บทความนี้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับสาเหตุที่ SSD สึกหรอ
ภาพรวม
เหตุใดอุปกรณ์โซลิดสเตตจึงสึกหรอ
เพื่อเป็นการอธิบายว่าทําไม SSD ที่ใช้แฟลชจึงมีอายุการใช้งานที่จํากัด เรามาดูกลไกของแฟลชว่ากล้องจะแตกต่างกันอย่างไรในประเภทแฟลช และเทคนิคต่างๆ ที่ใช้ในการปรับปรุงฟังก์ชัน
การทํางาน อุปกรณ์หน่วยความจําแฟลชจะถูกอ่านและเขียนเป็นหน้า การอ่านค่อนข้างตรงไปตรงมาเนื่องจากคําสั่งอ่านที่มีที่อยู่ออกและข้อมูลที่เกี่ยวข้องจะถูกส่งกลับ การเขียนสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะกับหน้าที่ถูกลบเท่านั้นดังนั้นคําสั่งเขียนโฮสต์จะเรียกรอบการลบแฟลชก่อนที่จะเขียนแฟลช การขี่จักรยานเขียน / ลบนี้ทําให้เกิดการสึกหรอของเซลล์ซึ่งกําหนดชีวิต
การเขียนที่ จํากัด อุปกรณ์แฟลช NAND สามารถเป็นได้ทั้งเซลล์ระดับเดียว (SLC) หรือเซลล์หลายระดับ (MLC) SLC เก็บข้อมูลเพียงบิตเดียวและต้องการแรงดันไฟฟ้าเพียงสองระดับเพื่อแสดง 0 หรือ 1 นี่คือการใช้งานที่ง่ายที่สุดของ NAND และมีความอดทนสูงสุดซึ่งอยู่ที่ประมาณ 100,000 รอบ เมื่อแฟลชรุ่นต่อไปเคลื่อนที่ไปยังรูปทรงเรขาคณิตที่เล็กลงความอดทนจะลดลง (เราเห็นบางตัวที่มี 50,000 รอบแล้ว) โดยปกติ MLC จะระบุการจัดเก็บข้อมูลสองบิตและต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสี่ระดับเพื่อแสดง 00, 01, 10 และ 11 การสึกหรอของเซลล์มีความคล้ายคลึงกันระหว่าง SLC และ MLC แต่เนื่องจากต้องรู้สึกถึงระดับแรงดันไฟฟ้ามากขึ้นระดับความทนทานจะลดลงอย่างมีนัยสําคัญ โดยปกติ MLC จะอยู่ที่ประมาณ 10,000 คน แต่คนรุ่นใหม่จะต่ําถึง 3,000-5,000 รอบ
แฟลช SSD ประกอบด้วยปริมาณแฟลชตายเพื่อให้บรรลุความจุสูง เพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานการเขียนของ SSD มีการใช้เทคนิคหลายอย่างซึ่งสามารถนําไปใช้กับ NAND ทั้งสองประเภท การเข้าถึงการเขียนโฮสต์สามารถเกิดขึ้นได้ในทุกสถานที่ที่อาจทําให้เกิดจุดร้อนซึ่งทําให้เกิดการสึกหรอก่อนวัยอันควรในสถานที่เหล่านี้ เทคนิคที่เรียกว่าการปรับระดับการสึกหรอใช้เพื่อป้องกันจุดร้อน การปรับระดับการสึกหรอส่งผลให้มีการกระจายการเข้าถึงการเขียนเกือบเท่าขีดความสามารถทั้งหมดของ SSD การขยายการเขียนเป็นการวัดอัตราส่วนของจํานวนการเขียนแฟลชที่สัมพันธ์กับการเขียนโฮสต์ ตัวอย่างเช่นหากมีการสร้างการเขียนแฟลช 2 ครั้งต่อการเขียนโฮสต์การขยายการเขียนก็เป็น 2 เช่นกัน เพื่อลดการขยายการเขียนเทคนิคที่เรียกว่าการจัดเตรียมมากเกินไปจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเก็บขยะซึ่งจะช่วยลดการขยายการเขียน สุดท้ายเทคนิคที่ใช้กับ MLC มักใช้ระดับแรงดันไฟฟ้าต่ําในระหว่างรอบการเขียนเพื่อความสะดวกในการสึกหรอของเซลล์ซึ่งจะช่วยเพิ่มความทนทาน
ในการเขียน แม้ว่าจะเป็นการยากที่จะกําหนดระยะเวลาที่ SSD จะมีอายุการใช้งาน แต่ก็มีแนวทางที่จะช่วยประมาณการ SSD ใช้เมตริกที่พัฒนาโดย JEDEC ที่เรียกว่า TBW (เขียนเทราไบต์) ในขณะที่ชีวิตการเขียนที่แท้จริงจะได้รับผลกระทบจากโปรไฟล์ภาระงาน (ตัวอย่างเช่นสุ่มหรือตามลําดับขนาดบล็อกหรือกิจกรรมการเขียน) TBW ให้ค่าประมาณ แต่ระยะทางจริงของคุณจะแตกต่างกันไป เพื่อกําหนดอายุการใช้งานที่คาดหวังหนึ่งจะใช้ TBW และหารด้วย BW เฉลี่ยที่คาดไว้ของการเขียนไปยังไดรฟ์ โดยทั่วไปนอกเหนือจากแอปพลิเคชันที่มีความต้องการมากแล้วควรคาดว่าจะมีอายุการใช้งานมากกว่าสามปี
การปรับระดับการสึกหรอ
หน่วยความจําแฟลช NAND มีความอ่อนไหวต่อการสึกหรอเนื่องจากโปรแกรมซ้ําและลบรอบที่มักทําในแอปพลิเคชันและระบบจัดเก็บข้อมูลโดยใช้ Flash Translation Layer (FTL) การเขียนโปรแกรมอย่างต่อเนื่องและการลบไปยังตําแหน่งหน่วยความจําเดียวกันในที่สุดก็สวมใส่ส่วนหนึ่งของหน่วยความจําออกและทําให้ไม่ถูกต้อง แฟลช NAND จึงมีอายุการใช้งานที่จํากัด เพื่อป้องกันไม่ให้สถานการณ์เช่นนี้เกิดขึ้นอัลกอริทึมพิเศษจะถูกปรับใช้ภายใน SSD ที่เรียกว่าการปรับระดับการสึกหรอ ตามคําที่แนะนําการปรับระดับการสึกหรอเป็นวิธีการกระจายโปรแกรมและลบรอบอย่างสม่ําเสมอตลอดบล็อกหน่วยความจําทั้งหมดภายใน SSD สิ่งนี้จะช่วยป้องกันโปรแกรมต่อเนื่องและลบรอบไปยังบล็อกหน่วยความจําเดียวกันทําให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นไปยังหน่วยความจํา
แฟลช NAND โดยรวม การปรับระดับการสึกหรอมีสองประเภทคือไดนามิกและคงที่ อัลกอริธึมการสึกหรอแบบไดนามิกรับประกันว่าโปรแกรมข้อมูลและรอบการลบจะถูกกระจายอย่างสม่ําเสมอตลอดทุกบล็อกภายในแฟลช NAND อัลกอริทึมเป็นแบบไดนามิกเนื่องจากมีการดําเนินการทุกครั้งที่ข้อมูลในบัฟเฟอร์การเขียนของไดรฟ์ถูกล้างและเขียนไปยังหน่วยความจําแฟลช การปรับระดับการสึกหรอแบบไดนามิกเพียงอย่างเดียวไม่สามารถมั่นใจได้ว่าบล็อกทั้งหมดจะถูกปรับระดับการสึกหรอในอัตราเดียวกัน นอกจากนี้ยังมีกรณีพิเศษเมื่อข้อมูลถูกเขียนและเก็บไว้ในแฟลชเป็นเวลานานหรือไม่มีกําหนด ในขณะที่บล็อกอื่น ๆ กําลังถูกสลับลบและรวมเป็นก้อนบล็อกเหล่านี้ยังคงไม่ทํางานในกระบวนการปรับระดับการสึกหรอ เพื่อประกันว่าบล็อกทั้งหมดจะถูกปรับระดับการสึกหรอในอัตราเดียวกันอัลกอริทึมการปรับระดับการสึกหรอรองที่เรียกว่าการปรับระดับการสึกหรอแบบคงที่จะถูกปรับใช้ การปรับระดับการสึกหรอแบบคงที่จะจัดการกับบล็อกที่ไม่ได้ใช้งานและมีข้อมูลเก็บไว้ในบล็อกเหล่านั้น
ไดรฟ์ Dell SSD รวมอัลกอริธึมการปรับระดับการสึกหรอทั้งแบบคงที่และแบบไดนามิกเพื่อให้แน่ใจว่าบล็อก NAND สวมใส่อย่างเท่าเทียมกันเพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นของ SSD
มากกว่าการเตรียมใช้งาน
มากกว่าการเตรียมใช้งานปรับปรุง:
- ประสิทธิภาพการเขียน & IOPS
- ความน่าเชื่อถือ