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この記事では、Dellソリッド ステート ドライブ(SSD)に関するよくあるお問い合わせ(FAQ)のリストを掲載しています。
データ保持:
データ保持とは、ROMでデータを正確に読み取ることができる保持期間です。チップが電源バイアス下にないとき、セルがプログラムされた状態を維持できる期間を示します。データ保持は、フラッシュセルに配置されたプログラム/消去(P/E)サイクルの数に左右され、外部環境にも依存します。また、高温では保持期間が短くなる傾向があります。実行される読み取りサイクルの数によっても、この保存期間が低下する可能性があります。
プログラム/消去(P/E)サイクル:
NAND型フラッシュでは、NANDゲートを形成するフローティングゲート トランジスタを使用してストレージを実現します。プログラミングされていない状態のビットは1ですが、プログラミング操作によって浮動ゲートに電荷を注入すると、ビットは0になります。その反対の操作（消去）では、貯められた電荷を放出し、ビットを1の状態に戻します。消去とプログラム操作は、本質的にフローティングゲートを絶縁している酸化物層の劣化を引き起こします。これが、NANDフラッシュの寿命が限られている理由です(SLCでは通常30K-1Mのプログラム/消去サイクル、MLCでは2.5K-10Kのプログラム/消去サイクル、eMLCでは10K-30Kのプログラム/消去サイクル)。
Flash Translation Layer(FTL):
Flash Translation Layerは、フラッシュ メモリーを搭載した通常のファイル システムをサポートするコンピューティングで使用されるソフトウェア レイヤーです。FTLは、セクター単位のファイルシステムとNAND型フラッシュチップの間の変換レイヤです。これにより、オペレーティングシステムとファイルシステムは、ディスクドライブへアクセスすると、NAND型フラッシュ・メモリ・デバイスにアクセスできるようになります。FTLは、フラッシュデバイスに論理ブロックインターフェイスを提供することで、フラッシュの複雑さを隠します。フラッシュでは、所定のフラッシュページに上書ができないため、FTLが論理ブロックを物理フラッシュページにマッピングし、ブロックを消去します。
メタデータ：
メタデータは、NAND型フラッシュ メモリー内に保存されている情報またはデータの管理に使用されます。メタデータには通常、格納された情報の論理アドレスから物理アドレスへのマッピング テーブル、格納された情報の属性情報、および格納された情報の管理に役立つその他のデータが含まれます。
仮想プール:
仮想プールは、プログラミングの準備ができているNAND消去ブロックのグループです。
回転式プラッターを使用してデータを保存するハード ディスク ドライブ(ハード ドライブ)とは異なり、ソリッド ステート ドライブ(SSD)はソリッドステート メモリーNANDチップを使用します。ハード ドライブには機械的な可動部品がいくつかあるため、取り扱いによる損傷を受けやすくなっています。ソリッド ステート ドライブには可動部品がないため、使用中に衝撃を受けた場合でも操作による損傷を受ける可能性が低くなります。
トランザクションを大量に処理するサーバーおよびストレージ アプリケーションに対して、SSDは超ハイ パフォーマンスのI/O処理毎秒(IOPS)と低レイテンシーを実現します。ハード ドライブを搭載したシステムで適切に使用すると、電力消費が少なく、動作温度が低いため、総所有コスト(TCO)が削減されます。
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Dellは、要求の厳しいエンタープライズ アプリケーションに必要な高品質のSSDをお客様に供給するために必要なすべての手順を綿密に管理しています。
これには以下が含まれます。
すべてのDell Enterpriseソリッド ステート ドライブは、Dell Enterpriseシステムに正確に適合するように開発されており、お客様には最適な本番環境を提供します。最近のハードドライブ業界の動向として、サプライヤの統合とドライブの標準化が進められています。これは、ソリッド ステート ドライブには当てはまりません。SSDの製造元は多数ありますが、Dellは、Dellから購入していないSSDを使用しているDellサーバーで、いかなるレベルの機能または互換性も保証できません。
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フラッシュ メモリーをベースにしたソリッド ステート ドライブ(SSD)は、一般にハード ディスク ドライブ(ハード ドライブ)よりもレイテンシーが低いため、多くの場合、レスポンス タイムを短縮できます。ランダム読み取りワークロードの場合、SSDはハード ドライブと比較して高いスループットを実現します。
NAND型フラッシュによる分類
ホストインターフェイスによる分類
SSDは、非常に高い性能を必要とするアプリケーションに最適です。SSDの使用には、データベース、データマイニング、データウェアハウス、分析、取引、ハイパフォーマンスコンピューティング、サーバー仮想化、Webサービス、EメールシステムなどのI/O負荷の高いアプリケーションが最適です。
SSDのタイプ、アプリケーション、ユース ケース
| フラッシュテクノロジー | アプリケーションの種類 | アプリケーション |
| MLC/eMLC | Webベースおよびクライアント コンピューティング | フロントエンド Webストリーミング、メディア 、Webアプリケーション 、Eメール/メッセージング コラボレーション |
| eMLC/SLC | DSS/HPC/ OLTP/ストレージ |
OLTP/ストレージ HPC/スーパーコンピューティング データ ウェアハウス/マイニング インフラストラクチャ 仮想デスクトップ OLTP/データベース/ビジネス処理 データ キャッシュ |
SSDドライブは、書き込みに対して読み取りが最も多い環境での使用を目的としています。ドライブが特定の保証期間まで存続できるように、MLCドライブには耐久性管理メカニズムが組み込まれています。ドライブで耐用年数が保証期間を下回ると予測される場合、ドライブはスロットル メカニズムを使用して書き込み速度を遅くします。
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フラッシュの使用頻度(使用されたP/Eサイクル)、フラッシュのタイプ、保管温度によって異なります。MLCとSLCでは、これは3か月と短く、最良のケースでは10年以上になる可能性があります。保持期間は温度とワークロードに大きく依存します。
| NANDテクノロジー | データの保持期間（定格のP/Eサイクル） |
| SLC | 半年 |
| eMLC | 3か月 |
| eMLC | 3か月 |
オーバープロビジョニングは、フラッシュSSDとフラッシュ・メディア・カードの設計に使用される手法です。追加のメモリー容量(ユーザーがアクセスできない容量)を提供することにより、SSDコントローラーは、仮想プールですぐに使用できるように事前に消去されたブロックをより簡単に作成できます。オーバープロビジョニングを実施すると、次の機能が向上します。
フラッシュ変換レイヤ（FTL）を使用するデータ・ストレージ・アプリケーションとシステムでは、一般的に、プログラムと消去の繰り返しサイクルが発生するため、NAND型フラッシュメモリが劣化する傾向があります。メモリの同じ位置でプログラムと消去を継続的に行うと、最終的にメモリの一部分が消耗し、使用できなくなります。その結果、NANDフラッシュの寿命は限られます。このような状況の発生を防ぐために、劣化の平準化と呼ばれる特殊なアルゴリズムがSSD内に導入されるようになりました。この用語が示すように、ウェア レベリングは、SSD内のすべてのメモリー ブロックにプログラムと消去のサイクルを均一に分散させる方法を提供します。これにより、プログラムと消去サイクルが同じメモリー ブロックに連続して行われることが回避され、NAND型フラッシュ メモリー全体の寿命が大幅に延びます。
劣化の平準化には、動的と静的の2種類があります。動的なウェア アルゴリズムにより、データ プログラムと消去サイクルがNAND型フラッシュ内のすべてのブロックに均等に分散されることが保証されます。このアルゴリズムは、ドライブの書き込みバッファ内のデータがフラッシュされ、フラッシュメモリに書き込まれるたびに実行されるため、動的です。動的な劣化の平準化だけでは、すべてのブロックを同じ率で劣化を平準化することはできません。また、データを書き込んだ際に、データが長期間または恒久的にフラッシュ内に保存されるといった特殊なケースもあります。他のブロックがスワップ、消去、プールされている間、これらのブロックはウェアレベリングプロセスで非アクティブなままです。すべてのブロックが同じ率でウェア レベリングされていることを確認するために、静的ウェア レベリングと呼ばれる二次的なウェア レベリング アルゴリズムが導入されます。静的ウェア レベリングは、非アクティブでデータが保存されているブロックに対処します。
Dell SSDドライブには、静的および動的なウェア レベリング アルゴリズムが組み込まれており、SSDの寿命を延ばすまで、NANDブロックが均等に摩耗するようになっています。
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フラッシュメモリは、それぞれに1つまたは複数ビットのデータを格納するセルから構成されています。セルはグループ化されてページを形成し、データの書き込みが可能な最小の分離された場所となります。ページは収集されてブロックを形成し、消去が可能な分離した最小の場所となります。フラッシュメモリは、HDDのように直接上書きすることはできません。最初に消去する必要があります。したがって、ブロック内の空のページに直接書き込むことはできますが、最初にページのブロック全体を消去しないとそのページを上書きすることができません。
ドライブを使用する際に、データが変更され、変更されたデータはブロック内の他のページまたは新しいブロックに書き込まれます。古い(古い)ページには無効のマークが付けられ、ブロック全体を消去することで再利用できます。ただし、これを行うには、ブロック内の他のすべての占有ページに関する有効な情報を別のブロックに移動する必要があります。新しいデータを同じブロックに書き込む前に、有効なデータを再配置してからブロックを消去する必要があるため、書き込み回数が増えることになります。このため、フラッシュメモリで要求される書き込み合計回数が、元々ホストコンピュータで要求された書き込み回数を上回ることになります。また、ホストコンピュータから新しいデータを同時に書き込んでいる間に消去する必要があるブロックからのデータの移動で、SSD がビジー状態になると、書き込み処理の速度が遅くなります。
SSDコントローラーは、ガベージ コレクションと呼ばれる技術を使用して、以前に書き込まれたブロックを解放します。また、このプロセスは、複数のブロックからページを移動して書き換えることでページを統合して、新しく使われるブロックの数を抑制します。古いブロックは消去され、新たに書き込まれるデータ用のストレージ容量が提供されます。ただし、フラッシュ ブロックが故障するまでに書き込む回数は限られているため、1つのブロックが早期に消耗しないように、SSD全体をウェア レベルにする必要があります。
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フラッシュ・メモリ・セルが時間の経過とともに劣化し、隣接するフラッシュ・メモリ・ページから中断が発生すると、保存されているデータでランダムなビットエラーが発生することがあります。所定のデータ ビットが破損する可能性は低くても、ストレージ システム内のデータ ビット数が膨大になると、データが破損する可能性は現実のものになります。
フラッシュ・メモリ・ストレージ・システムでは、エラー検出と修正コードを使用することで、データが破損されないよう保護されます。DellのSSDドライブには、業界で最も高度なECCアルゴリズムが搭載されており、エンタープライズ レベルの10-17の訂正不能なビット エラー レートを実現します。
書き込み増幅係数とは、ホストコントローラから要求のあったデータ量に対し、SSDコントローラが書き込む必要のあるデータ量との比率です。書き込み増幅係数が1の場合は最適な状態であり、1 MBの書き込み要求に対し、SSDのコントローラが1 MBを書き込んだことを示します。書き込み増幅係数が1より大きいことは望ましくありませんが、これは残念な事実です。書き込み増幅係数が高いほど、ドライブの劣化が速くなり、性能が低下します。
フラッシュメモリ
に書き込まれるデータ--------------------------------------- = ホスト
によって書き込まれた書き込み増幅データ
デルは、フラッシュセルの損傷を回避してSSDドライブの寿命を延ばすために次の方法を採用しています。
SSDの耐用年数は、3つの重要なパラメータによって決まります。SSD NANDフラッシュ テクノロジー、ドライブの容量、アプリケーションの使用モデル。一般に、次のライフサイクル計算ツールを使用して、ドライブの持続時間を計算できます。
寿命 [年] = (耐久性 [P/E サイクル] * 容量 [物理、バイト] * オーバープロビジョニング係数) / (書き込み速度 [bps] * デューティサイクル [サイクル] * 書き込み% * WAF) / (36 *24* 3,600)
パラメータ:
1秒あたりの書き込み速度(バイト):
一部のオペレーティング システムでは、削除されたファイルをストレージ デバイス(SSD)上の関連する論理ブロック アドレス(LBA)に変換するTRIM機能がサポートされています。SATAの場合も、このコマンドはTRIMと呼ばれていますが、SASの場合はUNMAPと呼ばれています。TRIM/UNMAPコマンドは、特定のLBAのデータが不要になったことをドライブに通知し、複数のNANDページを解放します。
TRIM/UNMAPコマンドを機能させるには、TRIM/UNMAPコマンドがオペレーティング システム、ドライブ、コントローラーでサポートされている必要があります。TRIM/UNMAPコマンドを実行すると、ガベージ コレクション中に書き換える必要のあるデータが減り、その結果ドライブの空き領域が増えるため、SSDのパフォーマンスが向上する可能性があります。現在出荷されているDellエンタープライズ ドライブは、十分なパフォーマンスと耐久性を備えているため、オペレーティング システムでサポートされている場合でも、現時点ではこれらのコマンドをサポートしていません。これらの機能は、今後提供予定のDellのSSD製品に向けて、現在調査中です。
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Dell SSDドライブのデータ整合性は、次の方法を使用して維持されます。
突然の電源喪失保護
ハード ドライブと比較して、SSDは衝撃に対してより堅牢で、消費電力が少なく、アクセス時間が短縮され、読み取りパフォーマンスが向上します。ただし、一部のSSD設計では、突然の電源喪失時にデータやファイル システムが破損するという課題があります。包括的なデータ保護を提供するためには、破壊的な電源障害の前後で効果的な停電データ保護メカニズムが機能している必要があります。
Dell Enterprise SSDには、ハードウェアおよびファームウェアベースの電源障害データ保護機能が搭載されています。これには、電圧ユニットを監視する電源障害検出回路が搭載されており、電源が事前に定義されたしきい値を下回った場合は、SSDコントローラに信号が送信されます。この信号により、SSDが入力電源から切断され、一時バッファデータとメタデータをNAND型フラッシュに移動するのに必要な手順が開始されます。オンボードの電源保持回路とコンデンサは、この動作に十分なエネルギーを供給するために実装されています。電源を維持するコンデンサは、ドライブの寿命に十分なエネルギーを保証するために、数倍の規模でオーバープロビジョニングが実施されます。
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SSDは、ドライブの容量全体を数回書き込むことで、サニタイズすることができます。Dellでは、今後のリリースに向けて、自己暗号化ドライブ(SED)SSDのセキュア消去および自己暗号化機能を調査中です。これらの技術により、SSDを迅速かつ効率的にサニタイズすることができます。
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耐久性管理アルゴリズムを使用すると、ドライブの保証期間中、十分なプログラム/消去（P/E）サイクルを確実に利用することが可能です。ドライブに大量の書き込みが行われる場合、ファームウェアは書き込みを制限します。ただし、目的のアプリケーションでSSDを使用している場合に、パフォーマンスのスロットリングが発生することはほとんどありません。
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22 Mar 2024
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