SSD QLC, sono veloci e affidabili anche se sulla carta non dovrebbero esserlo

Nelle ultime settimane abbiamo avuto occasione di imbatterci in diversi articoli pubblicati online che dipingono gli SSD QLC (quad-level cell) come prodotti immaturi, lenti e inaffidabili. In realtà le cose non stanno propriamente in questi termini e le unità a stato solido basate su chip 3D NAND di tipo QLC possono risultare inferiori alle precedenti soltanto sulla carta, a livello puramente teorico.

Le memorie 3D NAND di tipo QLC sono capaci di conservare 16 valori per cella (2⁴ dove 4 sono appunto i bit gestiti) e di conseguenza accrescono del 33% la capacità dei chip rispetto alle versioni TLC (triple-level cell). I vantaggi di una simile impostazione sono evidenti: maggiore densità, possibilità di creare unità SSD più capienti mantenendo inalterate dimensioni e fattore di forma, costi di produzione inferiore che si traducono in prezzi inferiori per gli utenti finali.

Quali sono i potenziali problemi dei chip QLC? Ogni cella di memoria conserva un numero variabile di valori: nel caso delle memorie QLC i bit da memorizzare sotto forma di corrispondenti valori di tensione sono quattro; nelle memorie TLC erano tre (per un totale di 8 valori possibili).

Fonte: Micron.

I valori di tensione possono essere approssimati: nelle memorie SLC (single-level cell, 1 solo bit memorizzato), il valore 0 si esprime ponendo la tensione nella “finestra” compresa tra 0 e 5 V; il valore 1 è rappresentato con un livello di tensione compreso tra 6 e 11 V.
Conservando più bit e quindi più valori, le “finestre” per le tensioni sono notevolmente più ridotte perché i valori da gestire sono in numero significativamente maggiore.
Con i chip QLC ci si è spinti all’attuale estremo e con il trascorrere del tempo potrebbe non essere semplice recuperare o scrivere con accuratezza i valori corretti agendo sulle tensioni.

Nell’articolo Hard disk o SSD, caratteristiche e differenze abbiamo messo in evidenza le fondamentali differenze tra SSD basati su chip di memoria SLC, MLC, TLC e QLC.

Diversi produttori hanno annunciato, nei mesi scorsi, le loro unità SSD basate su chip QLC: si tratta di manovre poco assennate e di prodotti che non offrono neppure un livello di affidabilità minimo? Nient’affatto.
Tenendo ben presente che vi sono palesi differenze tra gli SSD destinati a uso business/professionale e quelli progettati per l’utenza consumer (vedere SSD, differenze tra le unità consumer e quelle destinate alle imprese), va detto che i nuovi SSD QLC offrono prestazioni di primo livello e garanzie concrete in termini di durabilità.

Sulla carta gli SSD QLC sono peggiori in termini di prestazioni e affidabilità rispetto ai predecessori: i produttori, tuttavia, sono ben consapevoli dei limiti delle memorie 3D NAND QLC e utilizzano misure appropriate per mitigare le carenze intrinseche: over provisioning, cache RAM, cache SLC e controller avanzati appositamente ottimizzati.

L’unità SSD Intel 660p è ad oggi una delle più veloci disponibili sul mercato consumer pur utilizzando memorie 3D NAND proprio di tipo QLC (ne avevamo parlato esattamente un anno fa al momento dell’annuncio da parte della società di Santa Clara: SSD QLC Intel 660p: i più economici sul mercato).
Le prestazioni in lettura e scrittura sequenziale oltre che random 4K dell’SSD Intel 660p sono ai massimi livelli e anche nell’eventualità in cui si esaurissero entrambi i buffer della cache SLC – cosa peraltro piuttosto improbabile – le prestazioni dell’unità restano comunque adeguate a tutti gli impieghi tipici.

Le NAND QLC sono oggettivamente più lente rispetto alle TLC ma grazie all’utilizzo, come evidenziato in precedenza, di una serie di “attenzioni” la differenza non è così marcata come ci si potrebbe aspettare e come alcuni continuano erroneamente a riportare.
Nel caso delle unità SSD Intel 660p le prestazioni della cache SLC sono eccellenti e consentono di fidare su un significativo incremento delle prestazioni in fase di scrittura dei dati (il controller SM2263 di Silicon Motion permette di arrivare fino a 1.800 MB/s in lettura/scrittura sequenziale mentre in random 4K l’unità viene accreditata di 220.000 IOPS).

Le prestazioni di lettura di unità come le Intel 660p sono sostanzialmente in linea o migliori rispetto agli altri SSD NVMe di fascia bassa basati su memorie TLC e risultano ineguagliabili dalle unità SSD SATA. L’unico neo, nel caso dei 660p, sono le performance durante carichi di lavoro misti: l’unità non è particolarmente efficiente nel sospendere le operazioni di scrittura per prioritizzare il completamento di una più veloce operazione di lettura.

Per quanto riguarda la durabilità, gli utenti normali non esauriranno mai i cicli P/E (program/erase) che i produttori di SSD QLC indicano per le loro unità e le valutazioni di durabilità per le unità 660p restano ancora superiori a quelle delle unità SSD 2D “planari” basate su MLC.
Proprio grazie al controller efficiente e agli algoritmi di caching SLC utilizzati, gli SSD 660p possono arginare efficacemente il problema della Write Amplification: vedere il nostro articolo SSD, come funzionano le tecnologie che li rendono più veloci. E non è una novità perché anche le unità SSD basate su memoria TLC equipaggiate con buffer SLC (sostanzialmente tutti i prodotti in commercio) riescono a limitare efficacemente la perdita di prestazioni e ad aumentare la durata dell’unità.

Come indicazione generale, comunque, suggeriamo di non dare troppa importanza alle indicazioni SMART, non solo nel caso delle unità QLC ma anche di quelle facenti uso di altre tipologie di memorie. Nell’articolo SSD, perché possono morire senza avvisaglie da parte del sistema SMART abbiamo spiegato perché e in quali circostanze un’unità a stato solido può improvvisamente risultare danneggiata senza aver ricevuto alcun allerta dovuto alla variazione dei parametri SMART. L’unica soluzione è definire un’efficace politica di backup indipendentemente dalla tipologia di supporti per lo storage dei dati, siano essi hard disk o SSD.

Le unità SSD basate su memorie NAND 3D TLC sono superiori alle unità SSD 2D MLC sotto ogni aspetto e i dispositivi QLC si pongono nello stesso solco.
Le unità a stato solido QLC hanno dimostrato in particolare che l’utilizzo delle nuove memorie è comunque adatto ad applicazioni general-purpose: la maggior parte degli utenti non ha neppure bisogno di sapere o di preoccuparsi se l’unità utilizza chip QLC invece di memorie TLC.

Unità come le Intel 660p offrono prestazioni notevolmente migliori rispetto ai vecchi SSD SATA a fronte di un costo leggermente maggiore e di un piccolo scotto da pagare in termini di efficienza energetica. Il rapporto qualità/prezzo è tuttavia ai massimi livelli e permette di utilizzare unità SSD come le 660p anche per l’installazione e la gestione di sistema operativo e applicazioni.

Suggeriamo anche la lettura degli articoli Come verificare se il PC è compatibile PCIe NVMe e Costi e velocità di SSD e hard disk a confronto.