Live Optics | 平均每日寫入

在環境中實作 SSD 的三大反對意見是成本、速度和耐用性。幸運的是，產業在這三個方面都提供了令人安心的進展。

此簡報涉及價格和效能，但重點關注耐用性：具體而言，每日磁碟機寫入 (DWPD) 主題已成為指示 SSD 磁碟機預期損耗或耐用性的標準。

價格和容量
NAND 是您可以在 USB 或 SSD「快閃記憶體」中找到的基礎技術，並且它的價格正在不斷降低。這種成本降低的驅動因素改變了 NAND 的製造方式。兩種常見作法是 (1) 增加每個單元的位元數，進而採用 MLC 和 TLC 技術，以及 (2) 所謂的 3D 或 V-NAND，即將這些單元垂直堆疊的技術。TLC 和 3D 技術通常會結合以建立當今高容量且符合經濟效益的 SSD 磁碟機。

效能
雖然 SSD 的容量和價格都受益於這些製造方面的發展，但企業採用時，仍對效能和耐用性提出挑戰。由於 TLC NAND 的程式設計週期較長，因此關於高位元單元 NAND (TLC) SSD 的寫入效能方面存在著重大爭議。但是，SSD 寫入效能主要由 SSD SoC (系統單晶片) 決定，而韌體可減輕此顧慮。

容量的增加也有助於克服這個問題。磁碟機很少會 100% 滿，韌體可利用這一點執行稱為垃圾收集的程序，主動準備寫入空間，以便在寫入時減輕準備損失。由於 SSD 沒有硬碟的搜尋時間損失問題，因此在磁碟機上的任何位置使用空間都與在其他任何位置使用空間一樣好。因此，今日的高容量 3D TLC 磁碟機速度相當驚人。

此外，很少有公司需要達到行銷宣傳所標榜的 IOPS。執行 Live Optics 並查看。更高的容量和更符合成本效益的驅動因素帶來了在快閃記憶體上遷移更大量生產資料的好處。  這使得更大資料容量下的 I/O 服務品質能夠保持一致。

DWPD 或每日磁碟機寫入。

由於多數公司實際所需的 I/O 效能低於市場宣傳，加上更高容量磁碟機的問世，這讓採用 3D TLC 磁碟機作為第 1 級容量儲存裝置的可行性大幅提升。

DWPD 只是您可以完全覆寫其容量的次數。只要將每天使用的 SSD 數量控制在製造商的建議範圍內即可。
 

所有快閃記憶體技術先天上都有一個缺陷，即寫入快閃記憶體的過程會逐漸降低記憶體單元的效能。在部署 SSD 磁碟和快取產品之前，儲存管理員必須考慮其應用程式的寫入工作負載，以確保產品生命週期符合其需求。測量 SSD 磁碟耐用性的標準是每日磁碟機寫入 (DWPD)。DWPD 是以磁碟的總容量來測量。例如，如果 100 GB 的 SSD 在一天內寫入 100 GB，即代表完成一個 DWPD。該標準建議磁碟至少能承受估計的 DWPD 5 年。

Live Optics 可協助在每個層級 (磁碟、伺服器、叢集磁碟、收集器執行和專案) 顯示估計的每日平均寫入。

平均每日寫入
若要計算任何指定 I/O 記錄集的平均每日寫入，請加總所有記錄的寫入輸送量 (MB/秒) 以及每筆記錄的持續時間。此作業會在 Live Optics 中自動完成，並產生每天寫入的容量值。瞭解平均每日寫入的基本公式為：

因此，對於任何 SSD 磁碟機類型，都可以使用此容量值和以下方程式來計算必須容納每日寫入活動 (包括任何後端 I/O 操作) 的最小磁碟機數目：

注意：在這個等式中，「RaidPenalty」需要在本文件稍後處進一步詳細說明。

若要使用此方程式，首先要知道磁碟機的 DWPD 評等。此製造商評等通常會隨該磁碟機的規格一併提供。為了進行此示範，以下是各種磁碟機類型的一些可接受的 DWPD 評等。

RAID：RAID 對 DWPD 影響的快速入門指南
RAID 10 是最容易理解的 RAID 形式。每次寫入時，會將額外的副本寫入至鏡像中的另一個磁碟。因此，所使用的 RAID 損失為 2。RAID 5 和 6 的情況較為複雜，乍看之下，在 DWPD 計算中使用的 RAID 損失可能與普遍認知的「容量效率比」概念相矛盾。但透過簡單的圖形即可理解，這兩者雖相關，卻是相互排斥的容量因素。

RAID 5：RAID 損失為 2。
RAID 5 (4+1) 的可用容量效率比為 80%。4 個容量磁碟和 1 個同位檢查磁碟提供 4/5 的比率。

DWPD 是根據寫入資料的容量所計算，但更重要的是它寫入磁碟的方式。為了說明這一點，以下是一些常見的 RAID 術語。每個 RAID 集都包含 RAID 等量寬度和 RAID 等量深度。

RAID 等量寬度：RAID 等量將跨越的磁碟機數量。(4 個磁碟 + 1 個同位檢查磁碟。)

RAID 等量深度：此術語可以有許多名稱，但它是在寫入移動到下一個磁碟之前將寫入至每個磁碟的資料量。這是理解估計 DWPD 邏輯的關鍵因素。

下圖顯示以 64KB 等量深度寫入此 RAID 等量的最佳和最差情況。

最佳情況：
系統可能會嘗試進行寫入連鎖或整合，以嘗試最佳化對磁碟的影響。(寫入了完美的 256 KB。)每個磁碟將獲得 64 KB 的均等分配。同位檢查亦為 64 KB，但額外負荷僅佔寫入 256 KB 資料的 20%。 

最差情況：
但是，大部分寫入都很小，而且通常小於等量深度。(讓我們假設只寫入了 64 K 的資料。)這只會影響 RAID 等量中的兩個磁碟：寫入 64 KB 的磁碟和重新寫入同為 64 KB 的同位檢查磁碟，即使可用容量的效率仍維持在 80%，仍會產生 100% 的寫入額外負荷。

RAID 6：RAID 損失為 3。
雙同位檢查 RAID 必須遭受額外損失。在相同的最差情況下，將寫入 64 KB 並且僅影響一個磁碟；但是，現在需要重新計算並重新寫入兩個同位檢查磁碟。因此，RAID 6 的最差情況將遭受 3 倍的損失 (64 K 資料 + 128 K 的同位檢查)。

摘要
由於 DWPD 是寫入資料容量的一個因素，因此 SSD 會嘗試透過尋找磁碟機的新預先準備部分來最佳化寫入，而非覆寫相同的資料空間。在任何已知的每日平均寫入容量之下，可極度安全地估計任何指定磁碟機的耗損情況。

下一頁的計算反映出了 100% 的最差情況估計，因此任何由系統提供的寫入最佳化動作都只會讓這些估計更安全。

DWPD：套用平均每日寫入來估計耐用性。
有兩種方法可以接近 DWPD 值，具體取決於嘗試達成的目標：計算所需的最小使用中磁碟數或計算具有已知工作負載之特定數量 SSD 的估計使用壽命。

最小使用中磁碟機數
此方法可協助您根據在 Live Optics 專案中觀察到的工作負載需求，來估計一個磁碟機或一組磁碟機是否需要保持在建議的 DWPD 評等內。

平均每日寫入：3.5TB
目的地 RAID 集：RAID 10
正在評估的 SSDTLC 3.8 TB SSD

 平均每日寫入：3.5TB
目的地 RAID 集：RAID 5-5 (4+1)
正在評估的 SSD：TLC 3.8 TB SSD

平均每日寫入：3.5TB
目的地 RAID 集：RAID 6-6 (4+2)
正在評估的 SSD：TLC 3.8 TB SSD

更小的磁碟機和更高的 DWPD
這裡示範的是，即使每日寫入數量極高，達到每日 3.5TB，加上包含的 RAID 損失，磁碟機的高容量仍會導致所有組態所需的最小磁碟數量為 3 個或更少。

為了說明磁碟容量與 DWPD 評等之間的關係，下一個範例將使用容量只有 400GB 但 DWPD 評等為更高的 10 的更小磁碟機。

平均每日寫入：3.5TB
目的地 RAID 集：RAID 6-6 (4+2)
正在評估的 SSD：SLC 400 GB SSD

 
最終結果是容納寫入工作負載的最小磁碟機數仍為 3。但是，TLC 組態將有大約 10TB 的原始容量，而 SLC 則有 1200GB。

實現的 DWPD 因素。
使用高於或低於建議的最小磁碟機數，可加速或減緩估計的損耗。若要計算此值，只要將建議的磁碟機數除以使用的磁碟機數即可。

此組態受到過度佈建；這些磁碟機的損耗耐用性應超出預期。此組態不符合建議。因此，磁碟機會加速耗損。

DWPD：套用每日平均寫入來估計磁碟機壽命。若要根據已知的每日平均寫入容量來計算已知磁碟機數的估計使用壽命，請反向計算並使用實現的 DWPD 因素。

估計使用壽命
大多數 RAID 集 (特別是在儲存陣列中) 通常包含 4-12 個磁碟機，此為最低組態。結果是，在計算 SSD 的預期壽命時，經常會得出一個近乎幽默的磁碟機使用年限估計值。但是，在佈建不當或不足的系統中，這些估計值可能有助於瞭解情況。
增加系統重新整理次數，可避免意外停機的情況。

使用上一頁中的兩個實現的 DWPD 因素，展示了使用此公式的每種情境的效果。

範例資料：

製造商估計年限：5
實現的 DWPD：0.27
 

製造商估計年限：5
實現的 DWPD：1.67
 

結語

就目前而言，隨著 SSD 價格持續下降、容量不斷提升且已廣泛普及，IOPS 作為大小測量的衡量指標已明顯商品化。遷移至 SSD 的最大優勢在於，讓所有磁碟活動中的資料都能持續維持更高服務等級。

但是，當涉及企業特定工作負載時，對於 SSD 在速度與耐用性方面的實際表現，以及製造商為突破容量極限所採用的創新技術，市場仍存在觀望態度。

Live Optics 能評估環境的特殊性，並據此找出符合需求的磁碟機預期壽命參考基準，無論工作負載有多獨特，或最終選擇何種磁碟機方案。

請注意，本文件使用每日平均寫入 3.5TB，這遠遠超出了幾乎任何垂直產業的平均企業需求。因此，如果您的每日平均寫入低於每天 3.5TB，則您的損耗預期將超出本文件中的估計值。

如需瞭解確切資料，請今天就到 https://LiveOptics.com 開立免費帳戶。

Live Optics 是由 Dell Technologies, Inc. 所提供的一種廠商及平台中立的標準方法，能從您的環境中提取真實效能資料並與社群分享。

如有任何問題，請聯絡 Live Optics 支援：liveoptics.support@dell.com。