QLC的闪存吗?

  您可能会说,悬,因为参数可能是虚标的啊。

  呃,先不说参数虚高的问题,疑似低标的情况您见过吗?以前我还能通过TBW来大致估计是啥介质,但后来我发现有些TLC SSD的TBW标的比QLC的还要低。毕竟TBW代表的是保修政策和产品定位,而不一定是真实的实力(P/E、OP等),厂家为了降低产品的售价,或者拉开跟其他产品线的档次,故意降低保修承诺合情合理。至于有没有可能标称较低的TBW是为了方便将来悄悄地混卖QLC版本,更没法讨论了。

  那么,让您看测试数据呢?CrystalDiskMark、HD Tune Pro这种常见的测试软件。

  有些人的答案可能是能。但如果真的把这几个软件的测试结果隐去产品型号摆在面前的话,说实话,答案是:不能。因为,由于有SLC Cache的加持,尤其是Cache容量大的情况下,快餐测试是很难看到最底层的介质性能差别的。

  譬如去年上市的某一款SSD,在明知采用QLC介质的情况下,在HD Tune Pro里将文件长度设为200GB,居然,持续的写入速度足够吊打多数的TLC SSD。那就随手给这个盘里拷进去一百多GB文件再测,呃,还是没探到它的底线。有技术常识的人这时候就应该怀疑这个盘可能采取了全盘模拟SLC的策略。

  当然,我要找到它的底线并非难事,换个测试软件就行。如果您非要我用HD Tune Pro这样的常用软件来挑战它,我只能再多拷些数据进去试试,譬如300GB。但这个时间成本可就有点儿高,假设这些数据全部从HDD上拷过去,那少说半小时到一小时的时间就没了,更长时间也不意外,中间应该去吃顿饭的。或者,在电脑前守着,在SSD上原地复制。

  这前期准备工作的时间成本,怎么有了我们测企业级SSD时的感觉?说好的快餐测试呢?

  重点是,真实使用中,有多少人会连续往消费类SSD写入100GB数据?恐怕只有偶尔“搬家”的时候这样干吧。

  至于为什么要准备300GB甚至更多的数据,因为那个盘是2TB的,如果真的是全盘SLC,那四分之一也得500GB啊。其实我也不确定先填300GB够不够,有机会重来的时候再说了。

  顺便说一下,这款2TB SSD,现在,2022年8月,在电商平台上的价格已经低于1000元人民币。

  真香……

   2 QLC SSD市场规模走到爆发点

  先看下图一组IDC今年的预测,2022年开始,到2023年,QLC SSD在消费市场的份额将连续倍增。2022年预计占有20%的市场份额,2023年达到40%,到了2024年,那就是过半壁*了。此前一直低调的QLC SSD转眼就要成为主流,这可不是厂商强迫用户进行过渡(毕竟没人停产TLC产品啊),而是源自于实打实的技术进步和需求匹配。  

SSD新范式|“真香”定律又开始发挥作用了

  回顾一下历史,首批QLC SSD进入消费市场是在2018年,如Intel 660p和三星860 QVO,分别是M.2 NVMe和2.5英寸SATA的代表。当时市场对它们的评价是价格不够便宜,与自家的TLC产品拉不开差距,如果考虑到品牌溢价的问题,它们甚至比一些二线品牌的TLC产品贵。其次是缓外性能确实不够理想,其中包括Cache策略(容量)的问题,也包括早期介质优化的问题。再一个问题就是耐久度,当初盛传QLC的P/E只有TLC的十分之一或更低,也就是几百次甚至只有几十次的水平——从最坏的情况角度假设,这也太吓人了,毕竟数据即使不是无价的,也没有必要担惊受怕啊。

  回想TLC SSD在2012年进入市场的时候,面对的问题和舆论是类似的,当时宣称非MLC不看的也大有人在。但实际上,到了PCIe 4.0时代,MLC SSD就后继无人了。由于恰逢3D NAND生产工艺和NVMe主控普及,到2016年后,主流TLC SSD的性能完全可以吊打平面NAND时代的巅峰MLC SSD,MLC介质的3D堆叠之路发展到64层后,就此淡出。时至今日,TLC/QLC介质已经堆叠到23x层了啊。

  历史是螺旋上升的,类似丑小鸭变白天鹅的故事发生在QLC SSD身上,不必意外,就是时候到了。

   3 QLC,凭什么?

  现在是QLC进入市场的第四年,QLC SSD的性能未必能达到吊打几年前TLC旗舰的程度,不过倒也足以跟中档价位的TLC SSD匹敌。这个事实已经可以用测试来证明。

  随着时间的推移,大家对QLC耐久度方面的歧视有所改善。QLC在性能和耐久度方面的根本性困难是电压状态多达16个,分的很细,正确地读取或建立指定的状态难度更大了。一旦错误太多,对应的单元就不能继续使用。但错误率是可以通过ECC等纠错手段降低的,随着控制器性能的增强,纠错能力也有机会提升,相应的也就降低了对介质磨损的要求,变相提升耐久度。  

SSD新范式|“真香”定律又开始发挥作用了

  其次,NAND Flash生产商早期的预判可能偏保守,随着时间推移,行业内对QLC的P/E标定已经普遍提升到1000次的级别,与TLC初入市场之时的预期处于相当的数量级。

  其三,随着QLC在企业级、数据中心市场获得批量应用,其性能和耐久度方面的形象是有所提升的。以上三条是层进的关系,其中也包含了许多介质以外的因素影响,具体的细节我们安排在未来的文章中详细展开。

  俗话说,一白遮百丑,对于SSD,那就是容量可以解决很多问题,毕竟它的天职是存储——还有什么比存储容量更重要的呢?对于性能,大家都知道,入门容量的SSD肯定性能不佳,因为介质有限,通道数量就有限,不论是吞吐量还是并发能力都不甚理想。对于TLC SSD,入门容量是240/256GB,性能不高也就罢了,还很容易出现满盘掉速的问题。除了垃圾回收算法的原因,主因就是空闲容量紧张后,SLC Cache的容量偏小。QLC SSD的起始容量基本上都达到512GB,长期使用中因为剩余空间不足而导致掉速的概率相对也会降低。另外,由于初代的QLC SSD的缓外表现实在太难看,现在的大容量QLC SSD在SLC Cache方面确实也“大方”了许多,不论是SLC Cache的最大容量,还是最小容量都比多数TLC SSD大,甚至最小容量比部分TLC SSD的最大容量还要大。这就导致文初的那一幕,如果不刻意安排测试,一般使用或者快餐式测试是无法感知的。

  简单说,容量大=预期性能较好是大概率成立。容量大,还可以转化为寿命的价值,这个无需赘述。

   4 QLC SSD的机会在哪里?

  当然是性价比!在性能、耐久性满足需求的前提下,我们就可以看看性价比了。

  对于OEM市场,整机的用户选择容量为256GB的配置时,对存储子系统的性能不会有任何期待。512GB是比较主流、平衡的配置,这个区间的用户可能会在意TLC或QLC的区别,如果混用二者,可能会导致客诉。如果整机提供1TB容量机型供选择,用户的感受可能是“一步到位,不折腾”。随着介质密度提升,单die容量正在逐步向512Gb、1Tb发展,256GB SSD的成本差异缩小,性能不足,入门机型的采用512GB的比例会增大,1TB有望成为主流机型的新卖点。

  对于零售市场,用户的选择更为主动和广泛。1~2TB的容量比较适合体现QLC SSD的优势。1000元左右,可以买到旗舰性能的、容量1TB的TLC SSD,或者,中档性能的、2TB的QLC SSD。要性能还是容量呢?当然,我们还可以增加纠结的选项,譬如加几百元,买2TB的中上游性能的TLC SSD,或者索性省几百元,买1TB的普通TLC SSD,这种属于在容量和预期寿命当中的纠结了。

  与MLC介质的发展之路停滞不同,当前QLC和TLC介质的发展共享同样的技术红利,甚至二者的介质是相同的,只是设置为哪种模式的区别。二者的介质成本之比(3:4)会长期稳定,前者的价格做到后者的8折左右是合理的——这个差价似乎并不那么令人激动。既然TLC全面取代MLC的故事不会在QLC身上重演,QLC SSD的机会在于率先达到某个心理点位(譬如2TB低于1000元)。

  额外的机会来自于第二盘位,或者叫副盘。随着PCIe 4.0/5.0平台在个人电脑系统中的普及,PCH的规格增强,主板上提供第二个甚至第三个NVMe M.2的配置开始变得普遍。笔记本电脑提供第二个M.2接口相对较早,但通常是优先考虑为2242规格WWAN卡预留,可能只能支持SATA的M.2 SSD。2020年后的笔记本电脑支持第二NVMe盘位的情况逐步增加,游戏类、工作站定位的机型开始普遍提供2个甚至3个M.2,部分还支持2280规格。对于副盘而言,性能和耐久性通常并不重要,容量才是重点。甚至,由于副盘可能有性能限制(如可能只提供PCIe x2通道,或者顾虑发热量等),且确定是低写入量(存放大容量游戏,存放素材、照片、视频等),从消费心理上,部分用户可能厌恶为性能和寿命支付额外的成本——这种高度理性的用户很清楚自己的需求,企业级/数据中心市场中的QLC SSD种子用户就是如此。

  反过来,如果在有限的盘位中追求尽可能大的容量,是否QLC甚至未来的PLC会更有优势呢?答案是肯定的。

   结语

  在PCIe 3.0和4.0平台共存于市场的当下,SSD的性能、价格档次被拉开了很宽的距离。这意味着用户的细分需求可以得到很好的满足,也给了QLC SSD切入市场的空间。即使要将TLC SSD和QLC SSD对立起来,从田忌赛马的角度,QLC SSD已经有了成为中马的资格。借助大容量的优势,甚至获得新一代的控制器的助力,QLC SSD收割中低端TLC SSD的市场份额是顺理成章之事,这是阳谋,无关阴谋论。