Waarom een professionele SSD meer geld kost

Ondanks de extreem hoge vraag naar flashgeheugen zijn SSD’s vandaag best betaalbaar. Het prijsverschil tussen consumentenmodellen en solid state drives met een ‘pro’-label blijft echter pittig. Op het eerste zicht is er nochtans weinig verschil tussen de twee varianten. Waarom is zo’n professionele drive dan toch duurder?

Zodra er ‘pro’ in het naamkaartje staat, durven OEM’s de prijs opdrijven. Dat geldt voor zowat alle hardware, van laptops over harde schijven tot grafische kaarten of zelfs schermen. Voor harde schijven is dat prijsverschil best logisch. Een consumenten-HDD die eenzaam in een pc zit en af en toe een Word-document of een game moet laden, krijgt het aanzienlijk minder hard te verduren dan een exemplaar in een knoerhete workstation of een familie van HDD’s in een server, die allemaal onderhevig zijn aan elkaars trillingen. Een HDD is een erg mechanisch stuk hardware en het vereist weinig verbeelding om in te zien dat een pro-HDD met fijnere toleranties wordt gebouwd dan een harde schijf voor consumenten.

Dat hetzelfde onderscheid ook geldt voor SSD’s, is in dat opzicht opvallend. In tegenstelling tot een harde schijf, zitten in een SSD immers geen bewegende delen. Toch is een pro-SSD al snel zo’n 70 procent duurder dan een consumenten-SSD van dezelfde OEM met dezelfde capaciteit. Een concreet voorbeeld: voor een Samsung 860 EVO met 512 GB opslagcapaciteit betaal je 108 euro, voor de Samsung 860 Pro met dezelfde capaciteit tel je 187 euro neer in een populaire online webwinkel. Geen mechanische onderdelen betekent dat het prijsverschil niet in een hogere resistentie tegen trillingen zit, maar waar dan wel?

Onder de motorkap

De werking van de SSD ligt aan de basis. Een SSD bestaat uit zogenaamde flashcellen. Die cellen houden bits en bytes bij. Ze worden aangestuurd door de SSD-controller. De controller kiest hoe data wordt weggeschreven, en naar welke cellen. Dat is, zoals we zo meteen zullen zien, een taak waar erg veel van afhangt.

 

De werking van de SSD ligt aan de basis van het prijsverschil tussen pro en consumer.

 

In de praktijk maken solid state drives gebruik van NAND-flash. NAND (Not And), slaat hier op de gebruikte technologie om bits te onthouden (in contrast met NOR-flash). Binnen NAND-flash bestaan nog verschillende variaties. Die geven weer hoeveel bits een enkele NAND-flashcel kan onthouden. NAND-flashcellen die één bit onthouden noemen we single-level cell (SLC)-NAND. SLC-NAND is het snelste geheugen met de laagste responstijd, maar ook het duurste. Kan een cel twee bits onthouden, dan spreken we van multi-level cell (MLC). In de meeste klassieke SSD’s vind je vandaag triple-level cell (TLC)-NAND. TLC is een stuk trager dan SLC, maar aanzienlijk vriendelijker voor de portemonnee.

Een eerste verschil tussen SSD’s kan te maken hebben met het gebruikte type flash. Is een drive van een bepaalde capaciteit aanzienlijk duurder dan een andere SSD met dezelfde capaciteit, kijk dan zeker naar het gebruikte flashgeheugen. De SLC-drive zal immers een stuk performanter zijn. Veel moderne SSD’s gebruiken bovendien een combinatie van SLC en TLC. Een partitie SLC-geheugen doet in dat geval dienst als snelle buffer om schrijfopdrachten te incasseren, waarna de buffer wordt weggeschreven naar het tragere TLC-geheugen. Dat zorgt voor snellere schrijfsnelheden, maar enkel wanneer de workload de capaciteit van de buffer niet overschrijdt. Gebeurt dat wel, dan wordt de SSD plots een stuk trager.

Degradatie en over-provisioning

Of je SSD nu SLC-, MLC- of TLC-NAND bevat, één ding is zeker: de cellen zullen na verloop van tijd degraderen en onbruikbaar worden. Dat is een inherente beperking van SSD-technologie. Telkens een cel van waarde verandert, gaat de betrouwbaarheid er iets op achteruit. Op een bepaald moment wordt een cel zo onbetrouwbaar, dat ze waardeloos wordt.

Dat lossen fabrikanten op door middel van over-provisioning. Een SSD bevat met andere woorden meer flashgeheugen dan aangegeven op de doos. Dat extra geheugen is niet toegankelijk voor het besturingssysteem; enkel de SSD-controller kan er bij. Wanneer een flashcel er de brui aan geeft, zal de controller het geheugenadres van die cel wegnemen, en het toewijzen aan een nieuwe cel uit de reservecapaciteit. Voor het besturingssysteem blijft de SSD ongewijzigd. Het is de taak van de controller om enerzijds schrijf- en wisopdrachten goed te verdelen over de beschikbare cellen zodat de degradatie zo traag mogelijk verloopt, en anderzijds om gesneuvelde cellen automatisch te vervangen door cellen uit de reservevoorraad.

 

Een SSD bevat meer flashgeheugen dan aangegeven op de doos.

 

Hoeveel over-provisioning je op een drive vindt, hangt af van het type en het doel. Het spreekt voor zich dat een groter percentage extra opslag de levensduur van de drive gevoelig verlengt. Hier vind je het grootste verschil tussen consumerdrives en pro-SSD’s. Consumenten gebruiken een schijf om er hun besturingssysteem op te zetten, wat software te installeren en games te spelen. Al bij al valt de workload in dit scenario best mee. Data wordt gewijzigd, maar niet zo snel. Er is dus geen reden om heel veel flash op reserve te voorzien, aangezien de cellen niet snel degraderen.

Een enterprise-drive in een workstation of een datacenter krijgt het veel zwaarder te verduren. Al naargelang de workload wordt data erg veel overschreven, waardoor het flashgeheugen veel sneller degradeert. Om een acceptabele levensduur te garanderen, ligt het over provisioning-percentage dan ook een stuk hoger dan bij consumentendrives. SSD-bouwer Kingston geeft op zijn website heel concrete cijfers mee. De fabrikant kiest voor gemiddeld 7 procent over-provisioning, met uitschieters tot wel 28 procent voor drives die gericht zijn op schrijfintensieve workloads.

Wissen met vertraging

Een bijwerking van die extra ‘verborgen’ capaciteit heeft betrekking op de snelheid van intensief gebruikte drives. Schrijf je nieuwe data weg op een klassieke harde schijf, dan gebeurt dat over oude reeds verwijderde data. Die oude data blijven bestaan op de drive, tot op het moment dat ze overschreven worden. Op een HDD moeten bits en bytes dus niet écht gewist worden voordat de capaciteit opnieuw beschikbaar is. Daarom is het soms mogelijk om verwijderde bestanden terug te halen met gespecialiseerde software.

Niet zo bij een SSD: een cel kan pas gevuld worden met nieuwe data, nadat ze is gewist. Dat wissen neemt tijd in beslag. Staat er niet veel data op je SSD, dan is dat geen probleem. De controller schrijft je gegevens in dat geval naar leeg flashgeheugen, en maakt nieuwe cellen leeg wanneer daar tijd voor is. Zit je SSD vol en gebruik je het ding in intensieve workloads, dan zijn er niet altijd lege cellen vrij. Als de schrijfopdracht dan moet wachten totdat een wisopdracht is afgerond, gaan de prestaties en meer bepaald de responstijd plots achteruit. Pro-SSD hebben dankzij hun extra over-provisioningcapaciteit een buffer om die vertragingen op te vangen.

Tot slot is er natuurlijk wel een marketingcomponent aan het pro-label. Dat complementeren fabrikanten met bijvoorbeeld extra ondersteuning, of langere en uitgebreidere garanties. In heel wat scenario’s is dat best mooi meegenomen.

 

Zeg samengevat niet zomaar SSD: onder de noemer vind je heel wat verschillende zaken, elk met een ander prijskaartje.

 

De ene SSD is de andere niet

Zeg samengevat niet zomaar SSD: onder de noemer vind je heel wat verschillende zaken, en de verschillen hebben allemaal een ander prijskaartje. De voornaamste reden voor de hogere kostprijs van een pro-SSD is doorgaans dat een toestel meer flashgeheugen bevat dan zijn consumentenbroertje met dank aan over-provisioning, wat geen overbodige luxe is in een professionele setting.

Voorts speelt het gebruikte flashgeheugen een grote rol: TLC is goedkoper maar trager, SLC is duurder maar sneller. Tot slot zorgt extra verborgen capaciteit ervoor dat een pro-SSD beter blijft functioneren in scenario’s waarin ja data wil overschrijven, zelfs wanneer de drive tot zijn limieten gepusht wordt.

Let wel op: het bovenstaande is een algemene beschouwing. Hoe SSD’s precies van elkaar verschillen, hangt natuurlijk af van model tot model en fabrikant tot fabrikant. Ons buikgevoel zegt bovendien dat OEM’s zeker en vast naar boven afronden wanneer ze het prijsverschil tussen pro en consumer bepalen, al is dat een praktijk die we van zowat alle pro-hardware gewoon zijn.

Het belangrijkste om weten is dat er wel degelijk een verschil is tussen pro-SSD’s en consumenten-SSD’s. Kan je een consumenten-SSD in de werklaptop van een kantoormedewerker steken? Absoluut. Is het een goed idee om zo’n drive in een workstation van een grafische pro of zelfs een server te steken? Absoluut niet.