Este artigo fornece uma lista de perguntas frequentes (FAQs) sobre a unidade de estado sólido (SSD) da Dell.
Retenção de dados:
Retenção de dados é o período de tempo durante o qual a ROM permanece legível com precisão. É o tempo pelo qual a célula mantém seu estado programado quando o chip não está sob polarização de energia. A retenção de dados é sensível ao número de ciclos de programa/apagamento (P/L)colocados na célula flash e também depende do ambiente externo. A duração da retenção tende a reduzir devido à alta temperatura. O número de ciclos de leitura executados também pode degradar essa retenção.
Programar/apagar (P/E) Cycle:
No flash NAND, o armazenamento é obtido usando transistores de porta flutuante que formam portas NAND. Dessa maneira, o estado não programado de um bit é 1, enquanto a operação de escrita injeta carga na porta flutuante e o bit resultante torna-se 0. A operação oposta, limpeza, extrai a carga armazenada e reverte o estado para 1. As operações de apagamento e programação causam inerentemente a degradação da camada de óxido que isola a porta flutuante. Essa é a razão da vida útil finita do flash NAND (ciclos de programa/apagamento de 30.000-1 milhão para SLC, ciclos de programa/apagamento de 2,5 mil a 10.000 para MLC, ciclos de programa/apagamento de 10.000 RPM para eMLC).
Camada de conversão flash (FTL):
Flash Translation Layer é uma camada de software usada na computação para dar suporte a sistemas de arquivos normais com memória flash. A FTL é uma camada de tradução entre o sistema de arquivos baseado em setor e os chips da flash NAND. Ela permite que o sistema operacional e o sistema de arquivos acessem os dispositivos de memória flash NAND como acessam as unidades de disco. Uma FTL oculta a complexidade do flash fornecendo uma interface de bloco lógico para o dispositivo flash. Como a flash não é compatível com a substituição de páginas flash no lugar, uma FTL mapeia os blocos lógicos para páginas flash físicas e apaga os blocos.
Metadados:
Os metadados são usados para o gerenciamento das informações armazenadas ou dos dados na memória flash NAND. Os metadados geralmente incluem uma tabela de mapeamento de endereço lógico para físico das informações armazenadas, informações de atributos das informações armazenadas e quaisquer outros dados que possam ajudar no gerenciamento das informações armazenadas.
Pool virtual:
Um pool virtual é um grupo de blocos apagados NAND prontos para serem programados.
Ao contrário das unidades de disco rígido (disco rígido) que usam uma bandeja giratória para armazenar dados, as unidades de estado sólido (SSDs) usam chips NAND de memória de estado sólido. Os discos rígidos têm várias partes móveis mecânicas diferentes que os tornam suscetíveis a danos de manuseio. As unidades de estado sólido não têm peças móveis e são menos suscetíveis a sofrer danos, mesmo quando sofrem impacto durante o uso.
Os SSDs oferecem operações de E/S por segundo (IOPS) de altíssimo desempenho e baixa latência para aplicativos de servidor e armazenamento com uso intensivo de transações. Usados corretamente em sistemas com disco rígido, eles reduzem o custo total de propriedade (TCO) por meio do baixo consumo de energia e da baixa temperatura operacional.
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A Dell gerencia de perto todas as etapas necessárias para fornecer a seus clientes as unidades de estado sólido de alta qualidade necessárias para aplicativos empresariais exigentes.
Isso inclui:
Todas as unidades de estado sólido Dell Enterprise são desenvolvidas para corresponder precisamente aos sistemas Dell Enterprise e fornecer aos clientes um ambiente de produção ideal. Recentemente, a indústria de discos rígidos testemunhou a consolidação de fornecedores e a padronização de unidades. Esse não tem sido o caso para unidades de estado sólido. Existem muitos fabricantes de SSDs, e a Dell não pode garantir qualquer nível de funcionalidade ou compatibilidade em servidores Dell que usam SSDs que não foram adquiridas da Dell.
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As unidades de estado sólido (SSDs) baseadas em memória flash geralmente demonstram latências mais baixas do que as unidades de disco rígido, muitas vezes permitindo tempos de resposta mais rápidos. Para cargas de trabalho de leitura aleatória, as SSDs oferecem maior throughput em relação ao disco rígido.
Com base em flash Nand
Com base em interface de host
As SSDs são mais adequadas para aplicações que exigem o melhor desempenho. Aplicativos com uso intenso de E/S, como bancos de dados, mineração de dados, data warehouse, lógica analítica, negociação, computação com alto desempenho, virtualização de servidores, serviços na Web e sistema de e-mail, são os mais adequados para uso em SSD.
Tipos, aplicativos, casos de uso de SSD
Tecnologia Flash | Tipo de aplicação | Aplicações |
MLC/eMLC | Computação baseada na Web e de client | Streaming front-end da Web , mídia , aplicativos da Web, e-mail /sistema de mensagens , colaboração |
eMLC/SLC | DSS/HPC/ OLTP/armazenamento |
OLTP/HPC de armazenamento /infraestrutura de mineração e data warehouse de supercomputação para desktop virtual OLTP/banco de dados/cache de dados de processamento de negócios |
As unidades SSD são destinadas ao uso em ambientes que executam a maioria das leituras versus gravações. Para que as unidades cumpram uma duração de garantia específica, as unidades MLC têm um mecanismo de gerenciamento de resistência integrado às unidades. Se a unidade projetar que a vida útil ficará aquém de sua garantia, a unidade usará um mecanismo de aceleração para reduzir a velocidade da gravação.
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Depende da frequência com que o flash foi usado (ciclo P/L usado), do tipo de flash e da temperatura de armazenamento. Em MLC e SLC, isso pode ser tão baixo quanto 3 meses e os melhores casos podem ser mais de 10 anos. A retenção é altamente dependente da temperatura e da carga de trabalho.
Tecnologia NAND | Retenção de dados no ciclo de P/E classificado |
SLC | Seis meses |
eMLC | Três meses |
eMLC | Três meses |
O excesso de provisionamento é uma técnica usada na projeção de SSDs flash e cartões de mídia flash. Ao fornecer capacidade extra de memória (que o usuário não pode acessar), o controlador SSD pode criar mais facilmente blocos pré-apagados prontos para serem usados no pool virtual. O excesso de provisionamento melhora:
A memória flash NAND é suscetível a desgaste devido a ciclos repetidos de escrita e limpeza, que são normalmente efetuados em sistemas e aplicações de armazenamento de dados que usam a camada de tradução flash (FTL). A escrita e limpeza constantes no mesmo local da memória acaba por desgastar aquela parte da memória e a torna inválida. Como resultado, o flash NAND teria uma vida útil limitada. Para evitar que cenários como esses ocorram, algoritmos especiais são implantados na SSD, chamados de nivelamento de desgaste. Como o termo sugere, o nivelamento de desgaste fornece um método para distribuir programas e ciclos de apagamento uniformemente em todos os blocos de memória dentro do SSD. Isso impede ciclos de escrita e limpeza contínuos no mesmo bloco de memória, resultando em maior vida útil da memória flash NAND em geral.
Existem dois tipos de nivelamento de desgaste, dinâmico e estático. O algoritmo de desgaste dinâmico garante que o programa de dados e os ciclos de exclusão sejam distribuídos uniformemente por todos os blocos dentro do flash NAND. O algoritmo é dinâmico porque é executado sempre que os dados no buffer de gravação da unidade são liberados e gravados na memória flash. O nivelamento de desgaste dinâmico por si só não pode garantir que todos os blocos estejam sendo nivelados de desgaste na mesma taxa. Há também o caso especial quando os dados são escritos e armazenados na flash por longos períodos de tempo ou indefinidamente. Enquanto outros blocos estão sendo trocados, apagados e agrupados, esses blocos permanecem inativos no processo de nivelamento de desgaste. Para garantir que todos os blocos estejam sendo desgastados na mesma taxa, um algoritmo secundário de nivelamento de desgaste chamado nivelamento de desgaste estático é implementado. O nivelamento de desgaste estático aborda os blocos que estão inativos e que têm dados armazenados neles.
As unidades SSD da Dell incorporam algoritmos de nivelamento de desgaste estático e dinâmico para garantir que os blocos NAND estejam se desgastando uniformemente para aumentar a vida útil da SSD.
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A memória flash é composta por células que armazenam um ou mais bits de dados cada. Essas células são agrupadas em páginas, que são os menores locais distintos onde é possível gravar dados. As páginas são coletadas em blocos, que são os menores locais distintos que podem ser apagados. A memória flash não pode ser substituída diretamente como uma unidade de disco rígido; é necessário limpá-la primeiro. Assim, embora seja possível gravar diretamente em uma página em branco em um bloco, não é possível substituí-la sem primeiro limpar um bloco inteiro de páginas.
Conforme a unidade é utilizada, os dados mudam e os dados alterados são gravados em outras páginas no bloco ou em novos blocos. As páginas antigas (obsoletas) são marcadas como inválidas e podem ser recuperadas apagando todo o bloqueio. Para fazer isso, no entanto, qualquer informação ainda válida sobre todas as outras páginas ocupadas no bloqueio deve ser movida para outro bloco. O requisito para realocar dados válidos e depois apagar blocos antes de gravar novos dados no mesmo bloco causa amplificação da gravação; o número total de gravações necessário na memória flash é maior do que o computador host originalmente solicitou. Isso também faz com que o SSD execute operações de gravação em uma taxa mais lenta quando estiver ocupado movendo dados de blocos que devem ser apagados enquanto grava novos dados do computador host simultaneamente.
Os controladores SSD usam uma técnica chamada coleta de lixo para liberar blocos gravados anteriormente. Esse processo também consolida páginas, movendo e reescrevendo páginas de vários blocos para ocupar menos blocos novos. Os blocos antigos são então eliminados para fornecer espaço de armazenamento para novos dados de entrada. No entanto, como os blocos flash só podem ser gravados tantas vezes antes de falhar, é necessário também desgastar todo o SSD para evitar o desgaste prematuro de qualquer bloco.
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A deterioração das células de memória flash ao longo do tempo e as interrupções das páginas de memória flash próximas podem levar a erros aleatórios de bits nos dados armazenados. Embora as chances de qualquer bit de dados ser corrompido sejam pequenas, o grande número de bits de dados em um sistema de armazenamento torna a probabilidade de corrupção de dados uma possibilidade real.
Códigos de detecção e correção de erros são usados em sistemas de armazenamento de memória flash para proteger os dados contra corrupção. As unidades SSD da Dell são equipadas com o algoritmo ECC mais avançado do setor para atingir um nível empresarial de taxa de erro de bits incorrigível de 10 a 17.
O fator de amplificação de gravação é a quantidade de dados que o controlador da SSD precisa gravar em relação à quantidade de dados que o controlador host quer gravar. Um fator de amplificação de gravação igual a 1 é ideal, pois significa que você queria gravar 1 MB e o controlador da SSD gravou 1 MB. Um fator de amplificação de escrita maior que um não é desejável, mas é um fato lamentável da vida. Quanto maior a amplificação de gravação, mais rápido a unidade se desgasta e menor é o desempenho.
Dados gravados na memória
Flash--------------------------------------- = amplificação de
gravação Dados gravados pelo host
A Dell usa os seguintes métodos para evitar danificar as células flash e prolongar a vida útil da unidade SSD:
A vida útil de um SSD é regida por três parâmetros principais; Tecnologia flash NAND de SSD, capacidade da unidade e modelo de uso do aplicativo. Em geral, a seguinte calculadora de ciclo de vida pode ser usada para calcular quanto tempo dura a unidade.
Vida útil [anos] = (Duração [ciclos P/L] * Capacidade [física, bytes] * Fator de provisionamento excessivo) / (Velocidade de gravação [bps] * Ciclo de trabalho [ciclos] * % de gravação * WAF) / (36 *24* 3.600)
Parâmetros:
Velocidade de gravação em bytes por segundo:
Determinados sistemas operacionais são compatíveis com a função TRIM, que converte arquivos excluídos para o endereço de bloco lógico (LBA) associado no dispositivo de armazenamento (SSD). Para SATA, o comando também é chamado de TRIM; para SAS, o comando é chamado de UNMAP. O comando TRIM/UNMAP notifica a unidade de que ela não precisa mais de dados em determinados LBAs, o que libera várias páginas NAND.
O comando TRIM/UNMAP deve ser compatível com o sistema operacional, a unidade e o controlador para funcionar. O comando TRIM/UNMAP pode resultar em maior desempenho do SSD devido aos dados reduzidos que precisam ser regravados durante a coleta de lixo e ao maior espaço livre resultante na unidade. As unidades Dell Enterprise enviadas atualmente têm desempenho e resistência altos o suficiente. Por isso, ainda não são compatíveis com esses comandos, mesmo que o sistema operacional ofereça suporte a eles. Esses recursos estão sendo estudados para as próximas ofertas de SSD da Dell.
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A integridade dos dados da unidade SSD Dell é mantida usando os seguintes métodos:
Proteção contra perda repentina de
energiaEm comparação com os discos rígidos, as unidades de estado sólido são mais robustas contra choques, consomem menos energia, aceleram os tempos de acesso e melhoram o desempenho de leitura. No entanto, determinados designs de SSD têm desafios de corrupção de dados e file system se houver uma perda repentina de energia. Um mecanismo eficaz de proteção de dados contra falta de energia deve funcionar antes e depois de uma falta de energia disruptiva para fornecer proteção de dados abrangente.
As SSDs empresariais da Dell contêm recursos de proteção de dados contra falta de energia baseados em hardware e firmware. Elas incluem um circuito de detecção de falha de energia que monitora a fonte de alimentação e envia um sinal ao controlador da SSD se a tensão ficar abaixo de um limite predefinido. Isso pode fazer com que a SSD se desconecte da alimentação de entrada e inicie as etapas necessárias para mover os dados e metadados de buffer temporário para a flash NAND. Um circuito integrado de retenção de energia e capacitor são implementados para fornecer energia suficiente para esta operação. O capacitor de retenção tem múltiplo excesso de provisionamento, para garantir energia suficiente para toda a vida útil da unidade.
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As SSDs podem ser limpas por meio da gravação total da capacidade da unidade várias vezes. A Dell está investigando os recursos de apagamento seguro e criptografia automática em SSDs de unidade com criptografia automática (SED) para versões futuras. Essas técnicas permitem uma maneira mais rápida e eficiente de higienizar uma SSD.
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O uso de um algoritmo de gerenciamento da resistência garante que os ciclos de escrita/limpeza (P/E) suficientes estejam disponíveis durante o período de garantia da unidade. O firmware limita as gravações se uma unidade tiver uma gravação pesada. No entanto, os clientes raramente veem a aceleração do desempenho quando uma SSD é usada no aplicativo pretendido.