Nem sempre o mais recente é o melhor. Nos últimos tempos, alguns fabricantes de SSDs têm priorizado o aumento da capacidade de armazenamento em detrimento da velocidade e da confiabilidade. Embora protocolos como NVMe e PCIe estejam cada vez mais rápidos, certos SSDs estão a regredir.
O Problema com o Flash QLC
O custo de produção de SSDs é elevado, e muitos consumidores hesitam em pagar 200€ por um SSD de 512 GB quando podem adquirir discos rígidos mecânicos de “2.000 GB” por menos de 50€. A procura por capacidades de armazenamento maiores tem levado a certas decisões.
Os fabricantes de SSDs procuram aumentar a capacidade de armazenamento mantendo os custos baixos, o que afeta negativamente o desempenho e a durabilidade. SSDs de grande capacidade podem estar a ficar mais acessíveis, mas cada avanço na tecnologia SSD implica concessões. Atualmente, observamos a ascensão dos SSDs Quad Level Cell (QLC), capazes de armazenar 4 bits de informação por célula de memória. Apesar de não terem substituído por completo os SSDs tradicionais, alguns modelos que utilizam esta tecnologia têm apresentado problemas.
Em termos práticos, os fabricantes de SSDs precisam encontrar formas de aumentar a capacidade nos chips flash NAND de tamanho idêntico (a parte do SSD que armazena dados). Tradicionalmente, isto era alcançado através da redução do nó do processo, diminuindo os transístores dentro do flash. No entanto, com a desaceleração da Lei de Moore, é necessário adotar abordagens mais inovadoras.
A solução encontrada foi o flash NAND de vários níveis. O flash NAND tem a capacidade de armazenar um nível de voltagem específico em cada célula por um período prolongado. O flash NAND tradicional armazena apenas dois níveis – ligado e desligado, conhecido como flash SLC, que oferece alta velocidade. Contudo, como o NAND armazena essencialmente uma voltagem analógica, é possível representar vários bits com níveis de voltagem ligeiramente diferentes:
O problema, como ilustrado, cresce exponencialmente. O flash SLC necessita apenas de voltagem ou ausência da mesma. O flash MLC requer quatro níveis de voltagem, enquanto o TLC necessita de oito. No ano passado, surgiu o flash QLC, que requer 16 níveis de voltagem distintos.
Esta evolução acarreta vários problemas. À medida que se adicionam níveis de voltagem, torna-se mais difícil distinguir os bits. O flash QLC consegue ser 25% mais denso do que o TLC, mas é consideravelmente mais lento. A velocidade de leitura não é significativamente afetada, mas a velocidade de gravação sofre uma queda acentuada. A maioria dos SSDs (que usam o protocolo NVMe mais recente) alcança cerca de 1500 MB/s em leitura e gravação contínua (ou seja, ao carregar ou copiar arquivos grandes). Contudo, o flash QLC atinge apenas entre 80-160 MB/s em gravações contínuas, o que é inferior a um disco rígido de qualidade.
SSDs QLC Têm Menor Durabilidade
Em geral, todos os SSDs têm uma resistência de gravação inferior quando comparados com discos rígidos. Cada vez que se grava numa célula de um SSD, esta desgasta-se lentamente. Teoricamente, apagar uma célula elimina os eletrões, mas alguns permanecem, fazendo com que uma célula “0” se aproxime de “1” com o tempo. O controlador compensa esta situação aplicando uma voltagem mais positiva, o que funciona bem quando há margem de voltagem disponível. No entanto, no caso do QLC, esta margem é reduzida.
O SLC apresenta, em média, uma resistência de gravação de 100.000 ciclos de programa/apagamento (operações de gravação). O MLC varia entre 35.000 e 10.000, enquanto o TLC se situa em torno de 5.000. O QLC, por sua vez, tem apenas 1.000. Isto torna o QLC inadequado para dispositivos de acesso frequente, como a unidade de inicialização, que é frequentemente gravada.
Em suma, não é aconselhável utilizar uma unidade QLC para a instalação do sistema operativo, dada a sua baixa fiabilidade e a possibilidade de degradação em poucos anos. O ideal seria utilizar uma unidade QLC de grande capacidade como substituto de um disco rígido tradicional, e uma unidade SLC, MLC ou TLC rápida como unidade principal do sistema operativo. Esta situação pode ser problemática em computadores portáteis, onde a escolha é limitada, mas o QLC é ainda uma tecnologia recente e pouco comum nestes dispositivos.
O Cache Oculta os Problemas
Poderá questionar a razão de ser do QLC quando é inegavelmente mais lento e menos duradouro do que outros tipos de flash. É evidente que não se pode promover um produto inferior, mas os fabricantes de SSDs encontraram uma forma de disfarçar o problema: o cache.
Os SSDs QLC dedicam uma porção da unidade ao cache. Este cache ignora o facto de ser QLC e opera como flash SLC. O cache é 75% inferior ao espaço real da unidade que ocupa, mas é bastante mais rápido.
Os dados do cache são gravados à mesma velocidade que outros SSDs de ponta e o controlador transfere-os lentamente para as células QLC. No entanto, quando o cache está cheio, o controlador precisa de gravar diretamente nas células QLC mais lentas, o que provoca uma queda acentuada no desempenho durante gravações prolongadas.
Considere este teste da análise do Crucial P1 de 500GB, um SSD QLC para o consumidor, que ilustra bem este problema:
A linha vermelha, que representa o Crucial P1, opera a velocidades NVMe sólidas, embora ligeiramente abaixo de outras opções de ponta. No entanto, após cerca de 75 GB de gravações, o cache fica cheio e é possível observar a velocidade real do flash QLC. A linha desce para cerca de 80 MB/s, mais lento do que a maioria dos discos rígidos em gravações contínuas.
O ADATA XPG SX8200, uma unidade TLC, exibe características semelhantes, embora o flash TLC bruto após a queda seja ainda mais rápido. A maioria das outras unidades emprega também este método de armazenamento em cache, uma vez que acelera as gravações pequenas e rápidas (as mais comuns). No entanto, as gravações contínuas são mais notórias. Não se percebe se uma cópia de um arquivo pequeno leva 0,15 segundos ou 0,21 segundos, mas é evidente se uma cópia grande demora mais dez minutos.
Esta situação pode ser vista como um cenário de caso extremo, mas o cache não se mantém sempre nos 75GB. À medida que a unidade fica cheia, o cache diminui. De acordo com um teste da Anandtech, no caso da linha Intel SSD 660p, o cache do modelo de 512 GB reduz-se para apenas 6 GB quando a unidade está quase cheia, mesmo com 128 GB de espaço livre.
Isto significa que se encher o seu SSD e tentar instalar um jogo de 20-30 GB da Steam, os primeiros 6 GB seriam gravados rapidamente, mas depois notaria as mesmas velocidades de 80 MB/s nos ficheiros restantes.
É certo que a velocidade de download pode ser o fator limitador neste exemplo, mas em caso de atualizações (que exigem o download e a substituição de ficheiros existentes, o que duplica o espaço necessário), o problema seria bastante evidente. O download seria concluído, mas a instalação demoraria uma eternidade.
Deverá Evitar o QLC?
É recomendável evitar unidades QLC com 512 GB (e inferiores, dado que o custo de produção está a diminuir), pois não têm grande utilidade. O espaço enche-se rapidamente e o cache diminui quando está cheio, o que torna a unidade bastante mais lenta. Além disso, estas unidades não são muito mais económicas do que as alternativas.
Apesar das suas desvantagens, o flash QLC não representa um grande problema em unidades de maior capacidade. O modelo de 2 TB do 660p oferece um mínimo de 24 GB de cache quando está cheio. Apesar de ser flash QLC, esta é uma concessão aceitável para um SSD acessível de 2 TB que opera a velocidades elevadas na maior parte das situações.
Dada a sua capacidade de armazenamento, os SSDs baseados em QLC podem servir como um substituto aceitável para um disco rígido tradicional, desde que faça cópias de segurança regulares. O QLC é ideal para ficheiros que não necessitam de acesso frequente, mas que exigem velocidade quando são necessários. Com um cache SLC de tamanho razoável, a maioria das operações de gravação contínua será relativamente rápida, até que a unidade fique cheia.
Devido a problemas de fiabilidade, é aconselhável evitar a utilização do QLC como unidade de inicialização ou para ficheiros que são gravados com frequência.
É necessário avançar noutras áreas do processo de fabrico – controladores capazes de suportar mais chips flash, chips flash mais acessíveis com a maturação dos nós do processo e, possivelmente, outras tecnologias. O flash QLC ainda não se tornou o padrão; atualmente, é apenas mais uma opção. Ao comprar um SSD, verifique as especificações técnicas e preste atenção ao tipo de flash utilizado no fabrico.