I den här artikeln finns information om varför SSD-enheter slits ut.
Översikt
Varför slits SSD-enheter ut?
För att diskutera varför en flashbaserad SSD har begränsad skrivtid kan vi titta på mekanismerna med flash, hur den varierar mellan flashtyper och vilka tekniker som används för att förbättra funktionaliteten.
En flashminnesenhet läse och skrivs på sidor. En läsning är relativt enkel, eftersom ett läskommando med adressen utförs och respektive data returneras. En skrivning kan endast ske till de sidor som är borttagna och därför anropar skrivkommandon för värdar borttagningscykler innan skrivning till flash sker. Den här cykeln för skrivning/radering orsakar cellslitage, vilket begränsar skrivtiden.
NAND-flashenheter kan antingen vara SLC (Single-Level Cell) eller Multi-Level Cell (MLC). SLC lagrar endast en del av informationen och kräver endast två spänningsnivåer för att representera 0 eller 1. Detta är den enklaste implementeringen av NAND och har bäst hållbarhet, med cirka 100 000 cykler. Eftersom framtida flash-generationer förflyttas till mindre geometrier minskas hållbarheten (det finns redan de som har 50 000 cykler). MLC indikerar vanligtvis lagring med två bitars information och kräver fyra spänningsnivåer för att representera 00, 01, 10 och 11. Cellslitage är liknande för SLC och MLC, men eftersom fler spänningsnivåer måste hittas är hållbarheten väsentligt mindre. MLC är vanligtvis cirka 10 000, men nyare generationer är så låga som 3 000–5 000 cykler.
En SSD-enhet med flash består av ett antal flash-matriser för att uppnå den höga kapaciteten. För att öka skrivningstiden på SSD-enheter används flera tekniker som kan tillämpas på båda NAND-typerna. Skrivåtkomst för värdar kan ske på alla platser som kan skapa hotspot, vilket leder till tidigare slitage på dessa platser. En teknik som kallas för belastningsutjämning används för att förhindra aktiva hotspots. Resultatet av belastningsutjämning leder till en nästan jämn fördelning av skrivåtkomsten över den totala kapaciteten för SSD-enheten. Skrivförstärkning är ett mått på förhållandet mellan antalet flash-skrivningar i förhållande till värdskrivningen. Exempel: om två flash-skrivningar genereras per värd skrivning är även skrivförstärkningen två. För att minska skrivförstärkningen förbättras skräpinsamlingens effektivitet av en teknik som kallas överprovisionering, vilket minskar skrivförstärkningen. Slutligen tillämpas en teknik vanligtvis på MLC med lägre spänningsnivåer under skrivcykeln för att underlätta cellslitage och därigenom förbättra skrivuthålligheten.
Även om det skulle vara svårt att avgöra exakt hur länge en SSD skulle hålla finns det riktlinjer för att hjälpa till att uppskatta det. SSD-enheter använder ett mätvärde som har utvecklats av JEDEC och som kallas TBW (skrivna terabyte). Även om den faktiska skrivtiden påverkas av profilen för arbetsbelastningen (exempelvis: slumpmässig eller sekventiell, blockstorlek eller skrivaktivitet), ger TBW en uppskattning, men detta kan i praktiken variera. För att avgöra förväntad livstid bör du ta TBW och dela med förväntad genomsnittlig BW för skrivningar till drivrutinen. Vanligtvis bör SSD-enheter förväntas att vara i mer än tre år, om man inte räknar med användning av krävande program.
Belastningsutjämning
NAND-flashminnen är känsligare för slitage på grund av upprepade programmerings- och raderingscykler som vanligtvis görs i datalagringsprogram och -system med hjälp av Flash Translation Layer (FTL). Konstant programmering och radering på samma minnesplats sliter till slut ut den delen av minnet och gör det ogiltigt. Som ett resultat skulle NAND-flashminnen ha begränsad livslängd. För att förhindra dessa scenarier distribueras specialalgoritmer inom SSD:er för förslitningsutjämning. Som termen antyder tillhandahåller förslitningsutjämning en metod för att distribuera programmerings- och raderingscykler enhetligt inom alla minnesblock på en SSD. Detta förhindrar kontinuerliga programmerings- och raderingscykler på samma minnesblock, vilket resulterar i längre livslängd för det totala NAND-flashminnet.
Det finns två typer av förslitningsutjämning, dynamisk och statisk. Den dynamiska förslitningsalgoritmen garanterar att programmerings- och raderingscykler för data distribueras jämnt över alla block på NAND-flashminnet. Algoritmen är dynamisk eftersom den utförs varje gång data i skrivbufferten rensas och skrivs till ett flashminne. Enbart dynamisk förslitningsutjämning kan inte se till att alla block förslitningsutjämnas med samma hastighet. Det finns också specialfall när data skrivs och lagras i flashminnen under längre tidsperioder eller på obestämd tid. Medan andra block aktivt byts ut, raderas och läggs samman förblir dessa block inaktiva under förslitningsutjämningsprocessen. För att säkerställa att alla block förslitningsutjämnas med samma hastighet distribueras en sekundär förslitningsalgoritm som kallas statisk förslitningsutjämning. Statisk förslitningsutjämning adresserar block som är inaktiva och har data lagrade i dem.
Dells SSD-hårddiskar införlivar både statiska och dynamiska förslitningsutjämningsalgoritmer för att se till att NAND-blocken slits jämnt för längre livslängd för SSD-enheten.
Överprovisionering
Överprovisionering förbättrar:
- Skrivprestanda & IOPS
- Tillförlitlighet