Cet article fournit des informations sur la raison de l’usure des SSD.
Présentation
Pourquoi les appareils SSD s’usent-ils ?
Pour expliquer la raison pour laquelle un SSD basé sur Flash est limité en écriture, intéressons-nous au mécanisme de la technologie Flash, à la façon dont il varie en fonction des types de Flash et de la façon dont les techniques sont utilisées pour améliorer sa fonctionnalité.
Un appareil de mémoire Flash est lu et écrit sur des pages. Une lecture est relativement simple en tant que commande de lecture lorsque l’adresse est émise et que les données respectives sont renvoyées. Une écriture peut uniquement se produire sur ces pages effacées, par conséquent, les commandes d’écriture de l’hôte invoquent des cycles d’effacement Flash avant de les écrire sur le disque Flash. Ce cycle d’écriture/effacement provoque l’usure des cellules, ce qui impose une durée d’écriture limitée.
Les appareils Flash NAND peuvent être des cellules à un seul niveau (SLC) ou des cellules à plusieurs niveaux (MLC). Les SLC stockent uniquement un bit d’informations et ne requièrent que deux niveaux de tension pour représenter un 0 ou 1. C’est la mise en œuvre de NAND la plus simple et elle a l’endurance la plus élevée, qui est d’environ 100 000 cycles. Étant donné que les générations futures de Flash tendent vers des géométries plus petites, l’endurance est réduite (nous voyons déjà des cycles de 50 000). Les MLC indiquent généralement le stockage de deux bits d’informations et nécessite quatre niveaux de tension pour représenter 00, 01, 10 et 11. L’usure des cellules est similaire entre SLC et MLC, mais, étant donné que des niveaux de tension supplémentaires doivent être détectés, les niveaux d’endurance sont considérablement réduits. Les MLC ont environ 10 000 cycles, mais les générations plus récentes en ont moins, entre 3 000 et 5 000 cycles.
Un disque SSD Flash se compose d’une quantité de puces de Flash pour atteindre les hautes capacités. Pour optimiser la durée de vie d’écriture des disques SSD, plusieurs techniques sont utilisées, qui peuvent être appliquées aux deux types de NAND. Les accès en écriture à l’hôte peuvent se produire à n’importe quel emplacement qui peut entraîner des points sensibles, ce qui entraîne une usure prématurée dans ces emplacements. Une technique appelée nivellement de l’usure est utilisée pour empêcher les points sensibles. Le nivellement de l’usure se traduit par une distribution quasi uniforme des accès en écriture sur la capacité totale du disque SSD. L’amplification d’écriture est une mesure du nombre d’écritures Flash par rapport à l’écriture de l’hôte. Par exemple, si 2 écritures Flash sont générées par l’écriture de l’hôte, l’amplification d’écriture est également de 2. Pour réduire l’amplification d’écriture, une technique appelée surprovisionnement accroît l’efficacité de nettoyage de la mémoire et réduit ainsi l’amplification d’écriture. Enfin, une technique généralement appliquée aux MLC utilise des niveaux de tension inférieure lors du cycle d’écriture pour faciliter l’usure de la cellule, ce qui améliore l’endurance d’écriture.
Il est difficile de déterminer avec exactitude la durée d’un disque SSD, c’est pourquoi des instructions vous sont fournies pour vous aider à effectuer une estimation. Le disque SSD utilise une métrique développée par JEDEC appelé TBW (téraoctets écrits). Alors que la durée de vie d’écriture réelle sera affectée par le profil de charge de travail (par exemple, aléatoire ou séquentiel, taille de bloc ou activité d’écriture), le TBW fournit une estimation, mais votre consommation réelle varie. Pour déterminer la durée de vie attendue, vous devez utiliser le TBW et diviser par la bande passante moyenne attendue des écritures sur le disque. En général, outre les applications gourmandes en énergie, les disques SSD devraient durer plus de trois ans.
Nivellement de l’usure
Une mémoire Flash NAND est sensible à l’usure en raison des cycles P/E répétés, fréquemment effectués dans des systèmes et des applications de stockage de données utilisant FTL (Flash Translation Layer). Programmer et effacer constamment le même emplacement de mémoire finit par user cette partie de la mémoire et la rendre invalide. Par conséquent, une mémoire Flash NAND a une durée de vie limitée. Pour éviter ce type de scénario, des algorithmes spéciaux, appelés « algorithmes de répartition de l’usure », sont déployés dans les disques SSD. Comme le suggère le terme, la répartition de l’usure offre une méthode permettant de distribuer de manière uniforme les cycles de P/E parmi tous les blocs de mémoire du disque SSD. Cela évite l’exécution de cycles P/E continus sur le même bloc de mémoire, permettant une durée de vie plus étendue de la mémoire Flash NAND dans son ensemble.
Il existe deux types de répartition de l’usure : dynamique et statique. L’algorithme de répartition d’usure dynamique garantit que les cycles P/E seront distribués de manière égale parmi tous les blocs de la mémoire Flash NAND. L’algorithme est dynamique, car il est exécuté à chaque fois que les données figurant dans le tampon d’écriture du disque sont vidées et écrites dans la mémoire Flash. La répartition d’usure dynamique ne peut à elle seule garantir que tous les blocs bénéficient du même taux de répartition de l’usure. Il existe également un cas particulier, lorsque les données sont écrites et stockées dans la mémoire Flash pendant de longues périodes de temps, voire indéfiniment. Tandis que les autres blocs sont activement échangés, effacés et mis en commun, ces blocs restent inactifs lors du processus de répartition de l’usure. Pour vous assurer que tous les blocs bénéficient du même taux de répartition d’usure, un second algorithme de répartition d’usure de type statique est déployé. La répartition de l’usure statique agit sur les blocs inactifs dans lesquels des données sont stockées.
Les disques SSD Dell intègrent des algorithmes de répartition de l’usure statiques et dynamiques, afin de garantir que les blocs NAND s’usent de manière uniforme, permettant une extension de la durée de vie du disque SSD.
Surprovisionnement
Le surprovisionnement améliore :
- Les performances d’écriture et les IOPS
- La fiabilité