So setzen Sie QLC NAND in der Unternehmens-IT richtig ein
QLC NAND erhöht die Speicherdichte von Flash-Medien, bringt aber Herausforderungen bei Haltbarkeit und Geschwindigkeit, die sich nur teilweise kompensieren lassen.
Quad-Level-Cell-NAND-SSDs sind mit ihrer Fähigkeit, vier Datenbits pro NAND-Zelle zu speichern, oberflächlich betrachtet eine bessere Option als ihre NAND-Pendants mit Single-, Multi- und Three-Level-Cell-Technologie. QLC-NAND-Drives haben Kosten- und Kapazitätsvorteile gegenüber SLC, MLC und TLC-Laufwerken, aber auch ihre eigenen Probleme. Ganz oben stehen hier Haltbarkeit und Leistung.
Wie bei QLC beziehen sich die Abkürzungen SLC, MLC und TLC auf die Zahl der Datenbits, die in jeder einzelnen der NAND-Zellen innerhalb des SSD gespeichert werden können. Allerdings sollte man wissen, dass Schreiboperationen NAND-Zellen auf die Dauer zerstören. Jede Zelle kann nur endlich viele Schreiboperationen bewältigen, bevor sie kaputt geht. Wenn also die Zahl der Datenbits, die in einer Zelle gespeichert werden, ansteigt, schrumpft ihre Haltbarkeit. Mit anderen Worten: Wird eine SSD beschrieben, hält sie kürzer als SLC-, MLC- oder TLC-Disks.
Nach einigen Schätzungen unterstützt ein SLC rund 100.000 Schreibzyklen. Bei einer MLC-Disk sind es nur 10.000. Die Zahl steigt mit 3D-NAND auf mehr als 35.000. Aber sogar mit 3D-NAND unterstützt ein QLC-Medium nur bis zu 1.000 Schreibzyklen. Daher passen QLC-Medien nicht zu schreibintensiven Workloads wie Data Warehousing, Hochleistungsrechnen und Online-Transaktionsverarbeitung.
Abbildung 1: Kosten und Anzahl der Schreibzyklen der einzelnen Technologien im Überblick.
Wie man mit den Herausforderungen bei Haltbarkeit und Leistung umgeht
QLC-Zellen können also nach 1000 Schreibzyklen ausfallen, aber das bedeutet nicht, dass das gesamte Laufwerk so schnell seinen Geist aufgibt. Storage-Hersteller verwenden Tricks wie Wear Leveling. Dabei werden die Daten so auf dem Speichermedium untergebracht, dass Schreib- und Löschzyklen gleich auf alle Blocks auf dem Laufwerk verteilt werden, um dessen Lebensdauer zu erhöhen.
Overprovisioning kann ebenfalls die Lebensdauer von QLC-NAND-Drives erhöhen. Hier wird zusätzliche Kapazität zum Laufwerk hinzugefügt, aber noch nicht verfügbar gemacht. Mit Overprovisioning werden Schreib- und Löschvorgänge in einem bestimmten Zeitraum über viele NAND-Flash-Blocks und -Pages verteilt. Das erhöht die Haltbarkeit. Zudem steigt so der verfügbare Pufferspeicher, um Programm- und Löschzyklen zu verwalten, was die Leistung erhöhen kann.
QLC-NAND-Drives haben Kosten- und Kapazitätsvorteile gegenüber SLC, MLC und TLC-Laufwerken, aber auch ihre eigenen Probleme.
Auch die Leistung kann potentiell bei QLC-Disks weniger groß sein als bei SLC-, MLC- und TLC-Disks. Und zwar, weil jede NAND-Zelle vier Datenbits speichert. Ein Datenbit auf eine Zelle zu schreiben, die schon Daten enthält, kann potentiell dazu führen, dass die gesamten Inhalte der Zelle neu geschrieben werden müssen.
Einige Hersteller haben deshalb damit begonnen, Onboard-Cache als Mittel gegen diese Art von Leistungsdefiziten zu verwenden. Aber sogar mit integriertem Cache kann die Leistung erheblich absinken, wenn große Schreiboperationen durchgeführt werden oder schon ein erheblicher Teil der Disk mit Daten gefüllt ist. Dennoch sollte auch das langsamste QLC-Laufwerk schneller arbeiten als konventionelle Festplatten.
QLC-NAND-Drives passen nicht zu allen Applikationen und Workloads, aber für Anwendungen wie Datenanalyse und Hochleistungsarchive können sie die richtige Lösung sein.
