Почему SSD сначала пишет со скоростью 7000 МБ/с, а потом резко замедляется: как работают SLC-кэш, TLC, QLC и место

В характеристиках NVMe SSD можно увидеть запись 5000, 7000 и даже 10 000 МБ/с. При копировании большого архива скорость иногда держится лишь первые десятки гигабайт, а затем падает в несколько раз. Это не обязательно перегрев или неисправность. Главная причина часто находится внутри NAND: современные SSD используют быстрый псевдо-SLC-кэш, а заявленная скорость не описывает поведение накопителя после его заполнения.

Заявленная скорость SSD описывает далеко не любой сценарий

Производитель указывает максимальную последовательную скорость чтения и записи, полученную при определенных условиях. Для оценки интерфейса и пиковой производительности такой параметр полезен, но по одной цифре нельзя понять, сколько данных накопитель способен записать с этой скоростью подряд.

Именно здесь возникает один из самых заметных разрывов между спецификацией и реальной эксплуатацией. SSD может действительно выдавать заявленные 7000 МБ/с. Результат теста не обязательно нарисован. Но высокая скорость способна сохраняться, например, пока запись помещается в быстрый кэш. После его исчерпания тот же накопитель переходит к непосредственной работе с основной NAND, и производительность становится другой.

Для установки Windows, запуска программ и копирования нескольких гигабайт это может вообще не проявляться. При переносе образа диска, видеоматериалов, большой библиотеки игр, виртуальных машин или сотен гигабайт между двумя SSD разница становится хорошо заметна.

Поэтому вопрос "какая скорость записи у этого SSD?" технически неполон. Для накопителя полезно знать как минимум две скорости: пиковую в пределах кэша и установившуюся после его заполнения.

Почему NAND вообще бывает SLC, TLC и QLC

Ячейка NAND хранит информацию не как отдельный файл или байт. Контроллер различает уровни заряда транзистора и преобразует их в записанные биты.

SLC хранит один бит в ячейке. Для одного бита достаточно различить два состояния. TLC хранит три бита, что требует уже восьми возможных состояний. QLC хранит четыре бита и использует 16 состояний.

Чем больше бит помещается в одну физическую ячейку, тем выше плотность хранения. На том же объеме кремния можно получить накопитель большей емкости, что снижает стоимость хранения одного гигабайта. Именно поэтому потребительские SSD давно перешли от дорогой SLC к многоуровневой NAND.

Цена этой плотности заключается в усложнении записи и чтения. Контроллеру необходимо точнее определить состояние ячейки. Запись в TLC и особенно QLC требует больше операций, чем простой выбор между двумя состояниями SLC.

Micron прямо указывает в своем техническом материале о QLC NAND, что QLC хранит четыре бита в ячейке с использованием 16 уровней напряжения. Компания также отмечает различия QLC и TLC по задержкам, ресурсу и сложности операций, хотя конкретные показатели сильно зависят от поколения NAND и контроллера.

Это последнее уточнение принципиально. Надпись QLC сама по себе не определяет скорость готового SSD. Современная QLC может оказаться быстрее старой TLC, если накопитель использует более новую NAND, больше каналов, удачный контроллер и хорошую прошивку. Тип памяти задает исходные ограничения, а итоговый SSD является целой системой.

Фото: Toniperis

Откуда в TLC- или QLC-накопителе появляется SLC

Большинство потребительских SSD не содержит отдельный большой массив настоящей SLC. Контроллер временно использует часть основной TLC или QLC в однобитовом режиме.

Представим TLC-ячейку, рассчитанную на три бита. Пока она работает как TLC, каждый физический элемент хранит три бита информации. Если контроллер временно использует ее как SLC и различает только два состояния, записать данные можно быстрее, но емкость этой области уменьшается примерно втрое относительно TLC-режима.

С QLC принцип похожий: ячейка временно хранит один бит вместо четырех. Производительность записи возрастает, а полезная емкость такого участка относительно QLC-режима уменьшается примерно в четыре раза.

Получается быстрый промежуточный слой. Компьютер отправляет данные на SSD, контроллер сначала записывает их в псевдо-SLC, быстро подтверждает операцию, а затем в свободное время переносит содержимое в основную TLC или QLC.

SanDisk описывает аналогичный подход для своей технологии nCache: часть NAND используется как SLC для ускорения входящей записи, после чего данные переходят в основное TLC-хранилище. Принцип можно увидеть в описании nCache 2.0.

Именно этот механизм позволяет сравнительно недорогому SSD кратковременно показывать скорость, которую чистая QLC при прямой продолжительной записи поддерживать не смогла бы.

Почему кэш называется SLC, хотя память остается TLC или QLC

Физически тип ячейки не меняется. TLC не превращается в отдельную SLC-микросхему. Контроллер всего лишь использует меньше уровней состояния ячейки.

Поэтому выражение "SLC-кэш" удобно, но может вводить в заблуждение. В подавляющем большинстве современных потребительских SSD речь идет о pseudo-SLC, pSLC или SLC mode.

После записи данные должны быть преобразованы в нормальный многоуровневый формат. Контроллер считывает их из временной области и записывает в TLC или QLC. Этот процесс иногда называют folding.

Пока SSD простаивает, пользователь может вообще не замечать внутренней работы. Проблема проявляется при длительной непрерывной записи, когда данные поступают быстрее, чем накопитель успевает освобождать SLC-кэш.

Что происходит в момент заполнения SLC-кэша

Допустим, SSD принимает поток данных со скоростью несколько гигабайт в секунду. Сначала свободная псевдо-SLC область поглощает запись. Одновременно контроллер пытается переносить старые данные из нее в основную NAND.

Если входящий поток небольшой, кэш успевает освобождаться, и пользователь постоянно видит высокую скорость. Именно так ведет себя накопитель в большинстве обычных коротких операций.

При длительном копировании баланс ломается. Новые данные поступают быстрее, чем контроллер освобождает SLC. В определенный момент свободная быстрая область заканчивается.

Дальше накопителю приходится записывать непосредственно в TLC или QLC либо одновременно принимать новые данные и переносить содержимое кэша. Скорость падает до уровня, который способна поддерживать основная NAND в этих условиях.

На графике продолжительной записи это часто выглядит как ступенька. Первые десятки или сотни гигабайт проходят почти горизонтальной линией на высокой скорости, затем производительность резко проваливается.

У некоторых накопителей после этого начинается еще более сложное поведение: скорость то растет, то снижается. Контроллер освобождает часть кэша, снова использует ее, выполняет сборку мусора и параллельно принимает новые данные.

Поэтому одно число "скорость после кэша" тоже иногда оказывается упрощением. Реальный график может состоять из нескольких режимов.

Почему размер SLC-кэша не всегда постоянный

Существует статический и динамический подход.

Статический кэш резервирует определенную физическую область NAND, которая постоянно работает в SLC-режиме. Такой кэш обычно относительно небольшой, зато его размер практически не зависит от заполнения пользовательского пространства.

Динамический кэш использует свободные ячейки основного массива. Пока SSD почти пуст, контроллер способен отдать под SLC большую область. По мере заполнения накопителя эти ячейки требуются уже для постоянного хранения пользовательских данных, поэтому доступный кэш уменьшается.

Solidigm подробно описывала этот принцип в материале о динамическом кэшировании SSD: по мере заполнения накопителя пространство динамического кэша сокращается.

Отсюда возникает важная особенность тестов. Новый SSD на 2 ТБ с 200 ГБ записанных данных и тот же SSD с занятыми 1,8 ТБ могут вести себя как два разных накопителя.

На почти пустом диске быстрый участок записи способен быть очень большим. На заполненном накопителе провал наступит заметно раньше.

Почему в обзоре нового SSD результат бывает лучше, чем через год использования

Самая простая причина заключается как раз в свободном пространстве. Тестовый накопитель обычно пуст или почти пуст. Он получает максимально возможный динамический SLC-кэш.

У пользователя спустя год может быть свободно 10-15% емкости. Контроллер уже не имеет возможности временно использовать сотни гигабайт свободной NAND в однобитовом режиме.

Есть и второй фактор. На свежем SSD много заранее стертых блоков. При продолжительной эксплуатации контроллер чаще вынужден выполнять дополнительные внутренние операции: искать свободные страницы, переносить актуальные данные и очищать блоки.

Поэтому сравнивать тест абсолютно пустого диска с поведением накопителя, заполненного на 90%, напрямую некорректно.

Из этого не следует, что каждый SSD обязательно начинает "тормозить от старости". Сам возраст накопителя не является основной причиной. Гораздо сильнее влияют количество свободного пространства, характер нагрузки, работа TRIM, состояние NAND, температура и архитектура конкретного контроллера.

Почему удалить большой файл иногда недостаточно для мгновенного восстановления скорости

Операционная система знает, что определенные логические блоки больше не содержат нужных данных. Контроллер SSD должен получить эту информацию и подготовить физические страницы NAND для повторного использования.

Для этого применяется TRIM. После удаления файла ОС сообщает накопителю, что соответствующие логические блоки больше не нужны.

Но NAND нельзя просто перезаписать поверх старого содержимого произвольным образом. Память организована страницами и блоками. Запись выполняется страницами, а стирание обычно затрагивает более крупный блок.

Если в блоке остаются актуальные страницы, контроллер может сначала перенести их в другое место, затем стереть блок целиком и только после этого вернуть его в пул свободного пространства. Этим занимается garbage collection.

Поэтому SSD является намного более активным устройством, чем кажется со стороны операционной системы. За простой командой записи скрывается работа FTL, сборщика мусора, wear leveling и управления свободными блоками.

Фото: Dmitry Nosachev

Почему SSD полезно оставлять свободное место

Свободное пространство нужно не из суеверия и не потому, что Windows обязательно должна видеть определенный процент пустого диска. Оно дает контроллеру больше физических вариантов для размещения данных.

У накопителя с большим запасом свободных блоков проще garbage collection. Динамический SLC-кэш может быть больше. Контроллеру реже приходится срочно перемещать уже записанную информацию ради освобождения очередного блока.

Чем ближе SSD к полной емкости, тем меньше эта свобода.

Отсюда и практическая рекомендация не использовать накопитель постоянно на пределе заполнения. Нельзя назвать универсальное значение вроде "обязательно оставлять ровно 20%": разные SSD используют разные объемы внутреннего резервирования, разные типы кэша и разные контроллеры.

Но между состоянием "свободно 500 ГБ" и "свободно 20 ГБ" у динамически кэширующего SSD реальная разница существует.

Over-provisioning и свободное место Windows связаны, но это не одно и то же

У SSD обычно есть физическая NAND, недоступная пользователю. Производитель оставляет часть емкости для служебных операций, замены изношенных блоков и управления записью. Это называется over-provisioning.

Поэтому накопитель не остается полностью без рабочих блоков, даже если пользователь занял почти весь доступный том.

Дополнительное незанятое логическое пространство тоже может облегчить работу контроллера, если ОС корректно использует TRIM. Но точное поведение зависит от прошивки.

Часть профессиональных SSD позволяет явно резервировать дополнительный объем под over-provisioning. В домашних системах обычно достаточно не держать накопитель постоянно заполненным почти до конца и не отключать штатную поддержку TRIM без причины.

Почему QLC чаще ассоциируется с сильным падением скорости

QLC хранит четыре бита в ячейке, поэтому плотность записи выше, чем у TLC. Это позволяет выпускать емкие накопители при меньшей стоимости NAND на гигабайт.

Но непосредственная программная запись в QLC сложнее. Когда работает большая псевдо-SLC область, пользователь этого практически не видит. После ее заполнения свойства основной памяти выходят на первый план.

У недорогого QLC SSD с небольшим количеством NAND-кристаллов установившаяся скорость последовательной записи способна оказаться значительно ниже пиковой. Именно поэтому накопитель, который в CrystalDiskMark показывает несколько гигабайт в секунду, в конце копирования огромного файла иногда начинает писать на уровне, совершенно не похожем на цифру на коробке.

При этом утверждение "QLC всегда медленная" тоже неверно. Новый PCIe 5.0 SSD на современной QLC с высокой степенью параллелизма может иметь отличную пиковую производительность. Например, актуальная KIOXIA EXCERIA G3 использует BiCS FLASH QLC и заявлена с последовательным чтением до 10 000 МБ/с.

Но интерфейс PCIe 5.0 не превращает QLC в TLC и не отменяет кэширование. Он лишь увеличивает пропускную способность пути между SSD и процессором.

Почему PCIe 5.0 не гарантирует высокую скорость после кэша

PCI Express задает максимальную пропускную способность интерфейса. NAND находится дальше по цепочке.

Упрощенная схема выглядит так:

процессор -> PCIe -> контроллер SSD -> каналы NAND -> микросхемы памяти.

Если PCIe способен передать 12 ГБ/с, а основная NAND в текущем режиме физически принимает намного меньше, интерфейс простаивает.

По этой причине два PCIe 4.0 SSD способны отличаться по продолжительной записи сильнее, чем хороший PCIe 4.0 и бюджетный PCIe 5.0.

Номер поколения PCIe хорошо показывает потолок интерфейса. Для оценки поведения после кэша нужно смотреть уже на архитектуру самого накопителя.

Фото: Michael Wolf

Почему количество NAND-кристаллов влияет на скорость

Контроллер SSD работает с NAND параллельно. Это одна из причин, по которой накопители большей емкости внутри одной серии часто быстрее младших моделей.

Допустим, версия на 2 ТБ имеет вдвое больше доступных NAND-матриц, чем вариант на 1 ТБ. Контроллер способен распределять запись между большим числом элементов одновременно.

Поэтому тип памяти одинаковый, контроллер одинаковый, интерфейс одинаковый, а продолжительная скорость различается.

На очень емких NAND-кристаллах возникает обратная сторона прогресса. Производитель способен собрать SSD нужной емкости из меньшего числа кристаллов. Это упрощает конструкцию и снижает стоимость, но уменьшает параллелизм.

Поэтому нельзя автоматически считать, что новая NAND всегда делает накопитель быстрее. Рост плотности и рост производительности решают разные инженерные задачи.

Почему младшая версия на 500 ГБ может заметно отличаться от версии на 2 ТБ

Внутри одной линейки производитель обычно старается сохранить похожее позиционирование, но аппаратная конфигурация зависит от емкости.

У младшего SSD может быть меньше NAND-кристаллов, меньше каналов, занятых одновременно, меньший SLC-кэш и меньший запас свободной области. Поэтому максимальная скорость записи в спецификациях часто указывается отдельно для разных емкостей.

Это особенно важно при чтении обзоров. Тест модели на 2 ТБ нельзя автоматически переносить на версию 500 ГБ с тем же названием.

Для покупателя из России это имеет практическое значение еще по одной причине: в продаже одновременно встречаются разные емкости, ревизии и партии накопителей. Если важна продолжительная запись, желательно искать тест именно нужного объема и по возможности той же аппаратной ревизии.

Почему название SSD иногда не гарантирует одинаковое внутреннее устройство

Потребительский рынок накопителей знает случаи, когда производитель менял NAND, контроллер или другие компоненты внутри существующей серии. Название на коробке при этом могло оставаться прежним.

Не каждая замена ухудшает продукт. Новый контроллер способен быть экономичнее, новая NAND быстрее, а прошивка лучше. Проблема в другом: результаты старого обзора перестают гарантированно описывать свежую партию.

Поэтому при покупке SSD мало найти график с нужным названием модели. Для серьезного сравнения полезно проверить дату обзора, емкость тестового экземпляра, версию прошивки и описание компонентов.

Если производитель официально указывает тип NAND и контроллер, неопределенности меньше. Если спецификация ограничивается словами "3D NAND", заранее определить поведение конкретной партии сложнее.

DRAM-кэш и SLC-кэш решают разные задачи

Эти два термина постоянно смешивают.

SLC-кэш хранит пользовательские данные во flash-памяти до их переноса в TLC или QLC. Он непосредственно влияет на то, сколько входящей последовательной записи накопитель способен принять с высокой скоростью.

DRAM внутри SSD используется прежде всего для служебных структур контроллера, включая таблицы трансляции между логическими адресами и физическим расположением данных в NAND. Такая память намного быстрее NAND и упрощает работу FTL.

Наличие гигабайта DRAM не означает наличие гигабайта быстрого SLC-кэша. И отсутствие DRAM не означает, что накопитель не имеет SLC-кэширования.

Это независимые элементы архитектуры.

Что делает HMB в SSD без собственной DRAM

NVMe позволяет накопителю использовать небольшую область системной оперативной памяти через Host Memory Buffer. Такой SSD называют DRAM-less, хотя он способен обращаться к части RAM компьютера для хранения служебной информации.

HMB позволяет уменьшить часть недостатков отсутствия собственной DRAM, особенно при работе с адресными таблицами.

Но HMB не превращает системную память в полноценный огромный кэш пользовательской записи. Компьютер не начинает тайно хранить сотни гигабайт копируемого файла в RAM вместо NAND.

Поэтому SSD с HMB тоже может иметь большой динамический SLC-кэш и резко замедлиться после его заполнения.

Отдельный вопрос заключается в случайных операциях и задержках. Там наличие собственной DRAM, качество HMB и архитектура контроллера способны влиять сильнее, чем при простом копировании одного большого файла.

Почему CrystalDiskMark может не показать проблему

Обычный короткий бенчмарк измеряет ограниченный объем данных. Если тест полностью помещается в SLC-кэш, результат фактически показывает производительность накопителя в его самом быстром режиме.

Это полезный показатель. Большинство пользовательских операций действительно короткие.

Но для ответа на вопрос о продолжительной записи нужно сделать тест больше доступного кэша.

Если у SSD динамический SLC-кэш занимает сотню гигабайт, тестовый файл на 1, 8 или даже 32 ГБ ничего не расскажет о скорости основной NAND.

Поэтому профессиональные обзоры накопителей часто строят график записи всей или значительной части доступной емкости. Такой тест одновременно показывает размер быстрого участка, скорость после него и дальнейшее поведение контроллера.

Именно этот график иногда рассказывает о накопителе больше, чем максимальный результат CrystalDiskMark.

Почему копирование одного файла в Windows тоже не является чистым тестом NAND

При реальном копировании участвуют два накопителя, файловая система, системный кэш, драйверы и сама операционная система.

Если источник читает медленнее, чем принимает тестируемый SSD, измеряется уже источник. Если данные копируются внутри одного SSD, контроллер одновременно читает и записывает NAND. Результат будет другим, чем при записи с отдельного быстрого накопителя.

Мелкие файлы создают дополнительную нагрузку на файловую систему и метаданные. Один огромный файл ведет себя иначе.

Поэтому фраза "у меня SSD пишет 800 МБ/с" без описания источника и типа данных мало пригодна для сравнения с обзором.

Для домашней проверки лучше использовать второй заведомо более быстрый SSD или специализированный тест, который генерирует данные непосредственно на проверяемом накопителе.

Как отличить окончание SLC-кэша от перегрева

Оба сценария вызывают падение производительности, но ведут себя немного по-разному.

При исчерпании SLC-кэша скорость обычно падает после записи определенного объема данных. Если повторить тест на свежем, отдохнувшем накопителе при той же заполненности, граница часто окажется примерно в похожем месте.

Thermal throttling связан прежде всего с температурой. SSD нагревается до заданного контроллером порога, после чего частоты или интенсивность операций уменьшаются, чтобы удержать температуру в допустимых пределах.

Если добавить эффективный радиатор или направить поток воздуха и провал исчезнет либо сильно сдвинется, причиной был перегрев.

На практике два механизма способны работать одновременно. Быстрый PCIe 5.0 SSD сначала упирается в температуру, затем заполняет SLC-кэш, после чего переходит еще на один уровень скорости.

Поэтому качественный обзор должен показывать не одну итоговую цифру, а график производительности и температуры во времени.

Почему после паузы SSD иногда снова становится быстрым

Пользователь копирует 300 ГБ, скорость падает. Через полчаса запускает еще одно копирование, и накопитель снова начинает с нескольких гигабайт в секунду.

Причина обычно заключается в том, что за время простоя контроллер успел освободить часть псевдо-SLC области. Данные из быстрого режима были перенесены в TLC или QLC, ненужные блоки очищены, кэш снова готов принимать новый поток.

Это нормальная работа.

Время восстановления зависит от накопителя, заполнения и активности системы. Некоторые SSD очень агрессивно очищают кэш в простое, другие делают это медленнее.

Поэтому два последовательных теста без паузы способны дать другой результат, чем первый запуск после нескольких минут бездействия.

Почему почти заполненный SSD может восстанавливать кэш хуже

Для переноса данных из SLC в основную NAND нужны свободные места. Когда накопитель почти заполнен, контроллер получает меньше пространства для маневра.

Garbage collection приходится чаще объединять актуальные данные из частично занятых блоков. Это создает дополнительные внутренние записи.

В результате SSD одновременно принимает пользовательский поток, перемещает уже существующие данные и освобождает новые блоки.

Этот эффект связан с write amplification: физический объем записи в NAND может быть больше объема, который отправила операционная система.

Высокая write amplification снижает эффективность и увеличивает износ памяти. Контроллеры поэтому стараются откладывать часть уборки на периоды простоя и использовать свободное пространство максимально эффективно.

TLC лучше QLC для любого компьютера?

Нет.

Если компьютер используется для браузера, игр, документов и обычных программ, подавляющая часть записи происходит короткими порциями. Большой SLC-кэш способен скрыть разницу между TLC и QLC почти во всех повседневных операциях.

QLC также позволяет получить большую емкость за те же деньги. Для игровой библиотеки на несколько терабайт это весомое преимущество. Игры после установки в основном читаются, а не непрерывно перезаписываются сотнями гигабайт.

Ситуация меняется для монтажа видео, локальных моделей ИИ с крупными наборами данных, рабочих виртуальных машин, регулярного копирования образов, временных массивов и других сценариев с длительной записью. Здесь поведение после SLC-кэша уже непосредственно влияет на рабочее время.

В таких задачах хороший TLC SSD с высокой установившейся скоростью обычно интереснее бюджетной QLC-модели с красивой пиковой цифрой.

Но сравнивать нужно конкретные накопители. Тип NAND является одним из параметров, а не готовым рейтингом качества.

QLC обязательно имеет маленький ресурс?

QLC обычно уступает TLC по числу циклов программирования и стирания при сопоставимом поколении технологий. Но пользователь покупает готовый SSD, а не одну ячейку NAND.

Ресурс накопителя зависит от емкости, резервирования, работы контроллера, wear leveling, характеристик конкретной NAND и установленного производителем гарантийного лимита.

Для потребительского SSD удобнее смотреть заявленный TBW для конкретной емкости и условия гарантии, а не пытаться самостоятельно переводить абстрактное число P/E cycles в годы работы.

Большая емкость тоже помогает. Если одинаковый объем ежедневной записи распределяется по 4 ТБ NAND вместо 500 ГБ, нагрузка на каждую физическую область будет другой.

При этом TBW нельзя воспринимать как таймер самоуничтожения. Достижение паспортного значения не означает, что следующая запись обязательно убьет SSD. Это прежде всего гарантийный и расчетный показатель.

Почему высокий TBW не гарантирует высокую скорость

Ресурс и производительность связаны через архитектуру NAND, но это разные характеристики.

Накопитель способен иметь хороший TBW и скромную скорость после SLC-кэша. Другой SSD может быть очень быстрым, но иметь менее щедрый гарантийный лимит записи.

Для домашнего компьютера рекордный TBW иногда вообще остается невостребованным. Если пользователь записывает несколько терабайт в год, сотни или тысячи терабайт гарантийного ресурса не влияют на ежедневную работу.

Для рабочей станции с постоянной записью логов, кэша, виртуальных машин и видео TBW уже становится предметным параметром.

Поэтому выбирать SSD только по максимальной скорости или только по TBW одинаково неполно.

Что смотреть в обзоре SSD вместо одной цифры

Максимальная последовательная скорость показывает, насколько хорошо накопитель работает в благоприятном режиме и способен ли использовать пропускную способность интерфейса.

Размер SLC-кэша показывает, как долго этот режим сохранится.

Скорость после кэша отвечает на вопрос о тяжелой длительной записи.

График полной записи показывает дополнительные режимы контроллера, восстановление кэша и влияние заполнения.

Температура позволяет отделить ограничения NAND от thermal throttling.

Случайные операции и задержки важны для системного накопителя и приложений.

Поведение заполненного SSD показывает, насколько хорошо контроллер справляется в условиях, близких к реальному длительному использованию.

Если обзор содержит все эти данные, спор "TLC или QLC" становится намного конкретнее.

Как самостоятельно проверить свой SSD

Для начала нужно убедиться, что на накопителе достаточно свободного места и важные данные имеют резервную копию. Тест длительной записи создает заметную нагрузку и не должен проводиться на единственном экземпляре ценной информации без необходимости.

Первый этап можно выполнить обычным CrystalDiskMark с типовым объемом. Он покажет пиковую производительность.

Затем нужен тест значительно большего объема. Его размер должен превышать предполагаемый SLC-кэш. Для некоторых современных SSD это уже десятки или сотни гигабайт, поэтому маленький тест ничего не выявит.

Во время записи полезно одновременно наблюдать температуру. Если скорость падает при достижении высокой температуры, а после охлаждения восстанавливается, следует отдельно проверить систему охлаждения.

После окончания длительного теста нужно оставить SSD без тяжелой записи и затем повторить короткий замер. Возврат высокой скорости показывает, что контроллер успел освободить кэш.

Еще один полезный эксперимент проводится при разной заполненности. SSD с 30% занятого пространства и тот же накопитель при 90% способны показать разный размер динамического кэша.

Почему обзор SSD без теста заполненного накопителя оставляет пробел

Почти все новые SSD тестируются пустыми по понятной причине: так проще получить воспроизводимые результаты между моделями.

Но пользователь редко держит системный диск пустым.

Если накопитель использует большой динамический SLC, тест в свежем состоянии показывает его наиболее благоприятный режим. Через несколько месяцев свободная область уменьшится, а вместе с ней может уменьшиться и быстрый кэш.

Поэтому для моделей, где производитель сильно зависит от динамического pSLC, тест при высокой заполненности дает практическую информацию, которой нет в спецификации.

Особенно это актуально для недорогих SSD большой емкости: именно их часто покупают под игровые библиотеки и архивы, после чего заполняют почти полностью.

Почему SSD на 4 ТБ способен быть выгоднее 1 ТБ не только из-за емкости

У более крупной версии потенциально больше NAND-кристаллов и больше свободного пространства для динамического кэша. При одинаковой доле заполнения абсолютный объем свободных гигабайт также выше.

Кроме того, большой накопитель распределяет запись по большему массиву NAND.

Но это не универсальное правило производительности. Современные высокоплотные кристаллы позволяют производителю собрать 4 ТБ из относительно небольшого числа компонентов. Поэтому фактическую конфигурацию все равно нужно проверять.

Емкость сама по себе не гарантирует более быстрый SSD. Она только создает условия, при которых производитель может получить больше параллелизма и более крупный кэш.

Почему скорость чтения обычно ведет себя спокойнее

SLC-кэш прежде всего нужен для ускорения записи. Прочитанные пользовательские данные уже находятся в основной TLC или QLC.

Поэтому после заполнения SLC-кэша последовательное чтение не обязано падать так же, как запись.

QLC имеет свои особенности чтения и задержек, но контроллер может использовать высокий параллелизм, несколько каналов и современные интерфейсы NAND. В результате потребительский QLC SSD способен показывать очень высокую скорость чтения.

Это еще одна причина, почему QLC хорошо подходит для части игровых и архивных сценариев. Данные записываются сравнительно редко, а читаются много раз.

Почему скорость установки игры и скорость копирования игры отличаются

Во время простого копирования большого готового файла накопитель получает длинный последовательный поток.

Установка игры включает распаковку, чтение исходных архивов, работу процессора, создание множества файлов и проверку данных. SSD не обязательно является единственным ограничением.

Если процессор распаковывает данные со скоростью 500 МБ/с, накопитель с возможностью принимать 5000 МБ/с большую часть времени будет ждать.

Поэтому сильное падение последовательной записи после SLC-кэша не означает, что установка любой игры станет во столько же раз медленнее.

С другой стороны, копирование уже установленной библиотеки между двумя быстрыми SSD способно быстро заполнить кэш и показать разницу во всей полноте.

Для системного SSD важна не максимальная цифра на коробке

Windows и программы создают большое количество коротких операций. Здесь играют роль задержки, случайный доступ, контроллер, прошивка и стабильность поведения.

Разница между 5000 и 7000 МБ/с последовательного чтения не означает пропорциональной разницы в скорости запуска Windows.

Поэтому дорогой SSD с максимально возможной последовательной скоростью не обязательно сделает обычный компьютер ощутимо быстрее хорошей модели среднего класса.

При выборе системного диска разумнее смотреть на совокупность характеристик: тип NAND, контроллер, стабильность прошивки, случайную производительность, температуры, гарантию и результаты длительных тестов.

Для рабочего SSD приоритеты другие

Монтаж больших видеофайлов, регулярная запись промежуточных данных, виртуальные машины и профессиональные проекты создают нагрузку, которая легче выходит за пределы SLC-кэша.

Здесь установившаяся скорость становится реальным рабочим параметром.

Если SSD после первых 100 ГБ вместо нескольких гигабайт в секунду переходит в существенно более медленный режим, это напрямую увеличит длительность больших операций.

Для такого применения полезнее SSD, который показывает чуть меньший пик, но способен долго удерживать высокую скорость, чем модель с рекордным коротким результатом.

Это один из случаев, когда график продолжительной записи дает более полезную характеристику, чем поколение PCIe.

Для игрового SSD большая QLC иногда вполне рациональна

Игровая библиотека занимает много места, но характер нагрузки в основном благоприятен для QLC. Игру один раз скачивают или переносят, затем большую часть времени данные читаются.

Да, первичная установка или перенос нескольких сотен гигабайт может выйти за пределы SLC-кэша. Но это редкая операция.

Если за ту же сумму QLC позволяет получить 4 ТБ вместо 2 ТБ TLC, пользователь может сознательно выбрать емкость, понимая компромисс.

Плохим такой выбор становится не из-за самого слова QLC, а если покупатель ожидал от накопителя постоянные 7000-10000 МБ/с при многочасовой записи.

Что изменилось с появлением быстрых QLC SSD

Раньше разделение было относительно простым: дорогая TLC для производительности, QLC для дешевых емких накопителей. Современные контроллеры и новые поколения NAND размывают эту границу.

QLC SSD уже способен использовать PCIe 5.0 и показывать двузначные гигабайты в секунду в пиковом режиме. Производители применяют все более гибкое управление NAND.

Например, Micron для клиентского SSD 3610 описывает Adaptive Write Technology, которая может менять режим работы NAND между SLC, TLC и QLC в зависимости от объема и характера записи. Это хороший пример того, почему простая таблица "SLC быстрее TLC, TLC быстрее QLC" уже недостаточна для описания реального устройства.

Физические свойства NAND никуда не исчезли. Изменился способ, которым контроллер скрывает их от пользователя.

Почему спецификация все равно имеет смысл

Максимальные скорости полезны для определения класса устройства. SSD с заявленной записью 7000 МБ/с при подходящей платформе действительно способен работать намного быстрее SATA.

Проблема появляется, когда максимальный показатель принимают за минимальную или постоянную скорость.

Производитель обычно пишет "до 7000 МБ/с", а не "7000 МБ/с при любом объеме записи". С технической точки зрения это разные утверждения.

Поэтому сама цифра не является обманом. Она просто отвечает на более узкий вопрос, чем ожидает часть покупателей.

Хороший выбор накопителя начинается с понимания собственного сценария. Если за один раз записываются 10 ГБ, важен быстрый режим. Если регулярно переносятся 500 ГБ, интереснее то, что происходит на 200-й и 400-й гигабайтах.