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TLC固态硬盘为何非要用SLC Cache,TLC固态硬盘到底值不值得买?

发表时间:2020-01-15 15:41:07 硬盘论坛
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随着Intel发布540系列固态硬盘,现有东芝/西数、三星、SK Hynix、Intel/美光四大闪存联合体全部进入了TLC闪存时代。TLC替代MLC的主要推动力就是降低成本,提升存储容量,带来的弊端则是性能相比MLC闪存有所下滑,尤其表现在写入速度上最为明显。那么TLC固态硬盘到底值不值得买呢?TLC固态硬盘普遍采用的SLC Cache真的如一些媒体所说,是单纯为了欺骗测试软件,忽悠广大消费者吗?

TLC闪存固态硬盘

闪存使用保存在Floating Gate中的电子来存储数据,对于最简单的SLC闪存来说,有电子表达1,没有电子表达0,而MLC和TLC则是根据电子的数量多少来判断到底表达怎样的数值。

闪存使用Floating Gate记录数据

在单个存储单元中,SLC拥有两种状态,仅能存储一个1个比特(八分之一字节);MLC拥有四种状态,可以存储2个比特;TLC拥有八种状态,可以存储3个比特。论存储容量自然是TLC最给力,但是同样的电子要区分出8种状态,难度显然要比SLC和MLC大很多,因此在写入性能上会表现的更为吃力一些。

SLC/MLC/TLC表达数据的状态

为了弥补TLC写入速度慢的这个短板,SLC Cache应运而生,通过减少电子状态层级以SLC闪存的模式工作,达到几乎等同于SLC闪存的读写性能。当前所有TLC固态硬盘都具备SLC Cache这一特性,不过争议也正在于此,不少网友认为SLC Cache就是个坑货,除了忽悠跑分软件之外别无它用。

东芝Q300 480G固态硬盘

SLC Cache的容量毕竟有限,当缓存写满之后速度就会出现明显下滑,当然了不同型号之间这个下滑幅度也是有很大差异的。下图是东芝Q300 480G固态硬盘的HDTune写入基准测试,可以看到当SLC缓存用尽后,Q300 480G依旧能保持大约250MB/s的持续写入性能,而有些TLC固态硬盘在这种情况下仅有不到70MB/s的写入速度,差距明显。

Q300 HDTune写入基准测试,缓存外写入速度依然有250MB/s左右

本文重点来解答SLC Cache的作用,除了提高跑分之外,还有什么原因促使TLC固态硬盘一定要配备这个招人骂的特性。首先为大家介绍混合读写的概念,除了跑分之外,日常大家使用电脑的过程中,硬盘的读取和写入是同时混杂在一起进行的,根本没办法将他们完全分离,这就导致日常使用和跑分的巨大差异。

下面使用Txbench软件来进行混合读写的测试,这个软件可以自定义测试区块大小、测试模式(读取/写入、持续/随机)和多种测试模型的混合比率。首先来测最简单的持续读取:128KB区块4K对齐,这也是很多跑分软件经常测试的持续读取项目

Txbench Advanced自定义测试

东芝Q300 480G固态硬盘持续读取速度521MB/s,和大家日常跑分所见基本吻合

东芝Q300 480G,128K区块4K对齐100%读取

但实际使用中,由于系统日志文件的影响,硬盘不可能只读取不写入。那么接下来我们在100%的读取当中混杂入1%的写入操作,这样就变成了99%读取1%写入,依然是读取为主的情形:

加入1%写入用作干扰

读写操作混合之后就发生了微妙的变化,100%读取时520MB/s的速度,按理说降低到99%读取不应该是514MB/s左右吗?但实际上读取速度降低到481MB/s,而写入速度则是4.7MB/s,读写速度加在一起也不到490MB/s了,显然读写操作一旦混合就会引发性能降低,不管是MLC还是TLC闪存,都是如此。

东芝Q300 99%读取1%写入

如果再加大一点写入操作所在的比例,比如说将写入增加到10%,读取占90%,依旧是128K区块4K对齐持续测试,结果更加惊人:读取速度降至301MB/s,而写入速度则是33MB/s,相比100%全部读取时候,读写操作混合之后,90%的读取比率下读取速度实际下滑了42%!

东芝Q300 90%读取10%写入

为了观全局,我完整测试了从100%读取到100%写入的混合操作带宽变化,蓝色为读取速度曲线,橙色为写入速度曲线,灰色则是读写操作总带宽。

混合读写带宽测试

上图可以明显看到,读取和写入如果混杂在一起进行,综合性能将出现较为明显的下滑,尤其是从100%读取到90%读取10%写入这个区间,下滑最为明显。

TLC闪存的缺点在于写入性能较MLC低,写入对读取的影响将更多,SLC Cache的作用除了提升跑分之外,更有深一层的意义,那就是尽快将混杂在读取中的写入操作尽快完成,避免影响其他的读取操作性能。这就是为何当前没有不使用SLC Cache的TLC闪存固态硬盘——SLC Cache不是单纯作恶的,它是有实际价值的存在。

尽管SLC Cache掩盖了TLC固态硬盘的真实写入速度,但通过PC Mark 8这类实际使用性能测评软件仍然能够检测出它在实际应用中的表现水平。比如今天测试的东芝Q300 480G固态硬盘PC Mark 8存储测试评分就达到了4924,超越了一些低端MLC固态硬盘的表现。考虑到它的售价尚不足800元,拥有任何一款同容量等级MLC固态硬盘所无法比拟的高性价比。

东芝Q300 480G PC Mark 8存储性能测试

总结:写入速度并未固态硬盘的无用属性,SLC Cache不是花瓶也不是恶魔。选购TLC固态硬盘更需谨慎选择原厂型号,才能保障性能与品质表现。

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