Convertendo um SSD QLC em um SSD SLC

Tutorial para transformar um SSD QLC em um SSD SLC

Especificações do SSD em teste

• O SSD escolhido é o Crucial BX500
• É um produto testado várias vezes no site e no canal do YouTube

Atenção: antes de continuar lendo

• Este procedimento é mais seguro do que overclocking, mas ainda exige cuidado
• Não é possível se responsabilizar por uma execução incorreta do procedimento, então prossiga com cautela
• Ao gravar o firmware no SSD, todos os dados serão apagados, portanto é obrigatório fazer backup

Ferramentas necessárias

• Adaptador SATA para USB 3.0 com chip bridge Jmicron JMS578
• Presilha para curto-circuitar os terminais de ROM/Safe Mode na PCB do SSD

Especificações técnicas

• Controladora: modelo SM2259XT2 da Silicon Motion
  • Controladora de núcleo único com arquitetura ARC de 32 bits
  • Frequência de operação de até 550 MHz; no projeto, opera a 437,5 MHz
  • Suporta 2 canais de comunicação, e cada canal suporta até 8 comandos Chip Enable
• Cache DRAM ou H.M.B.: SSD SATA sem DRAM e sem suporte à tecnologia Host Memory Buffer (HMB)
• Flash NAND: o SSD de 500 GB usa 2 chips de flash NAND
  • Modelo MT29F2T08GELCEJ4-QU:C da Micron
  • Inclui 176 camadas de dados e um total de 195 gates
  • Cada flash NAND tem densidade de 1 Tb, oferecendo capacidade total de 256 GB

Software usado no projeto

• Uso do MPTools da Silicon Motion
  • Esse software não é fornecido pelo fabricante; ele vazou em fóruns russos ou chineses
  • Foi usada a versão SMI SM2259XT2 MPTool FIMN48 V0304AFWV0303B0

Aplicando as configurações

• Modificação dos parâmetros do SSD no MPTools
  • Configuração de parâmetros como Flash Control Driving (hex) e Flash DQS/Data Driving (Hex)
  • Modificação do arquivo Setting.set para alterar ENFWTAG=1 para 0
  • Adição do comando EnSLCMode=1
  • Ativação da opção Force SLC Mode

Aumento de durabilidade

• No modo padrão, o TBW do SSD é de 120 TB
• No modo pSLC, o TBW aumenta para 4.000 TB, um ganho de mais de 3333%

Bancada de testes

• SO: Windows 11 Pro 64-bit
• CPU: Intel Core i7 13700K
• RAM: 2 × 16 GB DDR4-3200MHz
• Placa-mãe: MSI Z790-P PRO WIFI D4
• GPU: RTX 4060 Galax 1-Click OC
• Unidade do SO: SSD Solidigm P44 Pro 2TB
• SSD em teste: SSD BX500 "SLC-Test" 2TB

CrystalDiskMark

• Realizados testes sequenciais e aleatórios
• No modo pSLC, a velocidade aleatória e a latência melhoram significativamente

ATTO Disk Benchmark QD1 e QD4

• Teste de velocidade do SSD em vários tamanhos de bloco
• No modo pSLC, o desempenho melhora em todos os tamanhos de bloco

3DMark – benchmark de armazenamento

• Realizados testes de carregamento de jogos, gravação e streaming no OBS, transferência de arquivos etc.
• No modo pSLC, há melhora de desempenho e latência

PCMARK 10 – benchmark completo da unidade do sistema

• Realizados testes de boot do Windows, carregamento de aplicativos Adobe, carregamento de jogos etc.
• No modo pSLC, o desempenho quase dobra

Adobe Premiere Pro 2021

• Medição do tempo de carregamento de um projeto 4K de 16,5 GB
• No modo pSLC, quase não há diferença de desempenho

Tempo de boot do Windows e tempo de carregamento de jogos

• Uso do benchmark de Final Fantasy XIV
• No modo pSLC, quase não há diferença de desempenho

Cache SLC

• No modo pSLC, é possível gravar usando toda a capacidade do SSD a uma velocidade média de 498 MB/s

Teste de cópia de arquivos

• Cópia de arquivo ISO e da pasta do CSGO de um disco RAM para o SSD
• No modo pSLC, quase não há diferença de desempenho

Teste de temperatura

• Observação da temperatura do SSD durante o teste de estresse
• O SSD quase não gera calor devido ao baixo consumo de energia

Consumo de energia e eficiência

• Testes realizados com o Quarch Programmable Power Module
• No modo pSLC, o consumo de energia cai e a eficiência aumenta

Opinião do GN⁺

• Transformar um SSD QLC em um SSD SLC melhora bastante a durabilidade e o desempenho
• Porém, o procedimento é muito complexo e, se for feito incorretamente, pode danificar o SSD
• Essa técnica pode ser especialmente útil em ambientes de alto desempenho, como data centers
• Um produto semelhante que oferece funcionalidade parecida é o Intel Optane SSD
• Ao adotar essa técnica, é indispensável fazer backup dos dados e executar o procedimento com cuidado

[GN⁺]

Comentários no Hacker News

Resumo da coletânea de comentários do Hacker News

• Como usar um SSD DRAMless barato em modo pSLC

  • Para usar um SSD DRAMless barato em modo pSLC, basta usar apenas 25–33% da capacidade do disco.
  • A maioria dos controladores DRAMless de baixo custo opera em modo de cache em disco inteiro.
  • Se você criar uma partição com 1/3 ou 1/4 do tamanho do disco e aplicar TRIM no espaço restante, a gravação sempre será feita em modo pSLC.
  • É possível verificar se o SSD está operando nesse modo pelos resultados de benchmark do "HD Tune".

• Durabilidade e retenção de dados

  • Durabilidade e retenção de dados estão intimamente relacionadas.
  • O modo SLC, por ter menos estados para distinguir do que o QLC, oferece um período maior de retenção de dados.
  • No modo SLC, o período de retenção de dados aumenta bastante de acordo com o número de ciclos.

• Trade-off entre capacidade e durabilidade

  • Converter um SSD de 480GB em um SSD de 120GB aumenta a resistência de escrita de 120TB para 4000TB.
  • Isso pode ser útil para usos como armazenamento de logs.
  • Não está claro por que os fabricantes não oferecem esse recurso.

• Experiência com placas FusionIO SLC

  • Há 10 anos, houve a experiência de usar placas FusionIO SLC para benchmarking.
  • Elas conseguiram processar milhões de transações.
  • Hoje em dia provavelmente seria usado outro método, mas na época isso foi impressionante.

• Dispositivos embarcados que usam eMMC

  • Ao usar eMMC em dispositivos embarcados, recomenda-se configurar o modo pSLC.
  • Em sistemas Linux, isso pode ser configurado com o comando mmc do mmc-utils.
  • Em produção em massa, isso pode ser pré-configurado pela programming house.

• Análise aprofundada da velocidade de transferência do barramento

  • Seria interessante haver uma análise mais aprofundada da velocidade de transferência do barramento.
  • Um diagrama de blocos listando todos os números de modelo dos ICs importantes do SSD, a frequência de clock de operação, a largura do barramento etc. seria útil.

• Gerenciamento de over-provisioning em SSDs Kingston

  • Alguns SSDs Kingston permitem gerenciar o over-provisioning com ferramentas de software fornecidas pelo fabricante.

• Extensão da vida útil de SSDs já desgastados

  • Há curiosidade sobre a possibilidade de estender a vida útil de SSDs que já estão desgastados.
  • Pode existir na China um negócio de reflashing desses SSDs para fazê-los parecer novos.

• Como fazer downgrade para SLC

  • Seria bom se os fabricantes oferecessem uma forma de fazer downgrade do SSD para SLC por meio das configurações do driver.

• Distinção em nível de hardware

  • Havia a suposição de que a distinção entre SLC e outros modos acontecia em nível de hardware.