Ten artykuł zawiera listę często zadawanych pytań (FAQ) dotyczących dysku półprzewodnikowego (SSD) firmy Dell.
Przetrzymywanie danych:
Przetrzymywanie danych to przedział czasowy, w którym pamięć ROM pozostaje dokładnie czytelna. Oznacza czas, przez jaki komórka zachowuje swój zaprogramowany stan, gdy mikroukład nie jest zasilany biasem. Retencja danych jest wrażliwa na liczbę cykli programowania/usuwania (P/E)na ogniwie flash, a także zależy od środowiska zewnętrznego. Wysoka temperatura również ma wpływ na zmniejszanie czasu przetrzymywania danych. Liczba wykonanych cykli odczytu również może pogorszyć to przechowywanie.
Cykl programowania/kasowania (P/E):
W przypadku pamięci flash NAND pamięć masowa jest osiągana za pomocą tranzystorów z bramką pływającą, które tworzą bramki NAND. Niezaprogramowany stanu bitu wynosi 1, podczas gdy operacja programowania wprowadza ładunek do bramki pływającej i w rezultacie bit przyjmuje wartość 0. Operacja odwrotna, usuwanie, wydobywa zapisany ładunek i przywraca wartość 1. Operacje kasowania i programowania z natury powodują degradację warstwy tlenkowej izolującej pływającą bramkę. Jest to powodem skończonej żywotności pamięci flash NAND (zwykle 30 tys. – 1 mln cykli programowania/kasowania dla SLC, 2,5–10 tys. cykli programowania/kasowania – MLC, 10–30 tys. cykli programowania/kasowania – eMLC).
Warstwa translacyjna Flash (FTL):
Flash Translation Layer to warstwa oprogramowania używana w obliczeniach do obsługi normalnych systemów plików z pamięcią flash. FTL to warstwa tłumaczenia między systemem plików opartych na sektorach a układami pamięci flash typu NAND. Umożliwia ona systemowi operacyjnemu i systemowi plików dostęp do urządzeń z pamięcią flash typu NAND jak dyskom twardym. FTL ukrywa złożoność pamięci flash, zapewniając logiczny interfejs blokowy do urządzenia flash. Ponieważ pamięć flash nie obsługuje funkcji nadpisywania stron flash w miejscu, warstwa FTL mapuje bloki logiczne do fizycznych stron flash i usuwa bloki.
Metadane:
Metadane są wykorzystywane do zarządzania przechowywanych informacji lub danych w pamięci flash typu NAND. Metadane zazwyczaj zawierają tabelę mapowania adresów logicznych na fizyczne przechowywanych informacji, informacje o atrybutach przechowywanych informacji oraz wszelkie inne dane, które mogą pomóc w zarządzaniu przechowywanymi informacjami.
Pula wirtualna:
Pula wirtualna to grupa bloków NAND wymazanych gotowych do zaprogramowania.
W przeciwieństwie do dysków twardych (dysków twardych), które używają obracającego się talerza do przechowywania danych, dyski półprzewodnikowe (SSD) wykorzystują układy pamięci półprzewodnikowej NAND. Dyski twarde mają kilka różnych ruchomych części mechanicznych, co czyni je podatnymi na uszkodzenia podczas obsługi. Dyski SSD nie mają ruchomych części i są mniej podatne na uszkodzenia nawet w przypadku uderzenia podczas użytkowania.
Dyski SSD zapewniają bardzo wysoką wydajność operacji we/wy na sekundę (IOPS) i niskie opóźnienia w zastosowaniach serwerowych i pamięci masowej wymagających dużej liczby transakcji. Prawidłowo stosowane w systemach z dyskiem twardym, obniżają całkowity koszt posiadania (TCO) dzięki niskiemu zużyciu energii i niskiej temperaturze pracy.
Powrót do góry
Firma Dell ściśle zarządza wszystkimi krokami niezbędnymi do dostarczania klientom wysokiej jakości dysków półprzewodnikowych wymaganych do obsługi wymagających aplikacji klasy Enterprise.
Obejmuje to:
Wszystkie dyski SSD Dell Enterprise zostały zaprojektowane z myślą o precyzyjnym dopasowaniu do systemów Dell Enterprise i zapewnieniu klientom optymalnego środowiska produkcyjnego. W sektorze dysków twardych nastąpiła ostatnio konsolidacja dostawców i normalizacja dysków. Nie dotyczyło to dysków SSD. Istnieje wielu producentów dysków SSD, a firma Dell nie może zagwarantować żadnego poziomu funkcjonalności ani zgodności w serwerach firmy Dell korzystających z dysków SSD, które nie zostały zakupione od firmy Dell.
Powrót do góry
Dyski półprzewodnikowe (SSD) oparte na pamięci flash wykazują zazwyczaj mniejsze opóźnienia niż dyski twarde (dyski twarde), co często skraca czas reakcji. W przypadku obciążeń odczytu losowego dyski SSD zapewniają większą przepustowość w porównaniu z dyskiem twardym.
Oparte o pamięć flash typu NAND
Oparte o interfejs hosta
Dyski SSD są najlepiej przystosowane do rozwiązań wymagających najwyższej wydajności. Aplikacje intensywnie korzystające z operacji wejścia/wyjścia, takie jak bazy danych, eksploracja danych, hurtownie danych, analityka, handel, obliczenia o wysokiej wydajności, wirtualizacja serwerów, serwisy internetowe i systemy poczty e-mail, są najbardziej odpowiednie do użytku z dyskami SSD.
Typy dysków SSD, zastosowania, przypadki użycia
| Technologia Flash | Typ aplikacji | Applications |
| MLC/eMLC | Komputery internetowe i klienckie | Front-end, internetowe , strumieniowe przesyłanie multimediów , aplikacje internetowe, poczta e-mail/wiadomości , współpraca |
| eMLC/SLC | DSS / HPC / OLTP / pamięć masowa |
OLTP / pamięć masowa , HPC / superkomputery , magazyn danych/infrastruktura górnicza , pulpit wirtualny, OLTP/bazy danych, przetwarzanie danych, buforowanie danych |
Dyski SSD są przeznaczone do użytku w środowiskach, w których odbywa się najwięcej operacji odczytu i zapisu. Aby dyski mogły działać przez określony okres gwarancji, dyski MLC są wyposażone we wbudowany mechanizm zarządzania wytrzymałością. Jeśli dysk przewiduje, że okres użytkowania nie będzie wystarczający do gwarancji, dysk użyje mechanizmu ograniczającego prędkość zapisu.
Powrót do góry
Zależy to od tego, jak często lampa błyskowa była używana (używany cykl P/E), rodzaju lampy błyskowej i temperatury przechowywania. W MLC i SLC może to być zaledwie 3 miesiące, a w najlepszych przypadkach może to być ponad 10 lat. Na czas przetrzymywania danych ogromny wpływ ma temperatura i obciążenie robocze.
| NAND Technology (Technologia Hyper-Threading) | Przetrzymywanie danych przy znamionowej liczbie cykli P/E |
| SLC | Sześć miesięcy |
| eMLC | Trzy miesiące |
| eMLC | Trzy miesiące |
Nadmiarowe bloki pamięci to technika wykorzystywana do opracowywania dysków SSD flash i kart pamięci flash. Zapewniając dodatkową pojemność pamięci (do której użytkownik nie ma dostępu), kontroler SSD może łatwiej tworzyć wstępnie wymazane bloki gotowe do użycia w puli wirtualnej. Nadmiarowe bloki pamięci poprawiają:
Pamięć flash typu NAND jest podatna na zużycie wskutek powtarzających się cykli programowania i kasowania danych, często wykonywanych w aplikacjach i systemach przechowywania danych, wykorzystujących warstwę FTL. Ciągłe programowanie i kasowanie tej samej lokalizacji w pamięci sprawia, że zostaje ona ostatecznie zużyta i nie nadaje się do dalszego wykorzystania. W rezultacie pamięć flash NAND miałaby ograniczoną żywotność. Aby zapobiec takim sytuacjom, w dysku SSD wdrażane są specjalne algorytmy, określane jako równoważenie zużycia. Jak sama nazwa wskazuje, równoważenie zużycia zapewnia metodę równomiernego rozkładu cykli programowania i kasowania we wszystkich blokach pamięci na dysku SSD. Zapobiega to ciągłemu wykonywaniu cykli P/E dla tego samego bloku pamięci, co wydłuża żywotność całej pamięci flash NAND.
Istnieją dwa rodzaje równoważenia zużycia, dynamiczne i statyczne. Algorytm dynamicznego zużycia gwarantuje, że cykle programowania i kasowania danych są równomiernie rozłożone na wszystkie bloki w pamięci flash NAND. Algorytm jest dynamiczny, ponieważ jest uruchamiany za każdym razem, gdy dane w buforze zapisu dysku są opróżniane i zapisywane w pamięci flash. Samo dynamiczne wyrównywanie zużycia nie jest w stanie zapewnić, że wszystkie bloki są równoważone w tym samym tempie. Istnieje również specjalny przypadek, gdy dane są zapisywane i przechowywane w pamięci flash przez dłuższy lub nieokreślony czas. Podczas gdy inne bloki są wymieniane, usuwane i łączone, bloki te pozostają nieaktywne w procesie równoważenia zużycia. Aby zapewnić, że wszystkie bloki są równoważone w tym samym tempie, wdrażany jest dodatkowy algorytm równoważenia zużycia, zwany statycznym równoważeniem zużycia. Statyczne równoważenie zużycia odnosi się do bloków, które są nieaktywne i przechowują w nich dane.
Dyski SSD firmy Dell wykorzystują zarówno statyczne, jak i dynamiczne algorytmy równoważenia zużycia, aby zapewnić równomierne zużycie bloków pamięci NAND, co przekłada się na dłuższy okres eksploatacji dysku SSD.
Powrót do góry
Pamięć flash składa się z komórek, które przechowują jeden lub więcej bitów danych w każdej z nich. Komórki te są grupowane w strony, stanowiące najmniejsze autonomiczne lokalizacje, w których można zapisać dane. Strony te są zbierane w bloki, stanowiące najmniejsze autonomiczne lokalizacje, które można wyczyścić. Pamięci flash nie można bezpośrednio nadpisać tak jak dysku twardego; musi ona najpierw zostać wyczyszczona. W związku z tym, choć pustą stronę w bloku można zapisać bezpośrednio, nie można jej nadpisać bez uprzedniego wymazania całego bloku stron.
Ponieważ dysk jest używany, dane ulegają zmianie, a zmienione dane są zapisywane na innych stronach w bloku lub w nowych blokach. Stare (nieaktualne) strony są oznaczone jako nieprawidłowe i można je odzyskać, usuwając cały blok. Aby to zrobić, wszelkie nadal aktualne informacje o wszystkich innych zajętych stronach w bloku muszą zostać przeniesione do innego bloku. Wymóg przenoszenia prawidłowych danych, a następnie usuwania bloków przed zapisem nowych danych do tego samego bloku powoduje zwiększenie operacji zapisu; całkowita liczba wymaganych operacji zapisu w pamięci flash jest wyższa od oryginalnie żądanej przez hosta. Powoduje to również, że dysk SSD wykonuje operacje zapisu z mniejszą szybkością, gdy jest zajęty przenoszeniem danych z bloków, które muszą zostać wymazane, podczas jednoczesnego zapisywania nowych danych z komputera hosta.
Kontrolery SSD wykorzystują technikę zwaną odśmiecaniem pamięci, aby zwolnić wcześniej zapisane bloki. Proces ten konsoliduje również strony, przesuwając i zapisując na nowo strony z wielu bloków, aby zapełnić mniejszą liczbę nowych. Stare bloki są następnie kasowane, aby zwolnić miejsce dla nowych danych przychodzących. Ponieważ jednak bloki flash można zapisać tylko tyle razy, zanim ulegną awarii, konieczne jest również zużycie całego dysku SSD, aby uniknąć przedwczesnego zużycia pojedynczego bloku.
Powrót do góry
Pogarszanie jakości komórek pamięci flash w miarę upływu czasu i zakłócenia z sąsiednich stron pamięci flash mogą prowadzić do błędów losowych bitów w przechowywanych danych. Chociaż prawdopodobieństwo uszkodzenia dowolnego bitu danych jest niewielkie, ogromna liczba bitów danych w systemie pamięci masowej sprawia, że prawdopodobieństwo uszkodzenia danych jest realną możliwością.
Kody wykrywania i korekcji błędów są używane w systemach przechowywania w pamięci flash do ochrony danych przed uszkodzeniem. Dyski SSD firmy Dell są wyposażone w najbardziej zaawansowany w branży algorytm ECC, który pozwala osiągnąć korporacyjny poziom niekorygowalnego wskaźnika błędów bitowych wynoszący 10–17.
Współczynnik wzmocnienia zapisu to ilość danych, które kontroler SSD musi zapisać, w stosunku do ilości danych, które chce zapisać kontroler hosta. Idealna wartość współczynnika wzmocnienia zapisu wynosi 1 i oznacza, że w przypadku żądania zapisu 1 MB danych kontroler SSD zapisze 1 MB pamięci. Współczynnik wzmocnienia zapisu większy niż jeden nie jest pożądany, ale jest niefortunnym faktem życiowym. Im wyższe wzmocnienie zapisu, tym szybciej dysk się zużywa i tym niższa jest jego wydajność.
Dane zapisane w pamięci
Flash--------------------------------------- = Wzmocnienie
zapisu Dane zapisane przez hosta
Firma Dell używa następujących metod, aby zapobiegać uszkodzeniom komórek pamięci flash i wydłużyć żywotność dysku SSD:
Okres użytkowania dysku SSD zależy od trzech kluczowych parametrów; Technologia SSD NAND flash, pojemność dysku i model korzystania z aplikacji. Ogólnie rzecz biorąc, poniższy kalkulator cyklu eksploatacji pozwala określić żywotność dysku.
Żywotność [lata] = (Wytrzymałość [Cykle P/E] * Pojemność [fizyczne, bajty] * Współczynnik nadmiarowej alokacji) / (Prędkość zapisu [b/s] * Cykl pracy [cykle] * % zapisu * WAF) / (36 *24* 3,600)
Parametry:
Szybkość zapisu w bajtach na sekundę:
Niektóre systemy operacyjne obsługują funkcję TRIM, która tłumaczy usunięte pliki na powiązany adres bloku logicznego (LBA) urządzenia pamięci masowej (SSD). W przypadku rozwiązania SATA to polecenie jest również nazywane TRIM, natomiast w przypadku rozwiązania SAS – UNMAP. Polecenie TRIM/UNMAP powiadamia dysk, że nie potrzebuje już danych w niektórych LBA, co zwalnia kilka stron NAND.
Polecenie TRIM/UNMAP, aby działało, musi być obsługiwane przez system operacyjny, dysk i kontroler. Polecenie TRIM/UNMAP może spowodować wyższą wydajność dysku SSD zarówno ze względu na mniejszą ilość danych wymaganych do ponownego zapisania podczas odśmiecania pamięci, jak i większą ilość wolnego miejsca na dysku. Dyski Dell klasy Enterprise są obecnie dostarczane z produktami o wystarczająco wysokiej wydajności i trwałości, aby nie obsługiwały tych poleceń, nawet jeśli są obsługiwane przez system operacyjny. Funkcje te są opracowywane dla przyszłej oferty dysków SSD firmy Dell.
Powrót do góry
Integralność danych na dysku SSD firmy Dell jest utrzymywana przy użyciu następujących metod:
Zabezpieczenie przed
nagłą utratą zasilaniaW porównaniu z dyskami twardymi dyski SSD są bardziej odporne na wstrząsy, zużywają mniej energii, skracają czas dostępu i lepszą wydajność odczytu. Jednak niektóre modele dysków SSD wiążą się z wyzwaniami związanymi z uszkodzeniem danych i systemu plików w przypadku nagłej utraty zasilania. Skuteczny mechanizm ochrony danych w przypadku awarii zasilania musi działać przed i po awarii, aby zapewnić kompleksową ochronę danych.
Dyski SSD klasy Enterprise firmy Dell zawierają funkcje ochrony danych w przypadku awarii zasilania oparte na sprzęcie i oprogramowaniu wewnętrznym. Obejmują one układ wykrywania awarii zasilania, który monitoruje źródło napięcia i wysyła sygnał do kontrolera dysku SSD, jeśli napięcie spadnie poniżej określonej wartości progowej. Sytuacja ta może doprowadzić do odłączenia od dysku SSD źródła zasilania i podęcia odpowiednich kroków w celu przesunięcia tymczasowego bufora danych i metadanych do pamięci flash typu NAND. Wbudowany obwód podtrzymujący zasilanie i kondensator są zaimplementowane, aby zapewnić wystarczającą ilość energii do tej operacji. W przypadku kondensatorów metoda nadmiarowych bloków pamięci jest stosowana kilkukrotnie, aby zapewnić wystarczającą ilość zasilania przez cały okres eksploatacji dysku.
Powrót do góry
Dyski SSD mogą być czyszczone poprzez kilkukrotne zapisanie całej pojemności dysku. Firma Dell bada możliwości bezpiecznego wymazywania i funkcji samoszyfrowania dysków SSD samoszyfrujących (SED) pod kątem przyszłych wersji. Techniki te umożliwiają szybszy i skuteczniejszy sposób oczyszczania dysku SSD.
Powrót do góry
Wykorzystanie algorytmu zarządzania wytrzymałością gwarantuje, że podczas okresu gwarancyjnego dostępna będzie wystarczająca liczba cykli P/E. Oprogramowanie wewnętrzne ogranicza zapisy, jeśli dysk jest mocno zapisywany. Jednak klienci rzadko spotykają się z ograniczeniem wydajności, gdy dysk SSD jest używany w zamierzonym zastosowaniu.