Live Optics | Escrituras diarias promedio

Las tres mayores objeciones a la implementación de SSD en un entorno son el costo, la velocidad y la durabilidad. Afortunadamente, la industria está proporcionando comodidad en esas tres categorías.

Este informe aborda el precio y el rendimiento, pero se centra en la durabilidad; en particular, el tema sobre las escrituras en unidad por día (DWPD), que se ha convertido en un estándar para indicar las expectativas de desgaste o durabilidad de las unidades SSD.

Precio y capacidad
NAND es la tecnología subyacente que encontrará en USB o SSD "flash", y que está disponible a un precio sostenidamente reducido. Los impulsores de esta reducción de costos son los cambios en la forma de fabricación de NAND. Dos prácticas comunes son (1) aumentar el número de bits por celda, lo que da como resultado la tecnología MLC y TLC; y (2) lo que se ve como 3D o V-NAND, que es la técnica de apilar verticalmente esas celdas. Las técnicas TLC y 3D a menudo se combinan para crear las unidades SSD de gran capacidad y rentabilidad de la actualidad.

Rendimiento
Si bien la capacidad y el precio de las SSD se beneficiaron con estos avances en la fabricación, el rendimiento y la durabilidad se vieron desafiados por la adopción empresarial. Hay una discusión importante sobre el rendimiento de escritura en las SSD NAND de celda de bits alta (TLC) debido a los ciclos de programación más largos de la NAND TLC. Sin embargo, el rendimiento de escritura de las SSD está dominado por el SoC (sistema en chip) de SSD, y es el firmware el que mitiga esa inquietud.

El aumento de la capacidad también ayudó a resolver este problema. Las unidades rara vez están 100 % llenas y el firmware puede aprovechar para realizar un proceso llamado Recopilación de elementos no utilizados, que se prepara proactivamente para el espacio de escritura de modo que la penalización de preparación se mitigue al producirse una escritura. Dado que las SSD no comparten las penalizaciones de tiempo de búsqueda de los discos duros, usar espacio en cualquier lugar de la unidad es tan recomendable como cualquier otra ubicación. Como resultado, las unidades TLC 3D de alta capacidad actuales son sorprendentemente rápidas.

Además, un porcentaje de un solo dígito de las empresas necesita las IOPS que la mayoría de las declaraciones de marketing habrían publicitado. Ejecute Live Optics y compruébelo. Las unidades de mayor capacidad y rentabilidad brindan el beneficio de migrar una mayor cantidad de datos de producción en flash.  Esto proporciona una calidad de servicio coherente a I/O en más capacidad de datos.

DWPD o escrituras en unidad por día.

La combinación de la mayoría de las empresas que tienen necesidades de I/O más bajas de lo que se llevó a creer, junto con unidades de mayor capacidad, puede cambiar drásticamente la propia opinión sobre la adopción de unidades TLC 3D como unidades de capacidad de nivel 1.

DWPD es simplemente la cantidad de veces que se puede sobrescribir por completo la capacidad de una SSD por día y mantenerse dentro de las recomendaciones de los fabricantes.
 

Todas las tecnologías flash heredan un defecto: el proceso de escritura en flash degrada gradualmente las celdas de memoria. Los administradores de almacenamiento deben tener en cuenta las cargas de trabajo de escritura de sus aplicaciones antes de implementar productos de almacenamiento en caché y disco SSD a fin de asegurarse de que la vida útil del producto coincida con sus requisitos. El estándar para medir la resistencia de un disco SSD es DWPD (escrituras en unidad por día). DWPD se mide en términos de la capacidad total del disco. Ejemplo: una SSD de 100 GB realiza un DWPD si escribe 100 GB en un día. El estándar sugiere que el disco tolere el DWPD estimado durante al menos 5 años.

Live Optics puede servir para mostrar la escritura diaria promedio estimada en cada capa (disco, servidor, disco de clúster, ejecución de recopilador y proyecto).

Escritura diaria promedio
Para calcular la escritura diaria promedio de cualquier conjunto determinado de registros de I/O, sume el rendimiento de escritura (MB/s) de todos los registros, como así también la duración de cada registro. Esto se realiza automáticamente en Live Optics y da como resultado un valor de capacidad escrito por día. La ecuación básica para entender las escrituras diarias promedio sería la siguiente:

Por lo tanto, para cualquier tipo de unidad SSD, puede utilizar este valor de capacidad con la siguiente ecuación a fin de calcular la cantidad mínima de unidades que deben adaptarse a la actividad de escritura diaria, incluidas las operaciones de I/O de back-end:

Nota: En esta ecuación, "RaidPenalty" debe explicarse con más detalle más adelante en este documento.

Para usar esta ecuación, es necesario que primero conozca la clasificación DWPD de las unidades. Esta calificación del fabricante es información generalmente disponible con relación a las especificaciones de esa unidad. Para los fines de esta demostración, aquí mencionamos algunas clasificaciones DWPD aceptables para varios tipos de unidades.

RAID: Breve introducción sobre cómo RAID afecta DWPD
RAID 10 es la forma de RAID más simple de entender. Con cada escritura y copia adicional, se escribe en el otro disco en espejo. Por lo tanto, la penalización de RAID utilizada es 2. Los RAID 5 y 6 son más complicados y, a primera vista, las penalizaciones de RAID utilizadas en los cálculos de DWPD podrían considerar las probabilidades de lo que comúnmente se conoce de las "relaciones de eficiencia de la capacidad", pero esto se puede entender con un diagrama simple, dado que son factores de capacidad relacionados, pero mutuamente excluyentes.

RAID 5: La penalización de RAID es 2.
La relación de eficiencia de la capacidad útil para un RAID 5 (4+1) es del 80 %. 4 discos de capacidad y 1 disco de paridad proporcionan una relación de 4/5.

DWPD se calcula en función de la capacidad de los datos escritos, pero lo más importante es cómo se escriben en el disco. Para ilustrarlo, aquí mencionamos algunos términos de RAID comunes. Cada conjunto de RAID consta de un ancho de banda RAID y una profundidad de banda RAID.

Ancho de banda RAID: cantidad de unidades que abarcará la banda RAID (4 discos + 1 disco de paridad).

Profundidad de banda RAID: este término puede denominarse de distintas maneras, pero es la cantidad de datos que se escribirán en cada disco antes de que la escritura pase al siguiente disco. Es un factor determinante para comprender la lógica de estimación de DWPD.

El siguiente diagrama muestra el mejor y peor escenario de escritura para esta banda RAID con una profundidad de banda de 64 KB.

Mejor escenario:
Los sistemas pueden intentar realizar una concatenación o coalescencia de escritura para tratar de optimizar el impacto en el disco (se escriben 256 KB a la perfección). Cada disco recibiría una asignación uniforme de 64 KB. La paridad también sería de 64 KB, pero es solo una sobrecarga del 20 % de los 256 KB escritos. 

Peor escenario:
No obstante, la mayoría de las escrituras son pequeñas, y a menudo más pequeñas, que la profundidad de la banda (supongamos que solo se escribieron 64 K uniformes de datos). Esto solo afectaría a dos discos de la banda RAID: el disco donde se escribieron los 64 KB y el disco de paridad reescrito que también es de 64 KB, lo que deriva en una sobrecarga de escritura del 100 %, pese a que la capacidad útil mantendría su eficiencia en un 80 %.

RAID 6: la penalización de RAID es 3.
Se debe aplicar una penalización adicional para el RAID de paridad dual. En ese peor escenario, se escribirían los 64 KB y solo afectarían a un disco; sin embargo, ahora se deberían volver a calcular y a escribir dos discos de paridad. Por lo tanto, el peor escenario para RAID 6 será una penalización de 3x (64 K de datos + 128 K de paridad).

Resumen
Dado que DWPD es un factor de capacidad de datos escritos, una SSD intentará optimizar las escrituras encontrando una nueva porción previamente preparada de la unidad en lugar de sobrescribir el mismo espacio de datos. Es una estimación extremadamente segura del desgaste de cualquier unidad con cualquier capacidad de escritura diaria promedio conocida.

Los cálculos de la siguiente página reflejan una estimación del 100 % del peor escenario, por lo que cualquier optimización de las escrituras que proporcione el sistema solo aportará más fiabilidad a estas estimaciones.

DWPD: Aplicar la escritura diaria promedio para estimar la resistencia.
Hay dos maneras de abordar el valor de DWPD en función de lo que se intente lograr: calcular la cantidad mínima de discos activos necesarios o calcular la duración estimada de una determinada cantidad de SSD con una carga de trabajo conocida.

Cantidad mínima de unidades activas
Este método lo ayuda a calcular si una unidad o una cantidad determinada de unidades deben mantenerse dentro de la clasificación DWPD recomendada en función de una demanda de carga de trabajo observada en un proyecto de Live Optics.

Escrituras diarias promedio: 3,5 TB
Conjunto RAID de destino: RAID 10
SSD en evaluación: SSD TLC de 3,8 TB

 Escrituras diarias promedio: 3,5 TB
Conjunto RAID de destino: RAID 5-5 (4+1)
SSD en evaluación: SSD TLC de 3,8 TB

Escrituras diarias promedio: 3,5 TB
Conjunto RAID de destino: RAID 6-6 (4+2)
SSD en evaluación: SSD TLC de 3,8 TB

Unidades más pequeñas y DWPD más alto
Lo que se demuestra aquí es que incluso con la cantidad extrema de escrituras a 3,5 TB por día, y con la penalización de RAID incluida, la alta capacidad de las unidades da como resultado que la cantidad mínima requerida de discos sea de 3 o menos para todas las configuraciones.

Para ilustrar la relación entre la capacidad del disco y la clasificación DWPD, en el siguiente ejemplo se utilizará una unidad más pequeña con solo 400 GB de capacidad, pero con una clasificación DWPD más alta de 10.

Escrituras diarias promedio: 3,5 TB
Conjunto RAID de destino: RAID 6-6 (4+2)
SSD en evaluación: SSD SLC DE 400 GB

 
El resultado final es que la cantidad mínima de unidades para acomodar la carga de trabajo de escritura sigue siendo 3. Sin embargo, la configuración de TLC tendría aproximadamente 10 TB de capacidad cruda, mientras que el SLC tendría 1200 GB.

Factor DWPD realizado.
Utilice la cantidad mínima recomendada de unidades superior o inferior para acelerar o desacelerar la estimación de desgaste. Calcular esto es tan simple como dividir la cantidad recomendada de unidades por el número utilizado.

Esta configuración está por demás aprovisionada; la durabilidad del desgaste de estas unidades debe superar las expectativas. Esta configuración no cumple con la recomendación. Por lo tanto, hay un desgaste acelerado en las unidades.

DWPD: aplicar la escritura diaria promedio para estimar la vida útil de la unidad. Para calcular la duración estimada de una cantidad conocida de unidades frente a la capacidad de escritura diaria promedio conocida, invierta los cálculos y utilice el factor DWPD realizado.

Duración estimada
La mayoría de los conjuntos RAID, especialmente en un arreglo de almacenamiento, por lo general incluyen de 4 a 12 unidades para una configuración mínima. El resultado es que calcular la expectativa de duración de las SSD a menudo puede demostrar una cantidad cómicamente estimada de años en los que las unidades pueden estar en servicio. Sin embargo, en un sistema con aprovisionamiento inadecuado o insuficiente, estas estimaciones podrían ayudar a comprender.
Incrementos de actualizaciones del sistema para evitar tiempos de inactividad imprevistos.

Usar nuestros dos factores DWPD realizados de la página anterior demuestra el efecto de cada escenario con esta fórmula.

Datos de ejemplo:

Años estimados por el fabricante: 5
DWPD realizado: 0,27
 

Años estimados por el fabricante: 5
DWPD realizado: 1,67
 

Reflexiones finales

Por ahora, las IOPS como medición de dimensionamiento, en gran medida indiferenciadas por la disponibilidad general de SSD, tienen precios cada vez menores y capacidades cada vez mayores. El mayor beneficio de migrar a SSD es obtener más de sus datos a un nivel de servicio constantemente más alto para toda la actividad del disco.

Sin embargo, siguen las dudas en torno a lo desconocido en lo que respecta a la velocidad y durabilidad de las cargas de trabajo específicas de una empresa, y las tecnologías innovadoras que los fabricantes de SSD están utilizando para superar los límites de la capacidad.

Live Optics puede medir la singularidad de un entorno y, con esa información, encontrar un nivel de comodidad en torno a la expectativa de duración de la unidad, sin importar cuán única sea una carga de trabajo ni qué unidad se elija para implementar.

Tenga en cuenta que, en este documento, se utiliza una escritura diaria promedio de 3,5 TB por día, lo cual, según todas las declaraciones, superaría en gran medida la demanda promedio de una corporación en casi cualquier mercado vertical. Por lo tanto, si sus escrituras diarias promedio son inferiores a 3,5 TB por día, sus expectativas de desgaste superarían las estimaciones de este documento.

Para saberlo con certeza, póngase en marcha hoy mismo en https://LiveOptics.com para obtener una cuenta complementaria.

Live Optics es un método estándar independiente de proveedores y plataformas para obtener datos de rendimiento de su entorno donados a la comunidad por Dell Technologies, Inc.

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