TLC NAND SSD：ストレージメーカーが宣伝していない深刻な問題

先週、TLC (トリプル レベル セル) NAND を搭載したドライブである Crucial の BX200 SSD がリリースされ、SSD 市場のこの急成長分野に光を当てる時期が来ました。特に、ベンダーがこれらの SSD のパフォーマンスが他の SSD とまったく同じであると信じさせるような数値を喜んで引用していることを考えると、なおさらです。

TLC SSD はほとんどの場合、非常に良好なパフォーマンスを発揮します。しかし、大量のデータを TLC ドライブにコピーすると、途中で書き込み速度が著しく低下し、不快な症状が現れます。ドライブによっては比較的軽微な場合もありますが、最近の TLC ドライブの多くでは、速度低下があまりにも劇的で、SSD が故障しているのではないかと疑ってしまうほどです。実際には故障していないのですが、そうであってほしいと思うかもしれません。  

キャッシュキャッチ

ここ数年、SSDはシステムパフォーマンスを劇的に向上させる万能薬として高い評価を得ています。超高速のランダムアクセス速度と、ハードドライブの3倍以上の持続書き込み速度を誇ります。特にSSDは、大容量ファイルやバックアップの扱いをはるかに楽にします。

しかし、これはSSDがSLC（シングルレベルセル/1ビット）またはより一般的にはMLC（マルチレベルセル/2ビット）NANDを使用していることを前提としており、比較的新しいトリプルレベルセル（TLC）NANDは対象外です。TLCはセルあたり3ビットを保存できるため、同じフォームファクターでより高いデータ密度とより大容量のSSDを実現できますが、持続的な書き込み性能は比較的低く、場合によっては非常に低いことがあります。

TLCの遅い書き込みパフォーマンスを克服するために、ベンダーはSLC（サムスンの場合は書き込み3ビットが遅いためTLCをSLCとして扱います）を多用し、場合によってははるかに高速なキャッシュとしてDRAMも使用します。ドライブに書き込まれるデータの量がキャッシュに収まる限り、すべては問題なく、ベンダーが主張するパフォーマンスが得られます。

しかし、データがキャッシュをオーバーフローした瞬間、TLCに直接書き込まれるため、パフォーマンスが低下します。Samsungの840（容量によって異なります）や850 EVOなどの場合、20GBのコピーテストでは400MBpsから300MBpsと、比較的緩やかな低下にとどまります。

他のケースでは、パフォーマンスの低下は驚くべきもの（そして痛手）です。以下に示すように、Crucial BX200のシーケンシャル書き込みパフォーマンスは、キャッシュが過負荷状態になると400MBpsから80MBpsに急落します。驚きです。 

さらに、容量の小さいドライブはキャッシュ容量も小さいため、TLCへの書き込み速度も速くなります。BX200の場合、960GBモデルは12GB、480GBモデルは6GB、240GBモデルはわずか3GBのキャッシュを搭載しています。上記のように、480GB BX200では6GB、960GB BX200では12GBでパフォーマンスが急激に低下します。これはすべてのTLCドライブに当てはまります。

異例の容疑者

TLCは数年前、Samsungの840 EVO SSDで初めて採用されました。Samsungは、あまり宣伝していませんでしたが、パフォーマンスの問題について正直に語っていました。以下は、キャッシュへの書き込み（TurboWrite）とTLCへの書き込みのパフォーマンスを比較したSamsung独自のグラフです。

以下は、V-NAND TLC を搭載した新しい 850 EVO (256GB) の AS SSD 1GB および 10GB ベンチマーク結果です。

まあ、シーケンシャルライト性能の低下は比較的穏やかで、許容範囲内と言えるでしょう。だからこそ、当時は特に大きなニュースにはなりませんでした。それに、850 EVOの当時の低価格も影響していました。では、東芝の新しいQ300（Q300 Proではありません）とその単層TLC NANDを使ったテストを見てみましょう。 

1GBのデータセットでの連続書き込み速度は459MBpsですが、10GBのデータセットでは146MBpsです。確かにBX200よりは優れていますが、書き込み速度の低下はより早く、書き込み速度は最高級のハードディスクと同程度です。以下は、MLCドライブ（Kingston HyperX Savage）が大容量データ書き込み時にTLCドライブと比べてどれだけ高速かを示したものです。20GBの書き込み速度もご覧ください。東芝Q300の960GB版は、デュアルハードディスクRAID 0構成の外付けUSB 3.0ドライブに、しかも圧倒的な速さで負けました。

割引されたパフォーマンスに対するわずかな割引

TLCの持続書き込みパフォーマンスの低下についてご理解いただけたところで、関連する難問「デメリットとメリット」について考えてみましょう。読み取りパフォーマンスと書き込み操作の大部分はSSDで実現できるものですが、持続書き込みの問題はどの程度の頻度で影響を及ぼし、それを我慢することでどれだけのコストを節約できるのでしょうか？

SamsungのTLCドライブの場合、840 EVOの120GBおよび240GBバージョンを除き、TLCに直接書き込む場合でも、パフォーマンスは非常に良好です。価格も現時点ではかなり手頃ですが、より持続的な書き込み性能を備えた、より安価なMLCドライブも容易に入手可能です。

OCZ Trion（東芝製）、Toshiba Q300、Crucial BX200、そしておそらく他の単層TLC NAND SSDの場合、これらははるかに難しい質問です。ドライブにどれだけの書き込みをするかは、実際に使用するユーザーのみが知っています。ほとんどの日常的な操作や軽いコンピューティングタスクであれば問題なく動作するはずです。しかし、ゲームや映画をドライブにコピーしたり、OSをインストールしたり、バックアップしたりすると、パフォーマンスが急激に低下します。

肝心なのは価格です。今のところ、1ペニーでも無駄にしないという人以外は、時折のストレスさえも正当化できるほどの節約効果は得られていません。960GBのBX200は300ドルですが、同社製のMLCベースのMX200 SSDDはわずか20ドル高いだけです。 

とはいえ、SSD市場は流動的な状況にあり、単層TLC SSDは価格が大幅に下落する可能性があります。MLC SSDの適正価格をはるかに下回る可能性もあります。しかし、そうなるまでは、ローエンドのMLCベースのドライブを購入した方が賢明でしょう。