В этой статье содержится список часто задаваемых вопросов (FAQ) о твердотельных накопителях (SSD) Dell.
Сохранение данных:
Сохранение данных — это промежуток времени, в течение которого ОЗУ остается точно доступным для чтения. Он указывает на то, как долго ячейка будет поддерживать запрограммированное состояние, когда набор микросхем отключен от питания. Хранение данных зависит от количества циклов программирования/стирания (P/E)на флэш-ячейке, а также от внешней среды. Высокая температура, как правило, сокращает продолжительность хранения. Количество выполняемых циклов чтения также может ухудшить этот срок.
Цикл
программирования/стирания (P/E):Во флэш-памяти NAND хранение данных осуществляется с помощью транзисторов с плавающим затвором, которые образуют вентили NAND. Таким образом, незапрограммированное состояние бита —1; операция программирования добавляет заряд в плавающий шлюз, и итоговый бит становится 0. Обратная операция (очистка) извлекает сохраненный заряд и возвращает состояние к 1. Операции стирания и программирования неизбежно приводят к деградации оксидного слоя, изолирующего плавающий затвор. По этой причине срок службы флэш-памяти NAND ограничен (30 000–1 млн циклов программирования/стирания для SLC, 2,5–10 тыс. циклов программирования/стирания для MLC, 10-30 тыс. циклов программирования/стирания для eMLC).
Уровень трансляции Flash Translation Layer (FTL):
Flash Translation Layer — это программный уровень, используемый в вычислительной технике для поддержки обычных файловых систем с флэш-памятью. FTL — это слой преобразования между файловой системе на основе секторов и набором микросхем на флэш-основе NAND. Он позволяет операционной системы и файловой системе осуществлять доступ к устройствам с флэш-памятью NAND устройства по тому же принципу, что и к дискам. FTL скрывает сложность флэш-памяти, предоставляя логический блочный интерфейс для флэш-устройства. Так как флэш-память не поддерживает перезапись флэш-страниц на месте, FTL сопоставляет логические блоки физическим флэш-страницам и очищает блоки.
Метаданные.
Метаданные используются для управления сохраненной информацией или данными во флэш-памяти NAND. Метаданные обычно включают таблицу логического и физического сопоставления адресов хранимой информации, сведения об атрибутах хранимой информации и любые другие данные, которые могут помочь в управлении хранимой информацией.
Виртуальный пул:
Виртуальный пул представляет собой группу стертых блоков NAND, готовых к программированию.
В отличие от жестких дисков (hard drive), в которых используются вращающиеся пластины для хранения данных, в твердотельных накопителях (SSD) используются микросхемы твердотельной памяти NAND. Жесткие диски имеют несколько механических подвижных частей, что делает их восприимчивыми к повреждениям при обращении. Твердотельные накопители не имеют движущихся частей и менее подвержены повреждениям даже при ударах во время эксплуатации.
Твердотельные накопители обеспечивают сверхвысокую производительность операций ввода-вывода в секунду (IOPS) и низкую задержку, что важно для серверных приложений и систем хранения данных, обрабатывающих большое число транзакций. При правильном использовании в системах с жесткими дисками они снижают общую стоимость владения (TCO) за счет низкого энергопотребления и невысокой рабочей температуры.
Наверх
Dell тщательно контролирует все этапы, необходимые для обеспечения заказчиков высококачественными твердотельными накопителями, необходимыми для требовательных корпоративных приложений.
Это включает в себя:
Все твердотельные накопители Dell Enterprise разработаны с учетом точного соответствия корпоративным системам Dell и предоставления заказчикам оптимальной производственной среды. В последнее время в отрасли жестких дисков наблюдается консолидация поставщиков и стандартизация дисков. Это не относится к твердотельным накопителям. Существует множество производителей твердотельных накопителей, и Dell не может гарантировать какой-либо уровень функциональности или совместимости на серверах Dell, использующих твердотельные накопители, приобретенные не у Dell.
Наверх
Твердотельные накопители (SSD) на основе флэш-памяти, как правило, демонстрируют меньшую задержку, чем жесткие диски (жесткие диски), что часто обеспечивает более быстрое время отклика. Для рабочих нагрузок произвольного чтения твердотельные накопители обеспечивают более высокую пропускную способность по сравнению с жесткими дисками.
На базе флеш-памяти NAND
На основе интерфейса хоста
Твердотельные накопители лучше всего подходят для приложений, которым требуется максимальная производительность. Приложения с интенсивным вводом-выводом, такие как базы данных, интеллектуальный анализ данных, хранилища данных, аналитика, торговля, высокопроизводительные вычисления, виртуализация серверов, веб-службы и системы электронной почты, лучше всего подходят для использования SSD.
Типы, области применения и сценарии использования твердотельных накопителей
| Технология флэш-памяти | Тип приложения | Приложения |
| MLC/eMLC | Веб-технологии и клиентские вычисления | Клиентские веб-приложения , потоковое мультимедиа , веб-приложения, электронная почта и обмен сообщениями , совместная работа |
| eMLC/SLC | DSS/HPC/ OLTP/хранилище |
OLTP, высокопроизводительные вычисления для хранилищ, суперкомпьютерные хранилища , инфраструктура для интеллектуального анализа данных, виртуальные рабочие столы , OLTP, базы данных, бизнес-процессы , кэширование данных |
Твердотельные накопители предназначены для использования в средах, в которых выполняется большинство операций чтения по сравнению с операцией записи. Чтобы накопители работали в течение определенного гарантийного срока, в накопители MLC встроен механизм управления ресурсом. Если гарантийный срок эксплуатации накопителя истекает, накопитель использует механизм регулирования для замедления скорости записи.
Наверх
Это зависит от того, как часто использовалась вспышка (используемый цикл P/E), типа вспышки и температуры хранения. В MLC и SLC этот срок может составлять всего 3 месяца, а в лучшем случае — более 10 лет. Хранение в значительной мере зависит от температуры и рабочей нагрузки.
| Технология NAND | Хранение данных при номинальном цикле P/E |
| SLC | Шесть месяцев |
| eMLC | Три месяца |
| eMLC | Три месяца |
Избыточное выделение — это техника, которая используется при проектировании твердотельных флэш-накопителей и флэш-медиакарт. Предоставляя дополнительную емкость памяти (к которой пользователь не может получить доступ), контроллер твердотельных накопителей упрощает создание предварительно стертых блоков, готовых к использованию в виртуальном пуле. Избыточное выделение улучшает:
Флэш-память NAND подвержена износу из-за повторяющихся циклов программирования и очистки, которые обычно выполняются в приложениях и системах хранения данных с использованием слоя преобразования флэш-памяти (FTL). Постоянное программирование и очистка данных в одном и том же месте памяти в конечном итоге приводит к износу этого сегмента и делает его нерабочим. В результате срок службы флэш-памяти NAND будет ограничен. Для предотвращения таких ситуаций в твердотельном накопителе реализованы специальные алгоритмы, которые называются выравниванием износа. Как следует из термина, выравнивание износа обеспечивает метод равномерного распределения циклов программирования и стирания по всем блокам памяти в твердотельном накопителе. Это предотвращает непрерывное выполнение циклов программирования и стирания в одном блоке памяти, что увеличивает срок службы флэш-памяти NAND в целом.
Существует два типа выравнивания износа: динамический и статический. Алгоритм динамического износа гарантирует, что циклы программирования и стирания данных равномерно распределены по всем блокам флэш-памяти NAND. Этот алгоритм является динамическим, поскольку он запускается каждый раз, когда данные в буфере записи диска сбрасываются и записываются во флэш-память. Динамическое выравнивание износа само по себе не может гарантировать, что все блоки выравниваются с одинаковой скоростью. Существуют особые случаи, когда данные записываются и хранятся во флэш-памяти в течение длительного периода времени или бесконечно. В то время как другие блоки меняются местами, стираются и объединяются в пул, эти блоки остаются неактивными в процессе выравнивания износа. Чтобы гарантировать, что все блоки выравниваются по износу с одинаковой скоростью, используется вторичный алгоритм выравнивания износа, называемый статическим выравниванием износа. Статическое выравнивание износа применяется к неактивным блокам, в которых хранятся данные.
Твердотельные накопители Dell используют как статические, так и динамические алгоритмы выравнивания износа, чтобы обеспечить равномерный износ блоков NAND для более длительного срока службы твердотельного накопителя.
Наверх
Флэш-память состоит из ячеек, в каждой из которых хранится один или несколько битов данных. Эти ячейки сгруппированы в страницы, представляющие собой наименьшие отдельные места, в которые можно записать данные. Страницы собираются в блоки, представляющие собой наименьшие отдельные места, которые можно очищать. Флэш-память невозможно перезаписать напрямую, как жесткий диск; сначала ее необходимо очистить. Таким образом, хотя пустая страница в блоке может быть записана напрямую, она не может быть перезаписана без предварительного стирания всего блока страниц.
По мере использования диска данные изменяются, а измененные данные записываются на другие страницы блока или в новые блоки. Старые (устаревшие) страницы помечаются как недействительные и могут быть восстановлены путем удаления всего блока. Однако для этого вся еще действительная информация обо всех остальных занятых страницах блока должна быть перемещена в другой блок. Из-за требования перемещения рабочих данных и очистки блоков перед записью новых данных в этот блок приводит к усилению записи; общее количество операций записи, необходимых во флэш-памяти, выше, чем исходно запрашивал хост-компьютер. Это также приводит к тому, что SSD выполняет операции записи медленнее, когда он занят перемещением данных из блоков, которые необходимо удалить, и одновременно записывает новые данные с хост-компьютера.
Контроллеры твердотельных накопителей используют метод, называемый сборкой мусора, для освобождения ранее записанных блоков. Этот процесс также объединяет страницы путем перемещения и записи страниц из нескольких блоков для заполнения меньшего количества новых. Затем старые блоки очищаются, освобождая место для хранения новых поступающих данных. Однако, поскольку блоки флэш-памяти могут быть записаны только определенное количество раз до отказа, необходимо также выровнять весь твердотельный накопитель, чтобы избежать преждевременного износа любого отдельного блока.
Наверх
Ухудшение ячейки флэш-памяти со временем и перебои в работе со стороны соседних страниц флэш-памяти может привести к произвольным ошибкам битов в сохраненных данных. Хотя вероятность повреждения любого бита данных невелика, огромное количество битов данных в системе хранения делает вероятность повреждения данных реальной.
В системах хранения на основе флэш-памяти для защиты данных от повреждения используются обнаружение ошибок и коды исправления. Твердотельные накопители Dell оснащены самым передовым в отрасли алгоритмом ECC, что позволяет достичь корпоративного уровня с частотой неустранимых битовых ошибок 10–17.
Коэффициент усиления записи — это объем данных, который контроллер твердотельного накопителя должен записать, в отношении к объему данных, который хост-контроллер хочет записать. Идеальный коэффициент усиления записи составляет 1 — это означает, что вы хотели записать 1 Мбайт, и контроллер твердотельного накопителя записал 1 Мбайт. Коэффициент усиления записи, превышающий единицу, нежелателен, но является печальным фактом жизни. Чем выше усиление записи, тем быстрее изнашивается накопитель и тем ниже его производительность.
Данные, записанные во флэш-память
--------------------------------------- = Усиление
записи Данные, записанные хостом
Dell использует следующие техники, позволяющие избежать повреждения ячеек флэш-памяти и увеличить срок службы твердотельного накопителя:
Срок полезного использования твердотельного накопителя определяется тремя ключевыми параметрами; Технология флэш-памяти SSD NAND, емкость накопителя и модель использования приложения. Как правило, для расчета срока службы накопителя можно использовать следующий калькулятор срока службы.
Срок службы [лет] = (Долговечность [циклов P/E] * Емкость [физическая, байты] * Коэффициент избыточного резервирования) / (Скорость записи [бит/с] * Рабочий цикл [циклов] * % записи * WAF) / (36 *24* 3600)
Параметры:
Скорость записи в байтах в секунду:
Некоторые операционные системы поддерживают функцию TRIM, которая преобразует удаленные файлы в соответствующий адрес логического блока (LBA) на устройстве хранения данных (SSD). Для SATA эта команда также называется TRIM; для SAS она называется UNMAP. Команда TRIM/UNMAP уведомляет накопитель о том, что ему больше не нужны данные в определенных LBA, что освобождает несколько страниц NAND.
Для работы команды TRIM/UNMAP она должна поддерживаться операционной системой, приводом и контроллером. Команда TRIM/UNMAP может повысить производительность твердотельного накопителя как из-за сокращения объема данных, которые требуется перезаписать во время сборки мусора, так и из-за увеличения свободного пространства на диске. Текущие поставляемые диски Dell корпоративного класса обладают достаточно высокой производительностью и долговечностью, поэтому они пока не поддерживают эти команды, даже если операционная система их поддерживает. В настоящее время эти функции изучаются для последующих предложений твердотельных накопителей Dell.
В начало
Целостность данных на твердотельных накопителях Dell поддерживается с помощью следующих методов:
Защита от
внезапного отключения питанияПо сравнению с жесткими дисками твердотельные накопители более устойчивы к ударам, потребляют меньше электроэнергии, обеспечивают более быстрое время доступа и более высокую производительность чтения. Однако в некоторых конструкциях твердотельных накопителей возможны проблемы, связанные с повреждением данных и файловой системы при внезапном отключении питания. Чтобы обеспечить комплексную защиту данных, эффективный механизм защиты данных при сбоях электропитания должен функционировать до и после сбоя электропитания.
Твердотельные накопители Dell корпоративного класса содержат аппаратные средства защиты данных от сбоев питания и микропрограмм. Они включают схему обнаружения сбоя питания, которая выполняет мониторинг подачи напряжения и отправляет на контроллер диска сигнал, если напряжение падает ниже заранее установленного порогового значения. В этом случае твердотельный накопитель отсоединяется от источника подачи питания и выполняет действия, необходимые для перемещения временных данных буфера и метаданных во флэш-память NAND. Встроенная цепь задержки питания и конденсатор обеспечивают достаточное количество энергии для этой операции. Конденсатору удержания выделяется многократное избыточное количество ресурсов, чтобы гарантировать достаточно питания для срока службы диска.
В начало
Твердотельные накопители можно реабилитировать, перезаписав всю емкость диска несколько раз. Dell изучает возможности безопасного стирания и самошифрования в твердотельных накопителях с самошифрованием (SED) в будущих выпусках. Эти методы обеспечивают более быстрый и эффективный способ очистки твердотельных накопителей.
В начало
Использование алгоритма управления долговечностью гарантирует, что в течение гарантийного периода для диска будет доступно достаточно циклов программирования/очистки (P/E). Микропрограмма ограничивает операции записи, если накопитель интенсивно записывается. Однако заказчики редко сталкиваются с ограничением производительности, когда SSD используется по назначению.