Samsung 840 Evo – Topprestanda i en mellanklass-SSD

Ny hårdvara: Kontroller, minnen

Precis som föregångaren så använder Samsung 840 Evo sig av TLC-NAND som kan lagra mer data per chip än vad traditionellt MLC-NAND är kapabelt till. NAND-flash består av miljoner med transistorer. De är designade att hålla en viss spänning och spänningen avgör vilket värde som cellen har. SLC (Singel Level Cell) innehåller endast två spänningsnivåer. En representerar 1 och den andra representerar 0. MLC (Multi Level Cell) innebär att man istället har fyra spänningsnivåer. Dessa representerar 00, 01, 10 och 11 – motsvarande två databitar (2 bit). TLC tar ett steg längre och lagrar tre databitar i varje minnescell, vilket kräver hela åtta olika spänningsnivåer 001, 010, 100, 101, 110, 111, 010 och 000. Ju fler spänningsnivåer som en cell kan ha, desto mer exakt måste spänningen som programmerar cellen vara. Därför tar det längre tid att både läsa och skriva TLC-NAND än exempelvis MLC eller SLC vilket leder till sämre prestanda. Det betyder också att cellen är betydligt mer känslig för skiftningar av spänningsnivåerna inom cellen. Ju mer en cell skrivs och raderas desto svårare blir det för cellen att behålla rätt spänningsnivå. Det betyder att cellen kommer att sluta fungera förr eller senare. Detta gäller givetvis även SLC och MLC men på grund av de extra spänningsnivåerna som krävs för att TLC ska fungera så klarar den inte av lika många totala skrivningar som MLC och SLC. Den stora fördelen är givetvis att man kan lagra mer data på samma mängd celler, vilket ger mer kapacitet till samma tillverkningskostnad.

Det finns väldigt många sätt att motverka degraderingen av minnesceller. Sandforce använder exempelvis komprimering för att minska mängden data som faktiskt skrivs till cellerna. Många moderna kontrollerkretsar har möjlighet att känna av hur skadad en cell är och på det sättet anpassa programmeringsspänningen. Andra lösningar är att använda aggressiv ECC (error correcting code), OP (Overprovisioning) och Wear Leveling. För att förstå hur dessa fungerar och varför de är viktiga. Läs mer i Svenska SSD Guiden.

Samsung 840 använder TLC-NAND tillverkad på 21 nanometerteknik som är specificerade att klara upp till 1 000 omskrivningar. Detta kan tyckas lite men i nästan alla fall så är det fullt tillräckligt för vanligt konsumentbruk. 840 Evo som vi ska titta på idag använder TLC som är tillverkad på 19 nanometer. Samsung vill inte gå in på exakt hur många skrivningarna klarar av men samtidigt avslöjar man att interna tester visar att de klarar över 3 000 skrivningar. Den officiella siffran är gissningsvis 1 000. I praktiken kommer de säkert klara betydligt mer och oberoende tester har visat att minneskretsarna i Samsung 840 klarar en bra bit över 3 000, vilket bekräftar Samsungs egna tester. För den som fortfarande är orolig för att din SSD ska sluta fungera i förtid, så kan vi rekommendera att ni läser i Svenska SSD Guiden. Där skriver vi om varför man inte behöver vara orolig och buder även på praktiska exempel.

En uppdaterad kontroller

Då har det blivit dags att titta lite närmare på Samsungs nykomling. Vad skiljer 840 Evo från 840? Även om Evo är en uppgraderad version av 840 så är det ändå en hel del saker som skiljer dem åt. Först och främst så är kontrollerkretsen uppdaterad. Samsung kallar den nya kontrollern för MEX och det är i princip samma kontroller som tidigare (MDX). Det är fortfarande en 3-kärnig ARM Cortex R4 processor tillverkad av Samsung själva. Skillnaden är att den nya kontrollern har fått 33 procent högre klockfrekvens, 400 megahertz mot 300 megahertz. Vidare så har Samsung byggt in mer maskinkod i själva kontrollern. Det betyder att vissa beräkningar kan göras direkt i hårdvaran istället för att köras i firmware, en lösning som är betydligt snabbare och effektivare.

Flashminnen på 128 gigabit

Förutom kontrollern så har Samsung också nya minneskretsar. Dessa kretsar började masstillverkas tidigare i år och är Samsungs första minneskretsar med 128 gigabits kapacitet. Det betyder att varje NAND-enhet innehåller hela 16 gigabyte per minnescell. Fördelarna med detta är att det inte behövs lika många minnesceller för att nå en viss kapacitet, vilket i sin tur gör det billigare att nå en given lagringskapacitet. Det möjliggör också högre lagringakapacitet utan att behöva göra en ny kontrollerdesign. Det är därför som Samsung nu valt att lansera 840 Evo med kapaciteter på upp till 1 terabyte. Nackdelen med detta är att ju färre NAND-enheter man har, desto sämre blir prestandan. Tidigare så skalade prestandan uppåt med enhetens kapacitet till ungefär 250 gigabyte. Därefter så hade alla kapaciteter samma prestanda. När det gäller 128 gigabit NAND så betyder det att man troligtvis måste köpa en enhet på minst 500 gigabyte för att nå maximal prestanda.

Minneskretsarna är tillverkade med Samsungs 19-nanometerteknik och man behåller samma sidostorleken som tidigare på 8 kilobyte. Varje Block består sedan av 256 sidor vilket ger en total kapacitet på 2 megabyte per block. Nästa steg blir troligtvis att öka storleken på varje sida till 16 kilobyte vilket skulle ge något ökad sekventiell skrivprestanda, men också sämre latens. Precis som med alla de andra enheterna i 840-serien så följer dessa minnen Toggle 2.0 standarden.