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Dieser Artikel enthält eine Liste häufig gestellter Fragen (FAQs) zu Dell Solid-State-Laufwerken (SSD).
Offline-Datenspeicherung:
Offline-Datenspeicherung ist der Zeitraum, über den ein ROM präzise lesbar bleibt. Es handelt sich um die Angabe, wie lange die Zelle ihren programmierten Zustand aufrechterhält, wenn der Chip nicht mit Strom versorgt wird. Die Datenaufbewahrung hängt von der Anzahl der Programm-/Löschzyklen (P/E)ab, die auf der Flash-Zelle ausgeführt werden, und hängt auch von der externen Umgebung ab. Hohe Temperaturen verringern die Aufbewahrungsdauer tendenziell. Die Anzahl der durchgeführten Lesezyklen kann diese Aufbewahrung ebenfalls beeinträchtigen.
Programmier-/Löschzyklus (P/E):
Bei NAND-Flash erfolgt die Speicherung über Floating-Gate-Transistoren, die NAND-Gates bilden. Dabei ist der nicht-programmierte Zustand eines Bits 1, während das Floating-Gate beim Programmiervorgang eine Ladung erhält und das sich daraus ergebende Bit 0 wird. Beim entgegengesetzten Vorgang, also dem Löschen, wird die gespeicherte Ladung entfernt, der Zustand kehrt auf 1 zurück. Die Lösch- und Programmiervorgänge verursachen inhärent eine Verschlechterung der Oxidschicht, die das Floating Gate isoliert. Dies ist der Grund für die begrenzte Lebensdauer von NAND-Flash (30.000-1.000-/1M-Programm-/Löschzyklen für SLC typisch, 2,5K-10K-Programm-/Löschzyklen für MLC, 10K-30K-Programm-/Löschzyklen für eMLC).
FTL (Flash Translation Layer):
Flash Translation Layer ist eine Softwareschicht, die in der Datenverarbeitung verwendet wird, um normale Dateisysteme mit Flash-Speicher zu unterstützen. FTL ist eine Übersetzungsschicht zwischen dem sektorbasierten Dateisystem und NAND-Chips. Sie ermöglicht es dem Betriebssystem und dem Dateisystem, auf NAND-Speichergeräte wie auf Datenträgerlaufwerke zuzugreifen. Eine FTL verbirgt die Komplexität von Flash, indem sie eine logische Blockschnittstelle für das Flash-Gerät bereitstellt. Da Flash das Überschreiben von Flashseiten nicht unterstützt, ordnet ein FTL die logischen Blöcke physischen Flashseiten zu und löscht Blöcke.
Metadaten:
Die Metadaten werden für die Verwaltung der gespeicherten Informationen oder Daten auf dem NAND-Flashspeicher verwendet. Die Metadaten umfassen im Allgemeinen eine logische zu physische Adresszuordnungstabelle der gespeicherten Informationen, Informationen über Attribute der gespeicherten Informationen und beliebige andere Daten, die bei der Verwaltung der gespeicherten Informationen helfen können.
Virtueller Pool:
Ein virtueller Pool ist eine Gruppe von NAND-gelöschten Blöcken, die programmiert werden können.
Im Gegensatz zu Festplattenlaufwerken (Hard Drive), die eine rotierende Scheibe zum Speichern von Daten verwenden, verwenden Solid-State-Laufwerke (SSDs) Solid-State-Speicher-NAND-Chips. Festplatten verfügen über verschiedene mechanisch bewegliche Teile, wodurch sie anfällig für Beschädigungen bei der Handhabung sind. Solid-State-Laufwerke haben keine beweglichen Teile und sind weniger anfällig für Beschädigungen, selbst wenn sie während der Verwendung beeinträchtigt werden.
SSDs bieten extrem leistungsfähige I/O-Operationen pro Sekunde (IOPS) und niedrige Latenz für transaktionsintensive Server- und Storage-Anwendungen. Bei ordnungsgemäßer Verwendung in Systemen mit Festplatten reduzieren sie die Gesamtbetriebskosten (TCO) durch geringen Stromverbrauch und niedrige Betriebstemperatur.
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Dell managt alle erforderlichen Schritte, um seine Kunden mit hochwertigen Solid-State-Laufwerken auszustatten, die für anspruchsvolle Unternehmensanwendungen erforderlich sind.
Dazu gehören:
Alle Dell Enterprise Solid-State-Laufwerke wurden so entwickelt, dass sie genau zu den Dell Enterprise Systemen passen und den Kunden eine optimale Produktionsumgebung bieten. In der Festplattenbranche hat sich unlängst eine Konsolidierung von Lieferanten und eine Standardisierung der Laufwerke vollzogen. Dies war bei Solid-State-Laufwerken nicht der Fall. Es gibt viele SSD-Hersteller und Dell kann kein Maß an Funktionalität oder Kompatibilität für Dell Server garantieren, die SSDs verwenden, die nicht von Dell erworben wurden.
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Solid-State-Laufwerke (SSDs), die auf Flash-Speicher basieren, weisen in der Regel geringere Latenzen als die Festplattenlaufwerke (Festplatte) auf und ermöglichen oft schnellere Antwortzeiten. Für Workloads mit zufälligen Lesevorgängen bieten SSDs einen höheren Durchsatz im Vergleich zur Festplatte.
Basierend auf NAND-Flash
Basierend auf Host-Schnittstelle
SSD-Laufwerke eignen sich am besten für Anwendungen, die höchste Leistung benötigen. I/O-intensive Anwendungen wie Datenbanken, Data Mining, Data Warehousing, Analysen, Handel, High-Performance Computing, Servervirtualisierung, Webserver und E-Mail-Systeme eignen sich am besten für die Verwendung von SSDs.
SSD-Typen, Anwendungen, Anwendungsfälle
| Flash-Technologie | Art der Anwendung | Anwendungen |
| MLC/eMLC | Webbasiertes und Client-Computing | Front-end-Webstreaming Medien Webanwendungen Zusammenarbeit mit E-Mail/Messaging |
| eMLC/SLC | DSS/HPC/ OLTP/Speicher |
OLTP/Speicher HPC/Supercomputing Data Warehousing/Mining Infrastruktur Virtueller Desktop OLTP/Datenbank/Geschäftsverarbeitung Daten-Caching |
SSD-Festplatten sind für die Verwendung in Umgebungen vorgesehen, in denen die meisten Lese- statt Schreibvorgänge durchgeführt werden. Damit Laufwerke einen bestimmten Gewährleistungszeitraum einhalten können, verfügen MLC-Laufwerke über einen in die Laufwerke integrierten Mechanismus zur Verwaltung der Lebensdauer. Wenn das Laufwerk prognostiziert, dass die Nutzungsdauer die Gewährleistung unterschreitet, verwendet das Laufwerk einen Drosselungsmechanismus, um die Geschwindigkeit des Schreibvorgangs zu verlangsamen.
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Dies hängt davon ab, wie oft der Flash-Speicher verwendet wurde (verwendeter P/E-Zyklus), vom Typ des Flash-Speichers und von der Lagertemperatur. Bei MLC und SLC kann dies nur 3 Monate betragen und die besten Fälle können mehr als 10 Jahre betragen. Die Speicherung hängt stark von Temperatur- und Arbeitslast ab.
| NAND-Technologie | Datenspeicherung bei angegebenem P/E-Zyklus |
| SLC | Sechs Monate |
| eMLC | Drei Monate |
| eMLC | Drei Monate |
Overprovisioning ist eine Technik, die bei der Bauweise von Flash-SSDs und Flash-Media-Karten verwendet wird. Durch die Bereitstellung zusätzlicher Speicherkapazität (auf die der Nutzer nicht zugreifen kann) kann der SSD-Controller einfacher vorab gelöschte Blöcke erstellen, die im virtuellen Pool verwendet werden können. Overprovisioning verbessert:
NAND-Flashspeicher sind anfällig für Verschleiß aufgrund von wiederholten Programmier- und Löschzyklen, die üblicherweise bei Datenspeicheranwendungen und Systemen mit Flash Translation Layer (FTL) vorkommen. Durch ständiges Programmieren und Löschen desselben Speicherplatzes verschleißt dieser Teil des Speichers letztlich und wird ungültig. Infolgedessen hätte der NAND-Flash eine begrenzte Lebensdauer. Um solche Szenarien zu verhindern, werden bei SSDs spezielle Algorithmen eingesetzt, die als Wear-Leveling bezeichnet werden. Wie der Begriff schon sagt, bietet Wear Leveling eine Methode zur gleichmäßigen Verteilung von Programm- und Löschzyklen über alle Speicherblöcke innerhalb der SSD. Dies verhindert kontinuierliche Programmier- und Löschzyklen auf demselben Speicherblock, was zu einer längeren Lebensdauer des gesamten NAND-Flashspeichers führt.
Es gibt zwei Arten des Verschleißausgleichs: dynamisch und statisch. Der dynamische Wear-Algorithmus garantiert, dass Datenprogrammierungs- und Löschzyklen gleichmäßig über alle Blöcke innerhalb des NAND-Flash-Speichers verteilt werden. Der Algorithmus ist dynamisch, da er jedes Mal ausgeführt wird, wenn die Daten im Schreibpuffer des Laufwerks gelöscht und in den Flash-Speicher geschrieben werden. Dynamisches Wear Leveling allein kann nicht sicherstellen, dass alle Blöcke mit der gleichen Geschwindigkeit abgenutzt werden. Es gibt auch den Sonderfall, dass Daten geschrieben und für längere Zeit oder auf unbestimmte Zeit im Flashspeicher gespeichert werden. Während andere Blöcke getauscht, gelöscht und zusammengefasst werden, bleiben diese Blöcke im Wear-Leveling-Prozess inaktiv. Um sicherzustellen, dass alle Blöcke mit der gleichen Geschwindigkeit einem Wear-Leveling unterzogen werden, wird ein sekundärer Wear-Leveling-Algorithmus namens Static Wear Leveling bereitgestellt. Statisches Wear Leveling befasst sich mit den Blöcken, die inaktiv sind und in denen Daten gespeichert sind.
Dell SSD-Festplatten enthalten sowohl statische als auch dynamische Wear-Leveling-Algorithmen, um sicherzustellen, dass die NAND-Blöcke gleichmäßig abgenutzt werden, um eine längere Lebensdauer der SSD zu gewährleisten.
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Flashspeicher bestehen aus Zellen, die jeweils ein oder mehrere Datenbits speichern. Diese Zellen werden zu Seiten gruppiert, den kleinsten einzelnen Positionen, auf die Daten geschrieben werden können. Die Seiten werden zu Blöcken zusammengefasst, den kleinsten einzelnen Positionen, die gelöscht werden können. Flashspeicher können nicht direkt überschrieben werden, wie z. B. eine Festplatte, sie müssen zuerst gelöscht werden. Daher kann eine leere Seite in einem Block zwar direkt beschrieben werden, sie kann jedoch nicht überschrieben werden, ohne zuerst einen ganzen Seitenblock zu löschen.
Wenn das Laufwerk verwendet wird, ändern sich die Daten und die geänderten Daten werden auf andere Seiten im Block oder in neue Blöcke geschrieben. Die alten (veralteten) Seiten werden als ungültig markiert und können durch Löschen des gesamten Blocks zurückgewonnen werden. Dazu müssen jedoch alle noch gültigen Informationen über alle anderen besetzten Seiten im Block in einen anderen Block verschoben werden. Die Anforderung, dass gültige Daten an eine andere Stelle verschoben und dann Blöcke gelöscht werden müssen, bevor neue Daten in denselben Block geschrieben werden können, führt zu Schreibverstärkung; die Gesamtzahl der für den Flashspeicher erforderlichen Schreibvorgänge ist höher als die ursprünglich vom Hostcomputer angeforderte Anzahl. Außerdem führt dies dazu, dass die SSD Schreibvorgänge langsamer ausführt, wenn sie damit beschäftigt ist, Daten aus Blöcken zu verschieben, die gelöscht werden müssen, während gleichzeitig neue Daten vom Hostcomputer geschrieben werden.
SSD-Controller verwenden eine Technik namens Garbage Collection, um zuvor geschriebene Blöcke freizugeben. Dieser Vorgang konsolidiert außerdem Seiten, indem Seiten von mehreren Blöcken so verschoben und neu geschrieben werden, dass weniger neue Seiten gefüllt werden. Die alten Blöcke werden dann gelöscht, um Speicherplatz für neue eingehende Daten bereitzustellen. Da Flash-Blöcke jedoch nur so oft geschrieben werden können, bevor sie ausfallen, ist es notwendig, auch die gesamte SSD zu verschleißen, um zu vermeiden, dass ein einzelner Block vorzeitig verschleißt.
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Die Verschlechterung der Flashspeicherzellen im Lauf der Zeit und die Unterbrechungen von benachbarten Flashspeicherseiten können zu willkürlichen Bitfehlern in den gespeicherten Daten führen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Datenbit beschädigt wird, ist zwar gering, aber die große Anzahl von Datenbits in einem Speichersystem macht die Wahrscheinlichkeit einer Datenbeschädigung zu einer realen Möglichkeit.
Bei Speichersystemen mit Flashspeichern werden Fehlererkennungs- und -korrekturcodes verwendet, um Daten vor Beschädigung zu schützen. Dell SSD-Festplatten sind mit dem branchenweit fortschrittlichsten ECC-Algorithmus ausgestattet, um eine nicht korrigierbare Bitfehlerrate von 10 bis 17 auf Unternehmensebene zu erreichen.
Der Schreibverstärkungsfaktor ist die Menge an Daten, die der SSD-Controller in Bezug auf die Menge der Daten schreiben muss, die der Host-Controller schreiben möchte. Ein Schreibverstärkungsfaktor von 1 ist perfekt. Er bedeutet z. B., dass Sie 1 MB schreiben wollten und der SSD-Controller 1 MB geschrieben hat. Ein Schreibverstärkungsfaktor von mehr als eins ist nicht wünschenswert, sondern eine unglückliche Tatsache. Je höher die Schreibverstärkung ist, desto schneller verschleißt das Laufwerk und desto geringer ist seine Leistung.
In den Flash-Speicher
geschriebene Daten--------------------------------------- = Write Amplification
Vom Host geschriebene Daten
Dell verwendet folgende Methoden, um Schäden an Flashspeicherzellen zu vermeiden und die Lebensdauer von SSD-Laufwerken zu verlängern:
Die Nutzungsdauer einer SSD wird von drei Schlüsselparametern bestimmt. SSD-NAND-Flash-Technologie, Kapazität des Laufwerks und Anwendungsnutzungsmodell. Im Allgemeinen kann der folgende Lebenszyklusrechner verwendet werden, um die Lebensdauer des Laufwerks zu ermitteln.
Lebensdauer [Jahre] = (Lebensdauer [KGV-Zyklen] * Kapazität [physisch, Byte] * Overprovisioning-Faktor) / (Schreibgeschwindigkeit [Bit/s] * Arbeitszyklus [Zyklen] * Schreibprozentsatz * WAF) / (36 * 24* 3.600)
Parameter:
Schreibgeschwindigkeit in Byte pro Sekunde:
Bestimmte Betriebssysteme unterstützen die TRIM-Funktion, die gelöschte Dateien in die zugehörige logische Blockadresse (LBA) auf dem Speichergerät (SSD) übersetzt. Bei SATA heißt der Befehl ebenfalls TRIM, bei SAS heißt der Befehl UNMAP. Der Befehl TRIM/UNMAP benachrichtigt das Laufwerk, dass es keine Daten mehr in bestimmten LBAs benötigt, wodurch mehrere NAND-Seiten freigegeben werden.
Der Befehl TRIM/UNMAP muss vom Betriebssystem, dem Laufwerk und dem Controller unterstützt werden, damit er funktioniert. Der Befehl TRIM/UNMAP kann zu einer höheren SSD-Performance führen, sowohl aufgrund der reduzierten Daten, die während der automatischen Speicherbereinigung neu geschrieben werden müssen, als auch aufgrund des höheren freien Speicherplatzes, der sich auf dem Laufwerk ergibt. Aktuell ausgelieferte Dell Enterprise-Laufwerke haben eine ausreichend hohe Leistung und Lebensdauer, sodass sie diese Befehle noch nicht unterstützen, selbst wenn das Betriebssystem sie unterstützt. Diese Funktionen werden für künftige Dell SSD-Angebote untersucht.
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Die Datenintegrität von Dell SSD-Festplatten wird mithilfe der folgenden Methoden aufrechterhalten:
Schutz vor
plötzlichem StromausfallIm Vergleich zu Festplatten sind Solid-State-Laufwerke robuster gegen Stöße, verbrauchen weniger Strom, schnellere Zugriffszeiten und eine bessere Leseleistung. Bei bestimmten SSD-Designs kommt es jedoch bei einem plötzlichen Stromausfall zu einer Beschädigung von Daten und Dateisystemen. Ein wirksamer Datenschutzmechanismus bei Stromausfall muss vor und nach einem Stromausfall funktionieren, um umfassenden Datenschutz zu gewährleisten.
Dell Enterprise-SSDs enthalten hardware- und firmwarebasierte Data-Protection-Funktionen zur Vermeidung von Stromausfall. Dazu gehört eine Versorgungsausfallerkennungsschaltung, welche die Versorgungsspannung überwacht und ein Signal an den SSD-Controller sendet, falls die Spannung unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt. Dadurch wird ausgelöst, dass sich das SSD von der Eingangsleistung trennt und die nötigen Schritte einleitet, um die temporären Pufferdaten und Metadaten in den NAND-Flash zu verschieben. Eine integrierte Stromüberbrückungsschaltung und ein Kondensator sind implementiert, um genügend Energie für diesen Vorgang bereitzustellen. Der Kondensator für den Störungsfall ist mehrfach überdimensioniert, um ausreichend Energie für die Lebensdauer des Laufwerks zu gewährleisten.
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SSD-Laufwerke können bereinigt werden, indem die gesamte Laufwerkskapazität mehrmals überschrieben wird. Dell untersucht die Funktionen zum sicheren Löschen und zur Selbstverschlüsselung auf SED-SSDs (Self-Encrypting Drive) für zukünftige Versionen. Diese Techniken ermöglichen eine schnellere und effizientere Bereinigung einer SSD.
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Die Verwendung eines Endurance-Management-Algorithmus gewährleistet, dass ausreichend Programmier-/Löschzyklen (P/E) für den Service-Zeitraum des Laufwerks zur Verfügung stehen. Die Firmware schränkt Schreibvorgänge ein, wenn ein Laufwerk stark geschrieben wird. Allerdings kommt es bei Kunden selten zu Leistungseinbußen, wenn eine SSD für die vorgesehene Anwendung verwendet wird.
Servers
22 mar. 2024
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