Zu den Hauptinhalten
  • Bestellungen schnell und einfach aufgeben
  • Bestellungen anzeigen und den Versandstatus verfolgen
  • Profitieren Sie von exklusiven Prämien und Rabatten für Mitglieder
  • Erstellen Sie eine Liste Ihrer Produkte, auf die Sie jederzeit zugreifen können.
  • Verwalten Sie mit der Unternehmensverwaltung Ihre Dell EMC Seiten, Produkte und produktspezifischen Kontakte.

Kiintolevy – Miksi puolijohdelaitteet (SSD) kuluvat

Zusammenfassung: Lue, miksi SSD-asemien käyttöikä on rajallinen ja miten sitä voidaan parantaa.

Dieser Artikel wurde möglicherweise automatisch übersetzt. Wenn Sie eine Rückmeldung bezüglich dessen Qualität geben möchten, teilen Sie uns diese über das Formular unten auf dieser Seite mit.

Artikelinhalt


Symptome

Tässä artikkelissa on tietoja SSD-asemien kulumisesta.
 

Yleiskuvaus

Miksi puolijohdelaitteet kuluvat?
 
Tässä artikkelissa käsitellään sitä, mistä flash-pohjaisten SSD-asemien rajallinen kirjoituskesto johtuu. Artikkelissa käydään läpi flash-muistin toimintaa, erilaisten flash-tyyppien välisiä eroja sekä tekniikoita, joita käytetään sen toiminnan parantamiseen.

Flash-muistilaitteesta luetaan ja siihen kirjoitetaan sivuina. Lukeminen on suhteellisen yksinkertaista – lukukomento osoitteineen annetaan ja vastaavat tiedot palautetaan. Vain tyhjennetyille sivuille voi kirjoittaa, ja siksi isäntäkoneen kirjoituskomentoihin liittyy aina flash-muistin tietojen poistokomento ennen kirjoittamista. Kirjoitus-/poistosykli kuluttaa soluja ja siten rajaa kirjoituskestoa.

NAND-flash-laitteita on kahta tyyppiä: Single-level cell (SLC) ja Mullti-level cell (MLC). SLC säilöö vain yhden tietobitin ja vaatii vain kahta jännitetasoa arvon 0 tai 1 merkitsemiseen. Tämä on NAND-tekniikkaa yksinkertaisimmillaan ja kestävimmillään. Laitteet kestävät noin 100 000 sykliä. Kun tulevat flash-sukupolvet siirtyvät aina vain pienempiin geometrioihin, kestävyys heikkenee (jotkin laitteet kestävät jo nyt 50 000 sykliä). MLC säilöö useimmiten kaksi tietobittiä ja vaatii neljää jännitetasoa arvojen 00, 01, 10 ja 11 merkitsemiseen. Solujen kuluminen on SLC:ssä ja MLC:ssä samanlaista, mutta koska useampia jännitetasoja on tarkkailtava, kestävyys on merkittävästi heikompi. MLC kestää useimmiten noin 10 000 sykliä, mutta uudemmat sukupolvet saattavat kestää vain 3 000–5 000 sykliä.

Flash-SSD koostuu useista flash-muistisarjoista, joilla saavutetaan suuret kapasiteetit. SSD-levyjen kirjoituskeston parantamiseksi käytetään erilaisia menetelmiä, joita voi hyödyntää molemmissa NAND-tyypeissä. Isäntäkoneen kirjoituskäytöt voivat kohdistua mihin tahansa, ja se saattaa aiheuttaa tiettyjen usein käytettyjen kohtien ennenaikaista kulumista. Liian kulumisen estämiseen käytetään kulumisen tasoitustekniikkaa (Wear-leveling). Kulumisen tasoitus johtaa lähes täydellisen tasaisesti koko SSD:n kapasiteetille jakautuneisiin kirjoituskäyttöihin. Kirjoitusmäärän kasvu (Write-amplification) viittaa flash-kirjoitusten määrään suhteessa isäntäkoneen kirjoitustoimintoon. Jos esimerkiksi yksi isäntäkoneen kirjoitustoiminto johtaa kahteen flash-muistin kirjoituskertaan, Write-amplification-arvo on 2. Kirjoitusmäärien kasvun vähentämiseksi käytetään ylivaraustekniikkaa (Over-provisioning), joka parantaa roskatiedonkeruun tehokkuutta ja vähentää kirjoituskertoja. Viimeisenä menetelmänä on MLC-muistien kohdalla usein hyödynnetty tekniikka, jossa kirjoitussykliin käytetään pienempiä jännitteitä. Tämä parantaa kirjoituskestävyyttä.

Vaikka SSD-aseman käyttöiän määrittäminen olisi vaikeaa, arvioiden tekemiseen on olemassa suuntaviivoja. SSD-asemissa käytetään JEDEC:n kehittämää TBW (Terabytes Written) -metriikkaa. Todellinen kirjoituskesto riippuu työkuormituksen profiilista (johon vaikuttaa esimerkiksi satunnaisuus tai peräkkäisyys, lohkon koko ja kirjoitustoiminta). TBW tuottaa arvion, mutta todellinen kesto voi vaihdella. Odotetun käyttöiän määrittämiseksi voidaan jakaa TBW odotetulla keskimääräisellä aseman kirjoitusten BW-arvolla. Tyypillisesti SSD-asemien voi odottaa kestävän yli kolme vuotta, ellei niitä käytetä erittäin vaativiin tarkoituksiin. 
 

Kulumisen tasoitus

NAND flash -muisti on herkkää kulumaan toistuvien ohjelmointi- ja pyyhintäkertojen vuoksi, joita tehdään paljon tiedontallennuksen yhteydessä ja FTL (Flash Translation Layer) -tasoa käyttävissä järjestelmissä. Kun tietojen ohjelmointiin ja pyyhintään käytetään jatkuvasti samaa muistisijaintia, kyseinen muistin osa kuluu lopulta käyttökelvottomaksi. Siksi NAND flash -muistin käyttöikä on rajallinen. Jotta näin ei kävisi, SSD-asemissa käytetään erityisiä algoritmeja kulumisen tasoittamiseen. Kuten toiminnon nimikin sanoo, kulumisen tasoitus varmistaa, että ohjelmointi- ja pyyhintäkerrat jakautuvat tasaisesti SSD-aseman kaikkiin muistilohkoihin. Tämä estää jatkuvat ohjelmointi- ja pyyhintäkerrat samaan muistilohkoon ja lisää siten NAND flash -muistin käyttöikää.

Kulumisen tasoitus voi olla dynaamista tai staattista. Dynaaminen kulumisen tasoitusalgoritmi takaa, että tietojen ohjelmointi- ja pyyhintäkerrat jakautuvat tasaisesti kaikkiin NAND flash -muistin lohkoihin. Algoritmi on dynaaminen, koska se suoritetaan aina, kun aseman kirjoituspuskurin tiedot poistetaan ja kirjoitetaan flash-muistiin. Dynaaminen kulumisen tasoitus ei yksin riitä varmistamaan, että kaikkien lohkojen kulumisen tasoitus on samalla tasolla. Joissakin tapauksissa tiedot kirjoitetaan säilytettäväksi flash-muistissa pitkän aikaa tai toistaiseksi. Vaikka muita lohkoja vaihdetaan, pyyhitään ja lisätään varantoon aktiivisesti, nämä lohkot eivät osallistu kulumisen tasoitukseen. Jotta kaikkien lohkojen kulumisen tasoitus olisi samalla tasolla, tarvitaan toissijainen, staattinen kulumisen tasoitusalgoritmi. Staattinen kulumisen tasoitus koskee lohkoja, jotka eivät ole aktiivisia ja joihin on tallennettu tietoja.

Dellin SSD-asemat sisältävät sekä staattisia että dynaamisia kulumisen tasoitusalgoritmeja. Niiden avulla voidaan varmistaa, että NAND-lohkot kuluvat samalla tavalla, jotta SSD-aseman käyttöikä on mahdollisimman pitkä.
 

Ylivaraus

Ylivaraus parantaa:
  • kirjoitustehoa ja IOPS-lukua
  • luotettavuutta.

Ursache

-

Lösung

-

Artikeleigenschaften


Betroffenes Produkt

Servers

Letztes Veröffentlichungsdatum

28 Sept. 2021

Version

3

Artikeltyp

Solution