[固态硬盘]TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？

gaojie20 真实性核验

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发布时间：2016-12-03 13:31 来源：什么值得买

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[导读]： SSD目前主流的闪存分为SLC、MLC。TLC。当然后面还有3D-V NAND和XPOINT暂且不谈 SLC = Single-Level Cell。即1 bit per cell。只存在0和1两个充电值。结构简单但是执行效率高。特点：传输速度快。延...

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TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？

SSD目前主流的闪存分为SLC、MLC。TLC。当然后面还有3D-V NAND和XPOINT暂且不谈

SLC = Single-Level Cell。即1 bit per cell。只存在0和1两个充电值。结构简单但是执行效率高。

特点：传输速度快。延迟小、寿命长。

由于每个存储单元包含的信息较少。其每百万字节需花费较高的成本来生产。由于成本过高你基本上只会在高端的企业级SSD上见到它。流入到消费级上的包括淘宝可以收购到的散片基本都是非原封的白片或者坏盘的拆机正片。

MLC = Multi-Level Cell。即2 bit per cell。有00,01,10,11四个充电值。

因此需要比SLC更多的访问时间。不过每个单元可以存放比SLC多一倍的数据。MLC闪存相比SLC闪存而言降低了生产成本。但与SLC相比其传输速度较慢。延迟也比SLC闪存高。

特点：传输速度一般。延迟一般。寿命一般

TLC = Trinary-Level Cell。即3 bit per cell。有000。001。010。011。100。101。110。111八个充电值。

因此需要比MLC更多的访问时间。每个单元可以存放比MLC多1/2的数据。所需访问时间比MLC更长。延迟比MLC更高。传输速度相比MLC更慢。

TLC优势价格便宜。每百万字节生产成本是最低的。但是寿命短。

特点：传输速度低。延迟高。寿命短。

TLC闪存的优势是容量更大。成本更低。举例来说。同样的晶体管电路做成16Gb的SLC闪存。那么变成MLC则可以做成32Gb。做成TLC闪存则可以得到48Gb的容量。这对厂商来说大大降低了成本。成本低才有利润。这也是TOSHIBA、IMFT。SAMSUNG不停大批转产TLC的原因。一句话：有奶便是娘。

我们看到厂家忽悠我们的时候经常可以看到P/E的概念。全称Program/Erase Cycle其实就是闪存的可擦写次数。简单来说一个64GB的闪存。如果说寿命是3000P/E的话。那么出厂的预期寿命是可擦写量3000X64GB。是否经得起长时间的数据写入。这仍然是一个无解的答案。闪存的寿命永远伴随着RP好坏而存在。

闪存工艺的提升对于TLC的有利有弊：

弊：基本存储单元栅极上的氧化层化学键越来越难以控制。导致P/E次数随着工艺的提升而缩减。TLC的P/E次数约为1000。

利：单颗闪存的密度和容量已经得到了大幅提升。SSD对闪存的读写原理是基于均衡磨损的。所以TLC可以依靠不断增大的容量来减少单个基本存储单元的磨损。以提升产品的使用寿命。所以TLC的SSD的寿命而言512GB:256GB:128GB=4:2:1。所以一句话：TLC宁买大不买小。

自从入了群辉DS716+II以后。发现这款NAS支持SSD作为读缓存使用。本来是一个金胜128G的SSD作为希捷8T HDD的读缓存使用。随着HDD的数据越来越多。128GB的SSD做读缓存也力不从心了。家里一堆SSD都是大容量很好的盘。舍不得放在NAS上用。于是就寻思着上京东整一块240-256GB的SSD给群辉做读缓存使用。看来看去也就金士顿UV400。OCZ T150。浦科特M7V这些盘。无意中发现京东默默多了一块建兴的睿速V5S的盘。竟然无人问津。好奇心起来了。手贱直接点一块回来看看是什么货色。顺便混个首晒。

SSD的外观其实真没啥可看的。尤其是SATA。就是天价的企业级也就那么回事。

逢盘必拆的作风一直没改变过。有电吹风大法加持。在不影响保修的前提下拆啥的难度都不是很大。TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？很意外的在于这个PCB也确实太小了。让我想起了以前拆过的闪迪SSD PLUS 240GB。

正面：

主控：SMI 2258

缓存：南亚NT5CC256M16DP-D1( 512MB DDR3 1600)

闪存：SKhynix H27QFG8PEM5R(64GB 16NM TLC)X2

背面：

闪存：SKhynix H27QFG8PEM5R(64GB 16NM TLC)X2

这个盘的有点特殊在于256GB的盘用了512MB的缓存芯片。而且TLC没有采用大OP操作成240GB卖。而是完整的全盘容量256GB。从硬件结构上来说。这块和他的同胞兄弟浦科特仅在国外发行的S2是如出一辙。但是固件可能是不同的而已。

对于TLC闪存支持度和纠错上比较成熟的主控市面上常见的有以下几种：

慧荣SMI：SMI2258 SMI2260

其中以INTEL 540S和600P最有代表性

群联PH：PS3111-S11

S11主控目前国内使用最多的是影驰战将系列。闪存大多为群联打包主控一并销售给影驰的自封片TLC。

美满MARVELL：MV 88SS1074

其中以金士顿UV400和浦科特M7VC最具有代表性。

当然独占的主控比如三星PM961使用的的Polaris主控和EVO广泛使用的MEX MGX主控对TLC的支持已经相当的成熟。但是只限于三星自家使用。

从主控而言。我对于SMI家的主控用过的比较多。了解程度也相对较为深刻。

SMI2246XT：最知名的莫过于闪迪SSD PLUS 240GB了。无缓存。但是仅仅支持MLC。所以往往采用这种主控的盘只能使用MLC的闪存。

SMI2246EN：最大路的产品了。从建兴的ZETA系列。到浦科特的M6V。再到闪迪SSD PLUS的480GB的部分产品都可以见到这个主控的身影。这个主控最大的优势就是方案成本低。性能也有那么回事。配上MLC还是不错的选择。由于不支持LDPC纠错仅仅支持BCH ECC纠错。所以配上TLC的话。并不妥当。建议就是选择MLC产品。

SMI2260：说道这款针对3D TLC开发的支持LDPC软硬纠错的NVME主控不得不说到INTEL 600P了。最近的销售明星。第一次INTEL这么良心的价格去卖一款NVME产品。虽然效能相比SATA AHCI并不占优势。但是对于NVME SSD的普及是做出了巨大的贡献的。同时也帮INTEL清了大批的TLC第一代库存功不可没。尽管买得起NVME盘的看不上600P。但是NVME的600P只是卖一个SATA盘的价格。TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？所以大V们一边大呼此盘性能太烂。一边却剁手顶起了京东如潮的销量。

SMI2258是针对3D TLC开发的支持LDPC软硬纠错的AHCI主控。对SMI2256基础上的改进款。INTEL的540S就是个中代表。

阅读是个很享受也是相对很痛苦的过程。尤其是看引用和摘抄。看多了人会产生反感。那么简单的提炼出特点加以自己的理解是最适合阅读的方式。

这个SMI2258主控有几个明显的特点：

1、更好的支持SLC CACHE

2、基于LDPC纠错的NANDXtend™

3、支持TLC以及3D TLC

4、四通道每通道最大支持8CE。共32CE。

要性能。你就要看是否支持32CE的最大容许度和是否支持SLC Cache

要安全。LPDC纠错是必须有

SLCTLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？闪存时代。颗粒很好。一般给个8bit/1KB的BCH ECC纠错都可以很壮硕

MLCTLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？闪存时代。颗粒一般。一般要有个40bit/1KB的BCH ECC纠错才合格。比如东芝对MLC的寿命解释：

24bits/1KB ECC 纠错时可以有1000P/E次数。40bits/1KB ECC纠错时可以有3000P/E次数。在P/E次数到时数据保存期为1年以上。

1、24bits ECC纠错时。P/E 次数到1000次时。数据存放1年后。1KB数据出错的比特数小于242、40bits ECC纠错时。P/E 次数到3000次时。数据存放1年后。1KB数据出错的比特数小于403、24bits ECC纠错时。P/E 次数大于1000次时。没法保证数据存放1年后。1KB数据出错的比特数小于244、40bits ECC纠错时。P/E 次数大于3000次时。没法保证数据存放1年后。1KB数据出错的比特数小于40

这就是BCH ECC纠错的级别和MLC闪存P/E之间的关系

那么到了TLCTLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？闪存时代。颗粒更差。BCH ECC纠错已经无法满足要求了。这就需要使用到LDPC的硬件和软件纠错来满足P/E循环内数据安全的要求。

SMI2258主控的NANDXtend™技术就是LDPC硬解码。软解码和RAID数据恢复的整合。

SMI号称这个技术可以在120度高温下让600P/E的TLC闪存运行在1800P/E寿命期间出错的数据可以被修正。这其实就是可以理解为：

LDPC硬件和软件纠错时。600P/E的TLC擦写小于等于1800P/E时。被CRC发现的静默错误可以被RAID数据恢复功能所恢复。

也正是因为SMI有了RAID数据恢复功能。才非常大胆的做256GB的TLC全盘容量而不是240GB带有16GB OP的TLC盘。

但是我在这里要说的是主控的LDPC纠错能力和RAID修复能力只是我们评估TLC产品的一个门槛而已。看一个盘的效能和可靠具体还要看固件的壮硕程度来决定。但是没有LDPC纠错的TLC就别谈门槛了！

SKhynix H27QFG8PEM5R的闪存属性从海力士的PDF里看来是1Xnm既16nm工艺制造的Toggle 2.0 TLC闪存。QDP 4DieTLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？堆叠。BLOCK大小是4M。容量512Gb=64GB.

SKhynix H27QFG8PEM5R这颗闪存由于参考资料较少。我自己修改了一下海力士的编号规则图。能给大家对这颗闪存以及海力士闪存有一个可靠的参考。虽然海力士的颗粒编号规则时过境迁早已经进入16nm TLC时代。但是编号规则除了少数代码变化。基本还是遵循2009年制定的编号规则的。鉴于市场海力士颗粒较少而且编号规则并不为大家熟知。我将技术文档处理成此颗粒编号来理解下：

H=SK Hynix2=flash7=nand flashQ=3.3VFG=512Gb=64GB8=带宽X8P=4 Die（QDP） + TLC + Large block E=4 CEM=第一代颗粒5=FBGA132封装形式 R=无铅无卤素B=包含坏块C=工作温度0-70

那么其中红色字体为关键信息,这颗粒是4Die 4CE的。4颗闪存共组成16Die 16CE,刚好塞满SMI2258主控最大容许的32CE的一半。那么意味着在512GB还有1TB容量的盘上还会有32CE塞满的更高速度。

缓存是南亚NT5CC256M16DP-D1( 512MB DDR3 1600 C11)这颗缓存本身并没什么好说的。只不过SMI2260主控的INTEL 600P 512GB也采用了这块缓存芯片。而这块盘只是V5S 256GB而已。256GB使用了512MB容量的大缓存有好处当然也有劣势。

优势：SSD的缓存主要是放FTL映射表的。另外还有存储一些页大小的数据。还有合并优化中的用户数据。否则没必要用那么大的缓存。每次IO读写时SSD都会从FTL里面查询或更新闪存的真实地址。FTL表的响应速度快但体积庞大。256GB的SSD使用512MB缓存可以比256MB的缓存得到更快的响应速度。而且4K的读写性能也会获得更加稳定的效果。

劣势：外置大缓存对性能寿命都有很大帮助,得到好处的同时代价和风险也很大。进行优化写入技术对掉电要求很高。风险很大。缓存越大。在掉电的时候。丢失缓存里的数据的可能就越大。我们知道缓存的DRAM芯片是易失性的。SSD将缓存里的数据会不断的写入到闪存中去防止数据丢失。但是脸不好的情况下。掉电时刻恰好发生数据丢失。而且刚好就是缓存里面的数据。256MB丢失的数据量只是512MB丢失的数据量的一半而已。

其实现在有更高级的DDR3 STT-MRAM是非易失性的。就像NAND闪存那样即使断电也能保留缓存的数据。并且不需要硬盘向闪存刷新缓存内容。这种作为DRAM是最合适不过了。但是成本过高。何况每当一种新产物出现解决老问题的同时又将会出现一个新问题。且当顺口一说吧。

AS SSD BENCHMARK这个SSD测试软件很多人都用过。很多人都骂过。很多人都说作弊过。很多人说不准过。有人说是测试神器有人说是垃圾作弊软件。我只想说一个软件是垃圾还是神器关键看你怎么去用！

1、不同的CPU不同的加成。

这个盘在我的X230顶配笔记本上使用I7 3520M。开启电源管理中的性能最优化的跑分如上。这个测试其实有个积分公式：总分=0.08x持续读取+0.16x持续写入+2x4k读取+1x4k写入+1.5x4K QD64读取+1x4K QD64写入

如果使用I7 6700K去跑呢？就是这个结果。可见CPU的强大。对于4K成绩的读写是影响最大的。所以这个软件的4K跑分部分和你CPU的强大程度是有一定关系的。跑分低不要单纯的赖盘不好。看看自己的4K成绩再看看自己的CPU。就会明白了。

我们在前面的介绍过由于TLC的特性决定了读写较慢。TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？所以大部分TLC SSD都配置了SLC Cache对读写进行加速。并不是真实的SLC闪存。SLC闪存的每个基本存储单元只存储1bit数据。所以读写速率优于2bit的MLC和3bit的TLC。TLC SSD配置SLC Cache本质就是TLC闪存里划出一部分TLC空间。其中的每个基本存储单元中只写入1bit的数据。将这部分TLC空间模拟成SLC进行数据读写以提升SSD的性能。SLC Cache在数据写满后就会将SLC Cache里面的数据写入到TLC闪存中。并擦除SLC Cache再次写入数据。虽然不同厂家固件的算法不同。但是基本的原理是一致的。

很多同学说要让TLC原型毕露。你直接跑AS SSD BENCHMARK的10GB测试块就可以了。原理其实就是扩大测试的数据块超过SLC Cache的容量。让TLC的效能暴露出来。其实我想说如果想更了解这个盘的SLC CACHE机制从3G 5G 10G这个顺序跑即可。

3G一跑。TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？你会发现这个盘的持续写入已经跌了一半了。

跑5G。持续写入继续跌

跑10G。持续写入继续跌

这说明持续写入从3GB测试块开始暴跌。说明了SLC CACHE的容量是在3GB以内的。要确定SLC CACHE的大小还得找3GB。

在3GB测试持续读进度条在一半的时候。我们发现持续写入的速度还在486MB/S以上呢。

而进度条过去一半以后。持续写入的速度才跌到300MB/S以内。说明至少前面的1.5GB是SLC CACHE加速下的。那么可以确定SLC CACHE是大于1.5GB小于3GB的。

那么继续跑一个HD TUNE 10GB写入测试看看。总共10个格子10GB。从第二格走完。写入速度开始从400多腰斩到200MB/S。说明这个SLC CACHE就是出厂设定的2GB容量大小。也完全符合AS SSD BENCHMARK前面锁定的1.5GB-3GB之间SLC CACHE大小的测试。

HDTUNE跑全盘的读基本一条线很稳。跑全盘写和跑10G写差不多

带有SLC CACHE的TLC SSD准确来说是有两个AS SSD BENCHMARK分数的。一个是SLC CACHE状态。一个是TLC状态。TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？知道了SLC CACHE大小是2GB之后。要获取这两个分数也比较简单了。

AS SSD BENCHMARK在测试SSD时需要向SSD里面先写入一定的数据量测试写入。然后再测读取。默认数据量大小为1GB。最大为10GB。假如使用1GB数据量测试这个盘的话。测试文件就全部写入到SLC Cache里面了。测试的写入性能就是SLC Cache的写入性能。再读取的话呢。也是SLC Cache里面的读取效能。所以你测试有些TLCTLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？会发现压根就不弱。

1、连续不停得跑三次1GB测试块。连续不停的意思是鼠标点在START上。一次测试结束就立即点下一次。第一次为SLC Cache状态。第三次为TLC状态。

SLC Cache容量为2GB。连续跑2次1GB测试之后继续立刻跑第3次就可以获得TLC真实的速度。因为第三次跑的时候SLC Cache已经耗尽不会参与到数据读写加速的过程当中。这个时候测试出来的写入成绩就是TLC SSD真实的速率。

如果跑3GB的话。连续跑两次3GB数据块测试。第一次为SLC Cache混合TLC的状态。第二次为TLC状态

那么上面测试主要的用处就是我们需要看TLC状态的跑分速度。如果这个TLC状态的跑分你可以接受。那么SLC Cache状态的跑分就更能接受了。如果TLC状态的跑分实在太低你接受不了。那么果断点退货把。

一般你看到的测试分数都是在空盘状态下的AS SSD BENCHMARK跑分。

那么要明白随着数据写入越来越多的情况下。速度会发生的变化是什么。也就是我们常说的。随着写入量的增加。会不会明显掉速。最简单的办法就是在接近满盘容量下进行测试。我在盘写满92%的情况下。测试的1GBTLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？数据库的SLC Cache状态的跑分。

盘写满92%的情况下。测试的1GB数据块的TLC状态的跑分。

可以发现空盘和92%容量的跑分并没有什么不同。无论是SLC Cache还是TLC状态都是几乎一致的跑分和速度。但是NTFS格式化之后238GB。当盘内存在236GB以上数据。SLC Cache的状态就直接变成TLC状态了。但是都已经接近满盘状态下了。这个写入效能其实已经没有意义了。这时候更重要的是读取效能。

在不分区的情况下进行RAW下的IOMETER 128K QD32持续写入1TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？分钟。设置图如上。

然后打开这一TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？分钟生成的CSV文件。找到平均写入速度为147MB/S。然后将 SSD 容量除以这个测试结果。获得执行两倍于 SSD 容量的 128KB 持续写操作所需要的时间。(256GBX1024MBX2)/(147MB)=3566秒=59.44TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？分钟。

稍微宽松一些直接把128K SEQ的模板时间改60TLC洪水猛兽来了，SSD还能放心买吗？分钟进行填盘

然后执行5000秒的4K QD32随机写入测试。

制作出散点图

去掉最开始一段的高峰。和零星的高峰散点后。可以发现最低谷也在1000IOPS以上。而主区域是1500-5000IOPS之间的密集区域。平均值在3342IOPS。

那么最前面的一段高峰可能是SLC Cache写入释放的轨迹。

而最后500秒的IOPS平均值也在3234IOPS。这说明5000秒的全盘4K QD32写入过程中。速度基本是匀速的。虽然是TLC闪存也并没有在强大的写入压力下产生严重的写入衰减。

对于早期的TLC SSD盘。由于固件不够壮硕。出现的问题还是比较明显的。就拿SMI的主控来说把。早期试水TLC闪存的SMI2246EN搭配TLC闪存的时候一片骂声和不信任的呼声比比皆是。在SMI2256主控时代是TLC适配的一个学习期。SMI也在不断学习如何去掌控TLC。到了SMI2258和SM2260主控SMI对TLC的掌控才达到一个成熟期了。从一个普普通通的TLC盘测试里。可以感受到固件的壮硕才是TLC盘的根本。

那么作为一个普通消费者我们在闪存涨价20%的情况下不得不去购买SSD这一定是刚需。那么建议趁着MLC的尾巴还没跑。入几块MLC的SSD。当然如果你觉得MLC太贵了。想选择一款相对性价比较高的TLC盘的话。那么至少要考虑以下几个方面的问题

1、你需要了解这个盘SLC Cache和TLC两个状态下的表现。且TLC状态下的表现你要能够接受。

2、主控要支持LDPC纠错。

3、固件是否壮硕？包括盘内有数据的情况下。TLC状态的读取和写入会否明显掉速？

4、建议选择TLC作为系统盘。重要的数据选择MLC也不是百分百靠谱的。建议做好备份。这才是万全之策。