Slc кэш как очистить

Обновлено: 09.01.2025

Недавно бегло знакомились с новой бюджетной QLC-платформой Phison на примере Seagate Barracuda Q5 500 ГБ, теперь вот появилось – чем дополнить. Тут может возникнуть вопрос – а стоит ли вообще уделять столько внимания подобным бюджетным (даже уже, скорее, ультрабюджетным) накопителям. Во-первых, их таких будет много. В розницу подобными моделями уже точно торгуют Corsair и Silicon Power. Возможно, и не только они – просто специально не искал, а так-то продукт доступен всем партнерам Phison, да и непопулярным ему оказаться сложно. Хоть истинные гурманы и будут крутить носом, но дешевые накопители всегда продаются лучше дорогих. Во-вторых, еще большую популярность такое получит в ОЕМ-сегменте – поскольку какой там в ноутубке SSD пока не купишь не узнаешь, и носом покрутить даже не выйдет. Причем на обзоры даже ориентироваться бесполезно, поскольку для них могут существовать специальные сэмплы… но, кстати, пару «тысячедолларовых» ноутбуков с SSD на четырехканальной модификации Phison E12 и QLC NAND нам уже за последний год точно приносили, а E13T еще дешевле благодаря отсутствию DRAM, так что тем более интересен производителям. Так что и покупателям желательно об этом всем знать побольше – шансы столкнуться велики. Ну и третий пункт (для меня так самый важный) – с бюджеткой играться даже интереснее. Не в том плане, что можно сделать какие-то великие открытия – а в том, что там вообще хот чего-то накопать можно. Optane SSD тестировать скучно – там своей дури достаточно, чтоб каких-то ухищрений не придумывать. В недорогом SSD всяких программных костылей, маскирующих врожденные недостатки будет много.

Вот один нашелся. Интересный с точки зрения теории. Напомню – о чем вообще речь: Seagate Barracuda Q5 это линейка SSD на базе контроллера Phison E13T и 96-слойной QLC 3D NAND Micron с кристаллами по 1 Тбит. Таковых может быть 4, 8 или 16 – что дает емкость в 500 ГБ, 1 ТБ или 2 ТБ. Высокие скорости достигаются исключительно в пределах SLC-кэша, причем для младшей модели это будет верно и при чтении данных: всего четыре кристалла без чередования сами по себе даже читаются не быстро. Чуть более дорогие модели на TLC побыстрее не только из-за того, что сама по себе такая память быстрее, но и потому, что кристаллы там обычно по 512 Гбит или даже 256 Гбит – так что их самих больше. И весь массив памяти в итоге быстрее. Но для QLC «однобитный режим» (т.е. то самое SLC-кэширование) вообще жизненно важен.

Что в этом плане известно про последние контроллеры Phison? Во-первых, под кэш они могут использовать весь массив ячеек. Т.е. в теории «быстро» записать можно примерно треть свободного места в SSD на TLC и четверть на QLC. На деле – чуть-чуть больше, поскольку есть небольшой резерв емкости для выравнивания износа и замены «умирающих» ячеек, но не принципиально. Таким образом, максимальная емкость SLC-кэша при 500 ГБ QLC NAND составляет порядка 125 ГБ. Но это в идеале – поскольку «расчищать» кэш большинство современных контроллеров не рвется. И касается это не только Phison. Логика в этом есть – если накопитель используется в качестве «системного», большинство операций записи – это временные файлы. Создаются, раз-другой читаются и удаляются. Специально освобождать место не нужно, записывать их на долгое хранение – тем более не нужно. Нужно как раз просто быстро записать и быстро же прочитать. Что и сделано. Такая логика работы сносит крышу низкоуровневым утилитам, поскольку они сами (внезапно!) работают также: создают небольшой временный файл, немного внутри него чего-то делают, а потом удаляют. Но не для них, в общем-то, все затевалось. На практике подход полезный.

До тех пор, пока мы не пытаемся записать реально много информации – и надолго. Кэш при этом рано или поздно «кончится», а раз под него ушли все ячейки – то дальше экстренно придется и старые данные ужимать, и новые принимать. Поэтому в таких случаях скорость записи оказывается более низкой, чем могла бы без SLC-кэширования. В общем, нельзя быть на практике одновременно быть здоровым и богатым (точнее, можно – но только если изначально ну очень богатым). На практике оно не слишком мешает при использовании устройства по прямому назначению. А вот если поставить такой SSD дополнительным под данные – будет мешать. Равно как и в том случае, когда на нем этих самых «долговременных» данных относительно много, да еще и они регулярно обновляются. При большой емкости такое может получиться и на практике: если это основной и единственный SSD в ноутбуке. А может и для дополнительного не получиться – если это второй SSD «чисто под игрушки» например. В общем, просто все нюансы нужно учитывать заранее.

Но делать это просто только в «вырожденных» случаях. Например, если мы пытаемся записать на SSD весь его объем за короткое время. Получаются характерные графики, к которым уже все привыкли. А если заполнение происходит не одномоментно, но пишем мы «больше кэша» и в процессе ничего не стирая? Тут какая-то часть данных будет расчищаться – чтобы можно было опять писать быстро. Варианта работы два – «житейская» очередь (FIFO) и стек (LIFO). С первым – понятно: первыми в основной массив переносятся самые старые данные из кэша, причем даже если он еще «не кончился», но просто прошло отведенное время – раз уж сразу не стерли, значит, наверное, надо хранить. Но при той же оптимизации «под темпы» — возможен и второй: чем позже записали, тем больше шансов, что сотрут (не через час, так через два). А что мы имеем в этом случае?

Тут на помощь приходит старый добрый NASPT. Картинка чуть отличается от более ранней – поскольку это другая платформа и, главное, немного другое программное обеспечение. Но это детали. А вот значима логика работы программы и способ ее использования: сначала она записывает файлы, которые будет читать любым способом или писать с произвольной адресацией, а потом уже идут сами тесты. Можно сразу после создания файлов, можно с паузой – чтоб внутренние процессы после подготовки успели завершиться. Я, естественно, давно пользуюсь вторым способом. А для тестирования в заполненном состоянии между «подготовкой» и тестированием на накопитель записывается еще куча файлов на 80+% емкости, которым тоже даем отлежаться с пол-часика.

Процесс создания файлов идет снизу вверх (если смотреть по диаграмме), первая подготовительная (обязательная) фаза – 160 ГБ, дополнительная до повтора тестов – еще 240 ГБ. Судя по результатам, самые старые файлы вытесняются только на стадии заполнения – почему падает скорость их чтения. Несмотря на то, что записали мы, вообще-то, и при подготовке больше, чем емкость кэша – «чистить» его контроллер практически не желает. Поэтому, кстати, и скорость записи оказывается стабильно низкой – а некуда писать быстро. Запас ячеек не сделан.

Вот если стереть что-то записанное – точно появится. Но только в тех количествах, сколько сотрем. Поэтому подойдем к вопросу получения красивых циферок просто «в лоб»: все тесты будет готовить и запускать по одному. Причем по циклу «подготовка-прогон-очистка». В этом случае у нас самый большой объем предварительной записи – 64 ГБ, т.е. от максимальных для пустого SSD 125 ГБ свободна почти половина.

Красное – это тестирование пустого накопителя, и синее – это тестирование пустого накопителя. В одинаковых условиях, одной программой – но с небольшой сменой алгоритма ее использования. Заявленные скоростные показатели, кстати – 2300 МБ/с при чтении и 900 МБ/с при записи. На чтении получилось чуть меньше, а на записи – даже больше. Главное – «правильно» читать и писать: не выбираясь за пределы SLC-кэша. И тут, кстати, повезло в какой-то степени, что попался накопитель всего на 500 ГБ – у терабайтного Q5 кэша уже порядка 250 ГБ, так что после записи 160 ГБ там бы осталось достаточно места, чтобы все проскочило без сучка без задоринки, а проблемы начались бы на следующем этапе тестирования – после заполнения данными «до упора».

Низкоуровневые же утилиты «пробить защиту» не могут – они создают маленький файл, что-то с ним делают и удаляют. И именно маленький – по-умолчанию всего-то с 1 ГБ обычно. А это даже на уже «пожившем» и поработавшем накопителе с вероятностью 146% попадет в кэш. Единственный вариант что-то увидеть – как раз в таком состоянии (а не из коробки) прогнать какой-нибудь CrystalDiskMark не менее двух раз и сравнить результаты. При повторном запуске они должны увеличиться – поскольку создание и удаление рабочего файла при первом «расчисти» место в кэше. Только никто так не делает обычно. И вообще считается, что для бюджетных SSD подходят простые и быстрые методики тестирования. Да нет – простых как раз достаточно разве что для топовых моделей: где все и так хорошо. Без дополнительных ухищрений – способных сильно испортить жизнь, если разработчики «не угадают» с рабочими сценариями.

Ну а основные выводы не меняются. Бояться QLC не нужно. Избегать при прочих равных – полезно. Поскольку оно и на том же кэшировании скажется: потенциальный размер SLC-кэша на 500 ГБ, соответственно, 125 и 166 ГБ – так что и реально в него «попасть» на TLC будет проще. Ну а так основная «хорошая» ниша для SSD на этой памяти – дополнительные накопители, причем высокой емкости. В этом случае и экономический эффект более заметен – и тормозов поменьше. По разным причинам возникающих – но результат-то одинаковый.

Ты купил современный SSD и довольный устанавливаешь его в свой ПК. Сразу же, на высокой скорости, начинаешь переносить на него данные с других накопителей. И вдруг в какой-то момент скорость записи на SSD падает в несколько раз. Что произошло? Почему падает скорость записи? Все дело в SLC-кэше.

Сегодня существуют твердотельные накопители на четырех типах памяти:

Samsung — единственная компания, которая продолжает называть всю свою память MLC, лишь добавляя количество бит на ячейку. И часто это вводит покупателей в заблуждение. Например, 3-bit MLC, хотя по факту это TLC.

Сегодня самыми распространенным типом памяти в твердотельных накопителях является усовершенствованный 3D NAND TLC. Невысокая цена производства, высокая плотность данных, современные контроллеры и использование технологий SLC-кэширования позволили производителям значительно повысить скорость и ресурс TLC накопителей. Но все ли так хорошо, как кажется на первый взгляд?

Что такое SLC-кэш, и как он реализован

Чтение и запись данных на SSD-накопитель происходит по битам. Запись в ячейки SLC памяти самая быстрая, так как одна ячейка содержит лишь один бит. С TLC-накопителями сложнее. Чтобы записать одну ячейку, необходимо несколько раз считать с нее данные, для того чтобы далее их правильно записать. А дополнительные операции чтения с ячейкой значительно увеличивают время.

И для того, чтобы повысить скорость записи в TLC ячейки, производители прибегли к простой хитрости. В начале записи контроллер сохраняет данные по одному биту на ячейку, что называется режимом SLC. Это значительно увеличивает скорость записи. Продолжая запись, контроллер в фоновом режим уплотняет записанные данные в ячейку, преобразуя ее в трехбитную. Но такая быстрая запись не может быть постоянной. Объем накопителя все же рассчитывается из трех бит на ячейку. Следовательно, после заполнения SLC-кэша, скорость падает и достаточно сильно. SLC-кэш бывает реализован разными способами:

Следовательно, на QLC накопителях в таком режиме максимальная скорость будет на четверть свободного объема накопителя или меньше — все зависит от реализации SLC-кэша. Пример SLC-кэша на Smartbuy Nitro 480GB (SBSSD-480GQ-MX902-25S3). Объем SLC-кэша на QLC накопителе составил всего 23 % от общего свободного объема SSD.

Большинство пользователей не столкнутся с заполнением SLC-кэша при работе с SSD накопителем и вот почему:

Для того чтобы заполнить SLC-кэш накопителя, необходимо записывать на него большой объем данных с другого SSD-накопителя. А пока у большинства пользователей в ПК используется всего один SSD и запись больших объемов данных бывает редко.
При скачивании данных из интернета, пропускная способность канала 100 Мбит не позволит SLC-кэшу переполнится.
При установке и распаковке игр на накопитель, больше задействован процессор и оперативная память, запись на накопитель происходит нелинейно.
При скачивании данных с жесткого диска, скорость которых меньше SSD в несколько раз, SLC-кэш в большинстве случаев не успеет заполниться, чтобы снизить скорость записи
Просмотр видео высокой четкости тоже никак не скажется на скорости вашего накопителя, несмотря на кэширование браузера.

Как определить объем SLC-кэша?

SLC-кэш на разных тестах и при разных условиях может показывать разные значения. Все зависит от того, как в данный момент используется накопитель. Поэтому все тесты лучше проводить на абсолютно новом пустом SSD накопителе, при этом не используя его в качестве системного. При установке операционной системы на SSD, даже в покое происходят операции чтения и записи, а следовательно результат будет не совсем точный.

Подготовка SSD накопителя

Если накопитель уже используется как дополнительный, лучше его очистить или отформатировать. Дальше необходимо выполнить команду TRIM через оптимизацию накопителя средствами Windows. Для этого переходим в «Этот компьютер» («Мой компьютер»).

Правой кнопкой мыши нажимаем на наш SSD и выбираем Свойства.

Переходим во вкладку Сервис и нажимаем кнопку Оптимизировать.

После чего выбираем снова наш SSD накопитель и наживаем кнопку Оптимизировать.

После данной операции необходимо дать накопитель «отдохнуть» примерно 15 минут и не выполнять с ним никаких операций.

Первый способ

Для определения SLC-кэша нам понадобятся программы, которые могут непрерывно линейно записывать данные на накопитель. Это можно сделать утилитой AIDA64, в разделе Сервис → Тест диска.

Далее в новом окне AIDA64 Disk Benchmark, в первом выпадающем списке меню выбираем Тест линейной записи (Linear Write), а затем накопитель, который необходимо протестировать.

ВАЖНО! Сразу после начала этого теста все данные с накопителя будут удалены!

Второй способ

Не настолько точный, как тесты утилитами, но тоже наглядный и очень понятный. Для этого нам понадобится второй SSD-накопитель, назовем его «исходный». (исходный SSD накопитель может быть даже системным). Для максимальной точности скорость чтения Исходного SSD должна быть выше, чем скорость записи тестового SSD, на котором будем определять объем SLC-кэша. На исходном накопителе создаем папку с объемными видеофайлами. Даже если у вас есть один видеофайл, просто копируем его несколько раз. Объем папки будет зависеть от объема тестового SSD — папка должна быть кратна 100 ГБ, чтобы можно было легко увидеть объем SLC-кэша. Также объем папки должен быть больше, чем треть общего объема тестового SSD накопителя, чтобы на примере одного копирования мы смогли все увидеть. Не забываем подготовить SSD по инструкции выше. Давайте скопируем папку объемом 100 Гб на SSD накопитель ADATA Falcon 256GB (AFALCON-256G-C) и посмотрим на SLC-кэш.

По графику объем SLC-кэша составил примерно 85 Гб. А вот скорость до заполнения SLC-кэша и после составили 1,05 ГБ/сек и 123 МБ/сек соответственно.

Как сильно скорость SSD накопителя может падать после заполнения SLC-кэша?

Ответить на это вопрос однозначно для всех накопителей не получится. И тому есть несколько причин:

Контроллер SSD-накопителя. Чем производительнее контроллер, тем выше будет скорость как до заполнения SLC-кэша, так и после.
Наличие DRAM-буфера на накопителе. В этом буфере находится таблица с адресами данных в ячейках NAND памяти SSD. А это позволяет не считывать данные лишний раз для проверки. Поэтому при наличии DRAM-буфера скорости накопителя выше как до заполнения SLC-кэша, так и после.
Тип NAND памяти, структура ячеек и количество слоев также влияют на скорость.
Файлы разного объема и их количество влияют на скорость записи, а следовательно — скорость заполнения SLC-кэша. Копируя на SSD много мелких файлов, скорость записи будет низкая, и заполняться SLC-кэш будет медленнее.
Перегрев и последующий троттлинг контроллера может снизить скорость NVMe SSD накопителя до заполнения SLC-кэша.

Вот пример недорого SATA SSD накопителя Patriot P210 128GB (P210S128G25)

Скорость после заполнения SLC-кэша падает до 71,5 МБ/сек. И это скорости прямой записи в TLC режиме.

Теперь давайте посмотрим, на что способны топовые NVMe SSD накопители на примере Samsung 970 EVO Plus 1TB (MZ-V7S1T0BW).

Даже после заполнения SLC-кэша скорости падают не значительно и остаются высокими до полного заполнения SSD-накопителя.

Если мы посмотрим на Smartbuy Nitro 240GB с QLC чипами памяти, то тут сразу видно еще более сильное снижение скорости до 22 МБ/сек. Даже не нужно ждать окончания теста — по графику все и так понятно.

Без SLC-кэширования не обходится ни один современный SSD-накопитель. Причем не важно, на каком типе памяти он построен — TLC или QLC. Благодаря SLC-кэшу мы имеет такие высокие скорости. И пусть на разных накопителях разный объем кэша, при обычном использовании мы никогда не увидим значительное снижение скорости, так как просто не сможем заполнить SLC-кэш. Конечно, если вы работаете с видеофайлами, особенно с разрешением 4К, и вам постоянно приходится перемещать их, например при видеомонтаже, то не стоит покупать дешевые SSD накопители. Лучше заранее посмотреть тесты и обзоры и выбрать оптимальный вариант. В большинстве же случаев SLC-кэш так и останется чем-то неизвестным.

Некоторое время назад в комментариях к одному моему обзору возникла достаточно интересная дискуссия, которая позволила обратить внимание на один интересный аспект заполнения SLC-кэша в твердотельных накопителях.

SLC-кэш - это такая зона (некий объём, точнее сказать) из всей ёмкости устройства, который при поступлении потока данных используется в качестве места быстрой записи (благодаря неполному использованию ячеек памяти MLC/TLC типа); но после прекращения записи спустя некоторое время контроллер накопителя производит уплотнение записанной ранее информации с высвобождением ресурсов.

Обычно скорость записи в рамках объёма SLC-кэша весьма велика (нередко превышая 400-450 МБ/с при последовательном доступе), но по исчерпании этого объёма скорость записи резко падает, хорошо если втрое-вчетверо, но бывает и в 10-20 раз.

Естественно, если SLC-кэш имеет размер в 30-50% ёмкости устройства (как у многих современных накопителей, например ADATA SU650), то рядовой пользователь практически никогда не столкнётся с деградацией скорости записи, ну кроме как в исключительном случае "сначала записать кучу фильмов в объёме 30-50% от ёмкости устройства, а потом, не дождавшись восстановления производительности, снова начать записывать 30-50% от оставшегося доступного пространства". Если SLC-кэш имеет ограниченный размер (1.5-5%), как у многих накопителей на контроллере Phison S11, то столкновение с деградацией скорости записи неминуемо, вопрос лишь в частоте возникновения таких ситуаций.

Суть случившейся дискуссии заключается в следующем: заполнение SLC-кэша происходит с любой скоростью. Если вы копируете файла большого размера с одного SSD на другой, кэш заполнится за секунды, если вы копируете файл большого размера по сети, SLC-кэш заполнится точно также, вырастет лишь время заполнения, исключительно из-за меньшей скорости загрузки данных.

Проиллюстрирую это картинками.

В наличии был лишь один твердотельный накопитель с SLC-кэшем размером примерно 1.5-2 Гигабайта (Phison S11 + 3D TLC).

Но есть один нюанс - я копирую на него “тяжеленную” папку с файлами и вдруг. скорость падает в 10. раз. Вот так мы и знакомимся с SLC-кэшем, о котором мало кто расскажет, но который есть в большинстве современных SSD.

Сейчас разберемся что это такое, почему и когда падает скорость записи и нормально ли это вообще?

Как обычно, чтобы понять суть вопроса, нужно заглянуть глубоко внутрь. Если разобрать твердотельник, то кроме прочего на плате мы увидим вот такие чипы - это 3D NAND-память.

3D потому, что внутри она как многоэтажный дом с маленькими ячейками, куда и записываются наши фотки, фильмы и прочее, в виде нулей и единиц.

На данный момент широко распространены три типа такой памяти : SLC, MLC и TLC. Понять чем они отличаются друг от друга очень просто.

SLC может хранить в одной ячейке только 1 бит данных, ноль или единицу. В ячейку MLC влазит уже два бита, а в TLC - сразу три. Недавно изобрели еще QLC- там в одну комнату дома влазит уже 4 бита, но этот тип пока редкость.

И вот как вы думаете, какая память лучше? Логика подсказывает, что чем больше влезет в ячейку, тем лучше, правильно. вообще то нет, все не так просто.

Чем больше бит влазит в одну комнату дома, тем сложнее потом найти их адрес - повышается вероятность ошибок и в конце концов уменьшается скорость работы SSD. Да и сама ячейка изнашивается гораздо быстрее.

Вот и получается, что самой быстрой и выносливой памятью является SLC, которая записывает только один бит в ячейку. При этом у нее самая лучшая живучесть, около 100 000 циклов стирания. Тогда как у MLC это может быть уже 10 000, а для TLC - вообще всего 5000 циклов.

Но есть досадный момент - задешево из SLC памяти не слепишь емкий твердотельник, на овер много гигабайт. Это по карману если у вас только своя корпорация, сервера и миллионы долларов.

Смотрите также: Ставим Windows 10 на Mac с чипом Apple M1. Советы и разбор проблем

Напрашивается логический вывод. В абсолютном большинстве потребительских SSD, в этом и любых других, используется либо MLC, либо TLC-память.

И вот здесь и кроется главный секрет SSD, о котором никто не рассказывает. Чтобы побороть одну из основных проблем этой памяти - низкую скорость, как раз и придумали SLC-кэш.

Вот как он работает - метод простой как 5 копеек. Вместо того, чтобы долго расселять в каждую ячейку по два или три бита, “SSD-шник” переходит в скоростной режим и быстренько, не заморачиваясь садит туда только по одному биту. Короче говоря - имитирует SLC-память, отсюда и название - SLC кэш.

После того, как он шустро записал пачку файлов в дело вступает контроллер, который в фоне начинает уплотнять данные. Он как тот комендант в общаге, ходит по комнатам, собирает одинокие биты и тулит их по два-три в одну ячейку.

Этот процесс происходит уже незаметно для нас, мы можем снова что-то копировать или записывать, а комендант все равно будет ходить и в фоне расселять всех максимально плотно.

В общем, когда информации не много, то все отлично - скорости высокие и контроллер не напрягается, но когда ее много - вот тут проявляется главный недостаток такого метода работы.

У каждого SSD есть свой лимит, объем SLC-кэша, которые он может записывать в таком быстром режиме и потом незаметно распихивать по углам. Как только этот лимит достигнут - все, накопитель не тянет, а скорости падают в два, три, 10 или даже 20 раз.

Например. Мой Трансенд подключен к быстрому USB 3.1 Gen 2 и копирует видео с ССД в ноутбуке. Вот он пишет-пишет, скорость отличная, но бац. В какой то момент SLC-кэш заполнен и скорость падает в 7-10 раз! Вот так и происходит первое знакомство с SLC-кэшем.

Но тут я хочу ответить на еще один, очень важный вопрос, поставленный в начале - “нормально ли это?” С современными контроллерами - да.

Как только появился метод SLC-кэширования размер буфера был небольшой, скорости падали уже через считанные гигабайты. Но сейчас - даже в таком маленьком формате, контроллер тянет порядка 35% от всего объема! а это целых 90 гигабайт.

Смотрите также: Apple сообщила, как убрать «розовые пиксели» на новых моделях Mac mini

Конечно, если вы планируете делать бэкапы и лить данные десятками гигов, то SLC-кэш все это дело замедлит на каком-то этапе. Но подавляющее большинство, которое не записывает каждый день по 100 и больше гигабайт туда-сюда, вообще может и не узнать о дропах скорости.

Даже когда накопитель будет забит под завязку и размер буфера уменьшится, все равно в большинстве случаев можно будет получить максимальные скорости под пол гигабайта в секунду. При условии подключения к скоростному USB 3.1 Gen 2.

Таким образом SLC-кэш - это больше добро, чем какое-то скрытое зло. Благодаря ему в таком микро-размере мы получаем и классную емкость и высокую скорость. А тот же контроллер расселяет биты таким образом, чтобы еще и долговечность ячеек продлить.

Такие накопители удобно подключать к ноутбукам, планшетам и даже смартфонам с поддержкой OTG. Они надежные и в большинстве сценариев очень быстрые.

Пишите, сталкивались ли вы с нехваткой SLC-кэша и какой объем файлов обычно гоняете по внешнему диску. Я вот 5 - 10 гигабайт максимум, когда скидываю фото и видео со смартфона.

Читайте также: