QLC-SSD in eine SLC-SSD umwandeln

Tutorial zur Umwandlung einer QLC-SSD in eine SLC-SSD

Spezifikationen der DUT-SSD

• Als ausgewählte SSD wurde die Crucial BX500 verwendet
• Dieses Produkt wurde auf der Website und dem YouTube-Kanal mehrfach getestet

Achtung: Bevor du weiterliest

• Dieses Verfahren ist sicherer als Overclocking, erfordert aber weiterhin Vorsicht
• Für Schäden durch eine falsche Durchführung dieses Verfahrens kann keine Verantwortung übernommen werden, daher ist sorgfältiges Vorgehen nötig
• Beim Flashen der Firmware auf die SSD werden alle Daten gelöscht, daher ist ein Backup zwingend erforderlich

Benötigte Werkzeuge

• Ein SATA-zu-USB-3.0-Adapter mit dem Bridge-Chip-Modell Jmicron JMS578
• Eine Klemme, um die ROM-/Safe-Mode-Pins auf der SSD-PCB kurzzuschließen

Technische Spezifikationen

• Controller: Modell SM2259XT2 von Silicon Motion
  • Single-Core-Controller mit 32-Bit-ARC-Architektur
  • Maximale Taktfrequenz von 550 MHz, im Projekt betrieben mit 437,5 MHz
  • Unterstützt 2 Kommunikationskanäle, jeder Kanal unterstützt bis zu 8 Chip-Enable-Befehle
• DRAM-Cache oder H.M.B.: DRAM-lose SATA-SSD, unterstützt die Host Memory Buffer(HMB)-Technologie nicht
• NAND-Flash: Die 500GB-SSD verwendet 2 NAND-Flash-Chips
  • Modell MT29F2T08GELCEJ4-QU:C von Micron
  • Enthält 176 Datenlagen und insgesamt 195 Gates
  • Jeder NAND-Flash besitzt eine Dichte von 1Tb und bietet insgesamt 256GB Kapazität

Im Projekt verwendete Software

• Verwendung von MPTools von Silicon Motion
  • Diese Software wird nicht vom Hersteller bereitgestellt, sondern ist aus russischen oder chinesischen Foren geleakt
  • Verwendet wurde die Version SMI SM2259XT2 MPTool FIMN48 V0304AFWV0303B0

Anwenden der Einstellungen

• Änderung der SSD-Parameter in MPTools
  • Parameter wie Flash Control Driving (hex) und Flash DQS/Data Driving (Hex) werden gesetzt
  • In der Datei Setting.set wird ENFWTAG=1 auf 0 geändert
  • Der Befehl EnSLCMode=1 wird hinzugefügt
  • Die Option Force SLC Mode wird aktiviert

Erhöhte Haltbarkeit

• Im Standardmodus beträgt die TBW der SSD 120TB
• Im pSLC-Modus steigt die TBW auf 4.000TB, also um mehr als 3333 %

Testbench

• OS: Windows 11 Pro 64-bit
• CPU: Intel Core i7 13700K
• RAM: 2 × 16 GB DDR4-3200MHz
• Motherboard: MSI Z790-P PRO WIFI D4
• GPU: RTX 4060 Galax 1-Click OC
• OS Drive: SSD Solidigm P44 Pro 2TB
• DUT SSD: SSD BX500 "SLC-Test" 2TB

CrystalDiskMark

• Durchführung von sequenziellen und zufälligen Tests
• Im pSLC-Modus verbessern sich Random-Geschwindigkeit und Latenz deutlich

ATTO Disk Benchmark QD1 und QD4

• Test der SSD-Geschwindigkeit bei verschiedenen Blockgrößen
• Im pSLC-Modus verbessert sich die Leistung bei allen Blockgrößen

3DMark – Storage Benchmark

• Durchführung von Tests wie Game-Loading, OBS-Aufnahme und -Streaming sowie Dateiübertragung
• Im pSLC-Modus verbessern sich Leistung und Latenz

PCMARK 10 – Full System Drive Benchmark

• Durchführung von Tests wie Windows-Start, Laden von Adobe-Anwendungen und Game-Loading
• Im pSLC-Modus verbessert sich die Leistung auf fast das Doppelte

Adobe Premiere Pro 2021

• Messung der Ladezeit eines 16,5GB-4K-Projekts
• Im pSLC-Modus gibt es kaum Leistungsunterschiede

Windows-Startzeit und Game-Loading-Zeit

• Verwendung des Final Fantasy XIV Benchmarks
• Im pSLC-Modus gibt es kaum Leistungsunterschiede

SLC-Caching

• Im pSLC-Modus kann mit der gesamten Kapazität der SSD mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 498 MB/s geschrieben werden

Dateikopiertest

• Kopieren einer ISO-Datei und des CSGO-Ordners von einer RAM-Disk auf die SSD
• Im pSLC-Modus gibt es kaum Leistungsunterschiede

Temperaturtest

• Beobachtung der SSD-Temperatur während des Stresstests
• Die SSD erzeugt aufgrund ihres niedrigen Stromverbrauchs kaum Wärme

Stromverbrauch und Effizienz

• Durchführung von Tests mit dem Quarch Programmable Power Module
• Im pSLC-Modus sinkt der Stromverbrauch und die Effizienz steigt

Meinung von GN⁺

• Die Umwandlung einer QLC-SSD in eine SLC-SSD verbessert Haltbarkeit und Leistung deutlich
• Das Verfahren ist jedoch sehr komplex und kann bei falscher Durchführung die SSD beschädigen
• Diese Technik kann insbesondere in Hochleistungsumgebungen wie Rechenzentren nützlich sein
• Ein anderes Produkt mit ähnlicher Funktion ist die Intel Optane SSD
• Bei der Einführung dieser Technik sind Datensicherung und ein sorgfältiges Vorgehen zwingend erforderlich

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

Zusammenfassung der Hacker-News-Kommentare

• Wie man günstige DRAM-lose SSDs im pSLC-Modus nutzt

  • Um günstige DRAM-lose SSDs im pSLC-Modus zu verwenden, muss man nur 25–33 % der Festplattenkapazität nutzen.
  • Die meisten günstigen DRAM-losen Controller arbeiten im Caching-Modus für das gesamte Laufwerk.
  • Wenn man eine Partition mit 1/3 oder 1/4 der Laufwerksgröße erstellt und den restlichen Speicherplatz per TRIM freigibt, wird immer im pSLC-Modus geschrieben.
  • Mit den Benchmark-Ergebnissen von "HD Tune" lässt sich prüfen, ob die SSD in diesem Modus arbeitet.

• Haltbarkeit und Datenerhalt

  • Haltbarkeit und Datenerhalt hängen eng zusammen.
  • Im SLC-Modus gibt es weniger Zustände als bei QLC, wodurch Daten länger erhalten bleiben.
  • Die Dauer des Datenerhalts im SLC-Modus steigt je nach Anzahl der Zyklen deutlich an.

• Trade-off zwischen Kapazität und Haltbarkeit

  • Wenn man eine 480-GB-SSD in eine 120-GB-SSD umwandelt, steigt die Schreibhaltbarkeit von 120 TB auf 4000 TB.
  • Das kann für Zwecke wie Log-Speicherung nützlich sein.
  • Warum Hersteller diese Funktion nicht anbieten, ist unklar.

• Erfahrungen mit FusionIO-SLC-Karten

  • Vor 10 Jahren wurden FusionIO-SLC-Karten für Benchmarks verwendet.
  • Sie konnten erfolgreich mehrere Millionen Transaktionen verarbeiten.
  • Heute würde man andere Methoden verwenden, aber damals war das beeindruckend.

• Eingebettete Geräte mit eMMC

  • Bei eingebetteten Geräten mit eMMC wird empfohlen, den pSLC-Modus einzustellen.
  • Unter Linux lässt sich dies mit dem Befehl mmc aus mmc-utils konfigurieren.
  • Bei Massenproduktion kann dies vorab vom Programming House eingerichtet werden.

• Tiefere Analyse der Bus-Übertragungsgeschwindigkeit

  • Es wäre wünschenswert, mehr tiefgehende Analysen zur Bus-Übertragungsgeschwindigkeit zu sehen.
  • Ein Blockdiagramm mit allen wichtigen IC-Modellnummern der SSD, den Taktfrequenzen im Betrieb, der Busbreite usw. wäre nützlich.

• Verwaltung von Over-Provisioning bei Kingston-SSDs

  • Bei einigen Kingston-SSDs lässt sich Over-Provisioning mit vom Hersteller bereitgestellten Software-Tools verwalten.

• Lebensdauerverlängerung bereits abgenutzter SSDs

  • Es wird gefragt, ob sich die Lebensdauer bereits abgenutzter SSDs verlängern lässt.
  • In China könnte es ein Geschäft geben, solche SSDs neu zu flashen und als neu auszugeben.

• Wie man auf SLC herabstuft

  • Es wäre gut, wenn Hersteller eine Möglichkeit bereitstellen würden, SSDs per Treiberkonfiguration auf SLC herabzustufen.

• Unterscheidung auf Hardware-Ebene

  • Es wurde angenommen, dass die Unterscheidung zwischen SLC und anderen Modi auf Hardware-Ebene erfolgt.