Live Optics | Keskimääräiset päivittäiset kirjoitukset

Kolme suurinta vastalausetta SSD-levyjen käyttöönotolle ympäristössä ovat kustannukset, nopeus, ja kestävyys. Onneksi teollisuus tarjoaa mukavuutta kaikissa kolmessa kategoriassa.

Tässä tiedotteessa käsitellään hintaa ja suorituskykyä, mutta keskitytään kestävyyteen: erityisesti DWPD (Drives Writes Per Day) -aiheeseen, josta on tullut standardi SSD-asemien kulumis- tai kestävyysodotusten ilmaisemiseen.

Hinta ja kapasiteetti
NAND on taustalla oleva tekniikka, jonka löydät USB: stä tai SSD: n "Flashista", ja se on saatavilla jatkuvasti alennettuun hintaan. Tämän kustannussäästön taustalla ovat muutokset NANDin valmistustavassa. Kaksi yleistä käytäntöä ovat (1) bittien määrän lisääminen solua kohti, mikä johtaa MLC- ja TLC-tekniikkaan, ja (2) se, mitä pidetään nimellä 3D tai V-NAND, joka on tekniikka näiden solujen vertikaaliseen pinoamiseen. TLC- ja 3D-tekniikat yhdistetään usein nykypäivän suurikapasiteettisten ja kustannustehokkaiden SSD-asemien luomiseksi.

Suorituskyky
Vaikka SSD-kapasiteetti ja hinta hyötyivät näistä tuotannon edistysaskeleista, yritysten käyttöönotto haastoi suorituskyvyn ja kestävyyden. Korkean bitin solujen NAND (TLC) SSD: n kirjoitussuorituskyvystä on suuri kiista TLC NAND: n pidempien ohjelmointisyklien vuoksi. SSD-kirjoitustehoa hallitsee kuitenkin SSD SoC (järjestelmä sirulla) ja laiteohjelmisto lieventää tätä huolta.

Kapasiteetin lisääminen on auttanut ratkaisemaan myös tämän ongelman. Asemat ovat harvoin 100-prosenttisesti täynnä, ja laiteohjelmisto voi hyödyntää tätä prosessia nimeltä Garbage Collection, joka valmistelee ennakoivasti kirjoittamaan tilaa niin, että valmistelurangaistusta lievennetään kirjoituksen yhteydessä. Koska SSD-asemat eivät jaa kiintolevyjen hakuaikasakkoja, tilan käyttö missä tahansa aseman osassa on yhtä optimaalista kuin missä tahansa muussa paikassa. Tämän seurauksena nykypäivän suurikapasiteettiset 3D TLC -asemat ovat yllättävän nopeita.

Lisäksi yksinumeroinen prosenttiosuus yrityksistä tarvitsee IOPS: n, jota useimmat markkinointiväitteet mainostaisivat. Suorita Live Optics ja katso. Suuremman kapasiteetin ja kustannustehokkaampien asemien ansiosta suurempi määrä tuotantotietoja siirretään Flashiin.  Tämä tarjoaa I/O:lle tasalaatuisen palvelun ja entistä suuremman datakapasiteetin.

DWPD- tai asemakirjoitus päivässä.

Useimpien yritysten yhdistelmä, jolla on pienemmät I/O-tarpeet kuin Believeen johtanut, yhdistettynä suuremman kapasiteetin asemiin, voi muuttaa dramaattisesti mielipidettä 3D TLC -asemien käyttöönotosta tason 1 kapasiteettiasemina.

DWPD on yksinkertaisesti kuinka monta kertaa voit korvata kapasiteetin kokonaan. SSD päivässä ja pysy valmistajien suositusten mukaisesti.
 

Kaikki Flash-tekniikat perivät yhden virheen, joka on se, että Flashiin kirjoittaminen vähitellen heikentää muistisoluja. Tallennuksen järjestelmänvalvojien on otettava huomioon sovellustensa kirjoituskuormitukset ennen SSD-levyn ja välimuistituotteiden käyttöönottoa varmistaakseen, että tuotteiden elinkaaret vastaavat heidän vaatimuksiaan. SSD-levyn kestävyyden mittausstandardi on aseman kirjoitus päivässä (DWPD). DWPD mitataan levyn kokonaiskapasiteettina. Esimerkiksi 100 Gt: n SSD tekee yhden DWPD: n, jos se kirjoittaa 100 Gt yhdessä päivässä. Standardi viittaa siihen, että levy kestää arvioidun DWPD: n vähintään 5 vuotta.

Live Optics voi auttaa näyttämällä kullakin tasolla (levy, palvelin, klusterilevy, keräystoiminto ja projisointi) arvioidun keskimääräisen päivittäisen kirjoituskokemuksen.

Keskimääräinen päivittäinen kirjoitus
Jos haluat laskea minkä tahansa I/O-tietuejoukon keskimääräisen päivittäisen kirjoituksen, laske yhteen kaikkien tietueiden kirjoitusnopeus (Mt/s) sekä kunkin tietueen kesto. Tämä tehdään automaattisesti Live Opticsissa, ja sen tuloksena kirjoitetaan kapasiteettiarvo joka päivä. Perusyhtälö keskimääräisten päivittäisten kirjoitusten ymmärtämiseksi olisi:

Tämän vuoksi minkä tahansa SSD-asematyypin kohdalla voidaan käyttää tätä kapasiteettiarvoa seuraavan yhtälön kanssa päivittäisten kirjoitustoimintojen edellyttämän asemien vähimmäismäärän laskemiseen, mukaan lukien taustan I/O-toiminnot:

Huomautus: Tässä yhtälössä "RaidPenalty" on selitettävä tarkemmin myöhemmin tässä asiakirjassa.

Jos haluat käyttää tätä yhtälöä, tiedä ensin asemien DWPD-luokitus. Tämä valmistajan luokitus on yleisesti saatavilla olevaa tietoa, joka liittyy kyseisen aseman ominaisuuksiin. Tässä esittelyssä esitellään joitakin hyväksyttyjä juomavesiluokituksia eri asematyypeille.

RAID: Lyhyt johdanto RAID-vaikutuksiin DWPD
RAID 10 on yksinkertaisin RAID-muoto ymmärtää. Jokaisella kirjoituksella ja lisäkopiolla kirjoitetaan peilin toiselle levylle. Siksi käytettävä RAID-rangaistus on 2. RAID 5 ja 6 ovat monimutkaisempia, ja ensi silmäyksellä DWPD-laskelmissa käytetyt RAID-rangaistukset saattavat olla ristiriidassa yleisen tietämyksen kanssa "kapasiteetin tehokkuussuhteista", mutta tämä voidaan ymmärtää yksinkertaisella kaaviolla, koska ne liittyvät toisiinsa, mutta sulkevat pois kapasiteettitekijät.

RAID 5: RAID-rangaistus on 2.
RAID 5:n (4+1) käytettävissä olevan kapasiteetin tehokkuussuhde on 80 %. Neljän kapasiteetin levyä ja 1 pariteettilevy tarjoavat 4/5-suhteen.

DWPD lasketaan kirjoitettujen tietojen kapasiteetin perusteella, mutta mikä tärkeintä, miten se kirjoitetaan levylle. Seuraavassa on joitakin yleisiä RAID-termejä. Kukin RAID-pakka koostuu RAID-raidan leveydestä ja RAID-raidan syvyydestä.

RAID-raidan leveys: niiden asemien määrä, joiden RAID-raidan pituus on. (4 levyä + 1 pariteettilevy)

RAID-raidan syvyys: Tällä termillä voi olla useita nimiä, mutta se on tietomäärä, joka kirjoitetaan kullekin levylle ennen kuin kirjoittaminen siirtyy seuraavalle levylle. Tämä on kriittinen tekijä DWPD: n arvioinnin logiikan ymmärtämisessä.

Alla oleva kaavio näyttää parhaan ja huonoimman mahdollisen skenaarion kirjoittaa tälle RAID-raidalle 64 kt:n raidasyvyydellä.

Parhaassa tapauksessa:
Järjestelmä saattaa yrittää optimoida levyyn kohdistuvan vaikutuksen kirjoitusten ketjuttamisella tai yhdistämisellä. (täydellinen 256 kt on kirjoitettu.) Kullekin levylle jaettaisiin parillisesti 64 kilotavua. Pariteetti olisi myös 64 kt, mutta se on vain 20% yleiskustannus kirjoitetusta 256 kt: sta. 

Pahin mahdollinen skenaario:
Useimmat kirjoitukset ovat kuitenkin pieniä ja usein pienempiä kuin raidan syvyys. (Oletetaan, että tietoja on kirjoitettu vain parilliset 64 K.) Tämä vaikuttaisi vain kahteen RAID-raidan levyyn: levyyn, jolle 64 kt on kirjoitettu, ja uudelleen kirjoitettuun pariteettilevyyn, joka on myös 64 kt, jolloin kirjoituskustannukset olisivat 100 %, vaikka käytettävissä olevan kapasiteetin hyötysuhde säilyisi 80 %.

RAID 6: RAID-rangaistus on 3.
Kaksinkertaisen pariteetin RAID-hyökkäyksestä on määrättävä ylimääräinen rangaistus. Samassa pahimmassa tapauksessa 64 kt kirjoitettaisiin ja vaikuttaisi vain yhteen levyyn; Nyt kaksi pariteettilevyä on kuitenkin laskettava uudelleen ja kirjoitettava uudelleen. Siksi RAID 6:n pahin mahdollinen rangaistus on 3x (64 K dataa + 128 K pariteettia).

Yhteenveto
Koska DWPD on kirjoitettu tietokapasiteettitekijä, SSD yrittää optimoida kirjoitukset etsimällä uuden valmiiksi valmistellun osan asemasta verrattuna saman datatilan korvaamiseen. Keskimääräisen päivittäisen kirjoituskapasiteetin omaavien asemien kuluminen on erittäin turvallinen arvio.

Seuraavan sivun laskelmat heijastavat 100% pahimman tapauksen arviota, joten järjestelmän tarjoama optimointi kirjoituksiin tekee näistä arvioista vain turvallisempia.

DWPD: Keskimääräisen päivittäisen kirjoituksen käyttäminen kestävyyden arvioimiseksi.
DWPD-arvoa voidaan lähestyä kahdella tavalla sen mukaan, mitä yritetään saavuttaa: laskemalla tarvittavien aktiivisten levyjen vähimmäismäärä tai laskemalla tietyn määrän SSD-levyjä, joilla on tunnettu kuormitus.

Aktiivisten asemien
vähimmäismääräTämän menetelmän avulla voit arvioida Live Optics -projektin havaitun DWPD-kuormituksen tarpeen perusteella, onko yhden aseman tai tietyn levymäärän pysyttävä suositellussa DWPD-luokituksessa.

Keskimääräiset päivittäiset kirjoitukset: 3,5 Tt:n
kohde-RAID-ryhmä: RAID 10
SSD:tä arvioidaan: TLC 3,8 Tt:n SSD

 Keskimääräiset päivittäiset kirjoitukset: 3,5 Tt:n
kohde-RAID-ryhmä: RAID 5-5 (4+1)
SSD arvioitavana: TLC 3,8 Tt:n SSD

Keskimääräiset päivittäiset kirjoitukset: 3,5 Tt:n
kohde-RAID-ryhmä: Arvioitavana RAID 6-6 (4+2)
SSD-levy: TLC 3,8 Tt:n SSD

Pienemmät asemat ja korkeampi DWPD
Tässä osoitetaan, että vaikka kirjoitusten määrä olisi 3,5 Tt päivässä ja RAID-rangaistus otettaisiin huomioon, asemien suuri kapasiteetti johtaa siihen, että vaadittu vähimmäislevymäärä on 3 tai vähemmän kaikissa kokoonpanoissa.

Seuraavassa esimerkissä käytetään pienempää asemaa, jonka kapasiteetti on vain 400 Gt, mutta jonka DWPD-luokitus on korkeampi 10.

Keskimääräiset päivittäiset kirjoitukset: 3,5 Tt:n
kohde-RAID-ryhmä: Arvioitavana RAID 6-6 (4+2)
SSD-levy: SLC 400 Gt SSD

 
Lopputuloksena kirjoitustyömäärään tarvittavien asemien vähimmäismäärä on edelleen 3. TLC-kokoonpanossa olisi kuitenkin noin 10 Tt raakakapasiteettia, kun taas SLC: ssä olisi 1200 Gt.

Toteutunut DWPD-tekijä.
Käytä suositun vähimmäistaajuusmuuttajamäärän ylä- tai alapuolella, nopeuta tai hidasta arvioitua kulumista. Tämän laskeminen on yhtä helppoa kuin jakaa suositeltu asemien määrä käytetyllä määrällä.

Tämä kokoonpano on ylivarattu; Näiden taajuusmuuttajien kulutuskestävyyden tulisi ylittää odotukset. Tämä kokoonpano ei ole suosituksen mukainen. Siksi taajuusmuuttajat kuluvat nopeammin.

DWPD: Aseman käyttöiän arvioiminen keskimääräisen päivittäisen kirjoituksen avulla. Jos haluat laskea tunnetun levymäärän arvioidun käyttöiän suhteessa tunnettuun keskimääräiseen päivittäiseen kirjoituskapasiteettiin, käännä laskelmat päinvastaisiksi ja käytä toteutunutta DWPD-kerrointa.

Arvioitu käyttöikä
Useimmissa RAID-joukoissa, erityisesti tallennusjärjestelmissä, on yleensä 4–12 asemaa vähimmäiskokoonpanoa varten. Tuloksena on, että SSD-asemien elinajanodotteen laskeminen voi usein osoittaa humoristisesti arvioidun vuosien määrän, jonka asemat voivat olla käytössä. Virheellisessä tai alivarautuneessa järjestelmässä nämä arviot voivat kuitenkin auttaa ymmärtämään.
Järjestelmän päivitysjaksot odottamattomien käyttökatkojen välttämiseksi.

Käyttämällä kahta toteutunutta DWPD-tekijää edelliseltä sivulta osoittaa kunkin skenaarion vaikutuksen tällä kaavalla.

Esimerkkitiedot:

Valmistajan arvioidut vuodet:
5 Toteutunut DWPD: 0.27
 

Valmistajan arvioidut vuodet:
5 Toteutunut DWPD: 1.67
 

Lopulliset ajatukset

Toistaiseksi IOPS mitoitusmittauksena, joka on suurelta osin hyödynnetty SSD-asemien yleisen saatavuuden vuoksi, on jatkuvasti laskenut hintoja ja lisännyt kapasiteettia. SSD-levyihin siirtymisen suurin etu on saada suurempi osa tiedoistasi jatkuvasti korkeammalle palvelutasolle kaikelle levyn toiminnalle.

Tuntemattoman ympärillä on kuitenkin edelleen ollut jonkin verran epäröintiä, koska se liittyy nopeuteen ja kestävyyteen, kun on kyse yrityksen erityisistä työkuormista ja innovatiivisista tekniikoista, joita SSD-valmistajat käyttävät kapasiteetin rajojen työntämiseen.

Live Optics voi mitata ympäristön ainutlaatuisuutta ja määrittää näiden tietojen avulla käyttömukavuutta taajuusmuuttajan odotettavissa olevan käyttöiän perusteella riippumatta siitä, kuinka ainutlaatuinen työkuorma tai käytettävä asema valitaan käyttöön.

Huomaa, että tässä asiakirjassa käytetään keskimääräistä päivittäistä kirjoitusta 3.5 TBs päivässä, mikä kaikkien tunnustusten mukaan ylittäisi selvästi keskimääräisen yrityksen kysynnän melkein millä tahansa toimialalla. Joten jos keskimääräinen päivittäinen kirjoitusmääräsi on alle 3,5 Tt päivässä, kulutusodotuksesi ylittävät tässä asiakirjassa esitetyt arviot.

Jos haluat tietää varmasti, aloita tänään https://LiveOptics.com täydentävää tiliä varten.

Live Optics on toimittajien ja alustoista riippumaton standardimenetelmä, jonka avulla voit saada Dell Technologies, Inc:n yhteisölle lahjoittamat tiedot ympäristöstäsi.

Jos sinulla on kysyttävää, ota yhteys Live Optics -tukeen osoitteessa liveoptics.support@dell.com.