Denne artikkelen inneholder informasjon om hvorfor SSD-er slites ut.
Oversikt
Hvorfor slites SSD-disker ut?
For å diskutere hvorfor en flash-basert SSD har begrenset skrivetid, kan vi se på flash-mekanikken, hvordan den varierer på tvers av flash-typer, og hvilke teknikker som brukes til å forbedre funksjonaliteten.
En flashminneenhet leses og skrives på sider. En leseoperasjon er relativt ukomplisert som en lesekommando. Adressene blir utstedt, og de respektive dataene blir returnert. En skriveoperasjon kan bare foregå på sidene som er slettet. Derfor utløser vertsbaserte skrivekommandoer flash-slettesykluser før de skrives til flash-enheten. Denne skrive-/slettesyklingen fører til celleslitasje som gir begrenset skrivetid.
NAND flash-enheter kan være enten ennivåcellebatteri (SLC) eller flernivåcellebatteri (MLC). SLC lagrer bare én bit med informasjon og krever bare to spenningsnivåer for å representere en 0 eller 1. Dette er den enkleste implementeringen av NAND og har den lengste levetiden på rundt 100 000 sykluser. Etter hvert som fremtidige generasjoner av flash går over til mindre geometrier, reduseres levetiden (vi har allerede sett levetider på 50 000 sykluser). MLC indikerer vanligvis lagring av to biter med informasjon og krever fire spenningsnivåer for å representere 00, 01, 10 og 11. Celleslitasjen er lik for SLC og MLC, men siden flere spenningsnivåer må registreres, blir levetiden betydelig redusert. MLC er vanligvis rundt 10 000, men nyere generasjoner er så lave som 3000–5000 sykluser.
En flash-SSD består av en mengde flash-halvkomponenter for å oppnå høy kapasitet. For å forbedre skrivetiden til SSD-er brukes det flere teknikker som kan brukes på begge NAND-typene. Vertsbasert skrivetilgang kan forekomme på alle plasseringer. Dette kan forårsake aktiveringspunkter, som igjen forårsaker prematur slitasje på disse plasseringene. For å forhindre aktiveringspunkter brukes en teknikk som kalles slitasjeutjevning. Slitasjeutjevning gir en nesten jevn fordeling av skrivetilganger på tvers av den totale kapasiteten til SSD-en. Skriveforsterking er en måling av antallet flash-skrivinger relativt til vertsskrivingen. For eksempel, hvis 2 flash-skrivinger blir generert per vertsskriving, er skriveforsterkningen også 2. For å redusere skriveforsterkning bruker vi en teknikk som kalles overprovisjonering. Denne teknikken gjør datasaneringen mer effektiv, noe som reduserer skriveforsterkningen. Til slutt bruker en teknikk som vanligvis brukes på MLC, lavere spenningsnivåer under skrivesyklusen for å lette celleslitasjen, og dermed forbedre skrivetiden.
Selv om det er vanskelig å fastslå nøyaktig hvor lenge en SSD vil vare, finnes det retningslinjer som hjelper deg med å anslå. SSD bruker en måleenhet som ble utviklet av JEDEC, kalt TBW (terabyte skrevet). TBW gir et estimat selv om den faktiske skrivetiden påvirkes av workloadprofilen (for eksempel tilfeldig eller sekvensiell, blokkstørrelse eller skriveaktivitet), men den faktiske lengden vil variere. Hvis du vil fastslå forventet levetid, tar du TBW og deler det på forventet gjennomsnittlig BW (byte skrevet) for skrivingene på disken. Som regel, bortsett fra i svært krevende applikasjoner, forventes det at SSD-er varer i mer enn tre år.
Slitasjeutjevning
NAND-flashminne er utsatt for slitasje på grunn av gjentatte P/E-sykluser som vanligvis foretas i applikasjoner for datalagring og systemer som bruker Flash Translation Layer (FTL). Konstant programmering og sletting av innholdet på samme minneplasseringen vil til slutt slite ut den delen av minnet og gjøre det ugyldig. Som et resultat vil NAND-flashminnet ha begrenset levetid. For å hindre at situasjoner som dette oppstår, brukes spesielle algoritmer innenfor SSD-disker som kalles slitasjeutjevning. Som begrepet tilsier er slitasjeutjevning en metode for å distribuere P/E-sykluser likt gjennom alle minneblokkene i SSD-disken. Dette forhindrer kontinuerlige program- og slettesykluser til samme minneblokk, noe som gir lengre levetid til det totale NAND-flashminnet.
Det finnes to typer slitasjeutjevning, dynamisk og statisk. Den dynamiske slitasjealgoritmen garanterer at P/E-sykluser blir jevnt fordelt mellom alle blokkene i NAND-flashminnet. Algoritmen er dynamisk fordi den utføres hver gang dataene i skrivebufferen til disken tømmes og skrives til flash-minnet. Dynamisk slitasjeutjevning alene sikrer ikke at alle blokkene utsettes for slitasje med samme hastighet. Det finnes også spesielle tilfeller der data skrives og lagres i flash-minnet i lengre perioder eller på ubestemt tid. Mens de andre blokkene aktivt blir byttet om, slettet og gruppert, forblir disse blokkene inaktive i slitasjeutjevningsprosessen. For å sikre at alle blokkene utsettes for slitasje med samme hastighet, brukes en sekundær slitasjeutjevningsalgoritme kalt statisk slitasjeutjevning. Statisk slitasjeutjevning adresserer blokkene som er inaktive og har data lagret i seg.
Dell SSD-disker inkluderer både statiske og dynamiske slitasjeutjevningsalgoritmer for å sikre at NAND-blokkene slites jevnt for å forlenge levetiden til SSD-disken.
Overprovisjonering
Overprovisjonering forbedrer:
- skriveytelse og IOPS
- Pålitelighet