Kit Wai Chan - Fotolia
Die Vorteile, Kosten und Einsatzmöglichkeiten von QLC
QLC-Flash bietet eine hohe Dichte, hat aber Einschränkungen bei der Lebensdauer. Wir erklären die Unterschiede zu TLC und MLC, mögliche Implementierungen und Haltbarkeitsprobleme.
Mit den aktuellen Markteinführungen und Erweiterungen der Produktlinien von NetApp und Pure Storage Anfang des Jahres 2023 ist QLC-Flash-Speicher weiter ins Rampenlicht gerückt. QLC ist Quad-Level-Cell-Flash-Speicher und ermöglicht eine wesentlich höhere Kapazität und Dichte bei anderen Solid-State Drives (SSDs).
In diesem Artikel definieren wir QLC-Flash, gehen auf die Gründe für seine Verbreitung ein und untersuchen die Anwendungsfälle, für die es geeignet ist.
Was ist QLC-Flash?
Die Flash-Technologie hat sich von Single-Level-Cell (SLC)- und Multi-Level-Cell (MLC)-Flash über Triple-Level-Cell(TLC) - die alle die Anzahl der Ladungen in einer Flash-Zelle angeben - zu Quad-Level-Cell (QLC)-Flash-Speicher entwickelt.
QLC bedeutet, dass vier Bits pro Zelle gespeichert werden und 16 binäre Zustände möglich sind, wodurch die Kapazität gegenüber früheren Generationen erhöht wird. Bei jeder neuen Speichergeneration stellt sich jedoch die Frage, wie lange solche Steigerungen noch umsetzbar sind.
Mit anderen Worten, wenn all diese Spannungsebenen in immer kleinere Siliziumvolumina gepackt werden, besteht die Möglichkeit, dass mehr Verschleiß auftritt und mehr Dinge schief gehen, was zum Beispiel zu Datenfehlern führen kann.
Die Hersteller von Speicher-Arrays verhindern Datenfehler, indem sie Effizienzsteigerungen in die Software einbauen, um die Nutzung der Zellen auszugleichen, zum Beispiel durch Wear Levelling. Außerdem zielt QLC-Flash auf Anwendungsfälle ab, bei denen keine großen Mengen an Eingabe-/Ausgabezyklen (I/O) zu erwarten sind.
QLC-Flash-Anwendungsfälle
Das Wichtigste über QLC ist, dass es sich nicht für Situationen mit hohem I/O-Aufkommen eignet, also nicht für Transaktionsdatenbanken. Es eignet sich als Speicherlösung für Daten, auf die weniger häufig zugegriffen wird, bei denen der Schwerpunkt eher auf Lese- als auf Schreibvorgängen liegt und bei denen die sequentielle I/O gegenüber der zufälligen (random) bevorzugt wird.
Da es sich bei QLC jedoch um einen Festkörper und nicht um eine rotierende Festplatte handelt, bietet es einen viel schnelleren Zugriff als Festplattenlaufwerke (HDDs). Um dies auf konkrete Arbeitslasten zu übertragen, bedeutet dies, dass vor allem Sekundärspeicher Anwendungsfälle sind, wie zum Beispiel:
- Speicherung von Analyse-Workloads, bei denen große Datensätze einen schnellen Zugriff erfordern.
- Speicherung von Backups, bei denen der Zugriff auf die meisten Daten unwahrscheinlich ist, aber wenn sie benötigt werden, dann schnell ausgeführt werden können.
- Insbesondere im Falle eines Ransomware-Angriffs kann es sein, dass ein Kunde eine große Menge an Daten aus einem Backup sehr schnell wiederherstellen muss.
Beachten Sie jedoch, dass sich mit QLC ausgestattete Array-Produkte in Bezug auf ihre I/O-Leistung von Laufwerken, die mehr oder weniger Cache enthalten, unterscheiden. Damit sind Produkte verfügbar, die sich in Bezug auf die Zugriffszeiten unterscheiden.
QLC-Flash-Kosten
Ein großer Vorteil von QLC-Flash ist, dass es eine höhere Dichte und niedrigere Kosten für Solid-State-Speicher ermöglicht. Einige Anbieter und Analysten geben an, dass der Preis pro Gigabyte (GB) von QLC sei auf dem Weg zur Parität mit Festplattenlaufwerken ist.
Es ist schwierig, umfassende, öffentlich zugängliche Daten zu Festplattenpreisen zu finden, aber diskprices.com verfolgt alle von Amazon verkauften Festplatten, so dass es möglich ist, diese Daten für verschiedene SSD-Typen zu ermitteln.
Zum Zeitpunkt der Erstellung (März 2023) dieses Artikels listete diskprices.com 216 neue interne SSDs auf Amazon.com in Kapazitäten bis zu 8 TB auf. Davon waren neun QLC, 30 TLC und 159 nicht identifiziert, aber wir können davon ausgehen, dass die meisten von ihnen MLC sind, da dies die am weitesten verbreitete Form des Flash-Typs ist.
Und tatsächlich stimmt der Preis pro Gigabyte aus dieser Quelle mit der Speicherdichte der angebotenen NAND-Typen überein:
- MLC: 10 Cents pro Gigabyte
- TLC: 9,6 Cent pro Gigabyte
- QLC: 9,2 Cent pro Gigabyte
Zum Vergleich: Bei HDDs wurden 268 neue interne 2,5-Zoll- und 3,5-Zoll-Laufwerke mit bis zu 8 TB von diskprices.com aufgelistet, und diese lagen bei:
- SAS HDD: 5 Cents pro Gigabyte
- SATA HDD: 3,1 Cent pro Gigabyte
Dies ist ein grober Anhaltspunkt für die Rohkosten pro Gigabyte, berücksichtigt aber nicht die Gesamtbetriebskosten von Speicher-Arrays, die die Ausgaben über die Lebensdauer weiter senken können. Außerdem werden einige der größeren Laufwerke - handelsübliche und proprietäre - nicht berücksichtigt, die den Preis pro Gigabyte ebenfalls senken können.
QLC-Flash in Speicherprodukten
Vier der sechs großen Hersteller von Speicher-Arrays bieten QLC-Optionen in Produkten an, die auf Analysen und sekundäre Anwendungsfälle ausgerichtet sind. HPE und Hitachi scheinen sich derzeit noch in einer abwartenden Haltung zu befinden.
Dell EMC hat sein Scale-out-NAS Isilon 2020 in PowerScale umbenannt und bietet dieses mit QLC-Laufwerken von bis zu 30 TB in den All-Flash-Modellen F900 und F600 an. Diese mit QLC ausgestatteten Produkte zielen auf Analysen, Medien, künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen sowie Deep-Learning-Workloads ab.
IBM kann seine FlashSystem-Familie mit QLC-Laufwerken ausstatten. IBM hat bereits 2020 bekannt gegeben, dass QLC sich wie TLC verhält, indem es seine FlashCore-Module - proprietäre QLC-Laufwerke - einsetzt, um die Lebensdauer der Laufwerke zu verlängern, indem es den Zustand der Flash-Zellen im Laufe der Zeit überwacht und optimiert.
NetApp hat vor kurzem eine neue QLC-Flash-Storage-Array-Familie - die C-Serie - auf den Markt gebracht, die auf Anwendungsfälle mit höherer Kapazität abzielt, die auch die Geschwindigkeit von SSD benötigen. Die C-Serie von NetApp beginnt mit drei Optionen: C250, C400 und C800, die auf 35 PB, 71 PB beziehungsweise 106 PB skalieren.
Die FlashBlade-Familie von Pure Storage basiert auf QLC-Flash-Laufwerken, die in zwei Serien unterteilt sind, die //S und die //E, die sich durch ihre Leistung voneinander unterscheiden. FlashBlade//S packt mehr Cache in die (proprietären) DirectFlash-Module, um die I/O-Leistung zu verbessern, während die //E-Variante mehr auf Kapazität als auf Leistung ausgerichtet ist.
Neben diesen sechs Herstellern gibt es einige Anbieter mit QLC-basierten Produkten.
Vast Data bietet nur Arrays auf Basis von NVMe-verbundenem QLC an. Um die Einschränkungen von QLC abzumildern, tut der Hersteller sein Bestes, um den Datenverkehr mit Storage Class Memory (SCM) zu sequenzialisieren. SCM teilt die I/Os in geringere und weniger zufällige Muster aufteilt.
Darüber hinaus bietet NexSan QLC-Unterstützung in seinen Plattformen der E-Serie F mit bis zu 15,36 TB und der Beast Elite F mit bis zu 7,68 TB. Die E-Series kann als Erweiterung für NexSans Unity Unified SAN/NAS Array verwendet werden.
