本文提供有關 Dell 固態硬碟 (SSD) 的常見問題 (FAQ) 清單。
資料保留:
資料保留是指 ROM 保持精確可讀取的時間範圍。當晶片未處於電源偏差狀態時,單元會維持其程式設計的狀態多久時間。資料保留會因放置在快閃單元上的程式/清除 (P/E)週期數目而有所不同,同時也取決於外部環境。高溫往往會縮短保留期間。執行的讀取週期數目也會降低此保留。
程式設計/清除 (P/E) 週期:
在 NAND 快閃中,儲存是使用形成 NAND 柵極的浮柵晶體管實現的。因此,位元的非程式化狀態為 1,而程式設計作業則會將電量注入浮閘,其產生的位元則會變成 0。對應的作業會清除、擷取儲存的電量,並將狀態還原為 1。擦除和程式操作本身會導致氧化層降級,從而隔離浮閘。這就是 NAND 快閃生命週期有限的原因 (SLC 通常為 30K-1M 程式/清除週期、MLC 為 2.5K-10K 程式/清除週期、eMLC 為 10K-30K 程式/清除週期)。
快閃轉譯層 (FTL):
快閃記憶體轉換層是用於計算的軟體層,用於支援具有快閃記憶體的普通文件系統。FTL 是磁區式檔案系統和 NAND 快閃晶片之間的轉換層。它可讓作業系統和檔案系統存取 NAND 快閃式記憶體裝置作為存取磁碟機。FTL 會透過提供邏輯區塊介面到快閃式記憶體裝置,藉此隱藏快閃式記憶體的複雜性。由於快閃式記憶體不支援就地覆寫快閃式記憶體頁面,FTL 會將邏輯區塊對應至實體快閃式記憶體頁面並清除區塊。
中繼資料:
中繼資料用於管理 NAND 快閃式記憶體中儲存的資訊或資料。元數據通常包括存儲資訊的邏輯到物理位址映射表、存儲資訊屬性的資訊以及有助於管理存儲資訊的任何其他數據。
虛擬集區:
虛擬集區是一組可供程式設計的 NAND 清除區塊。
與使用正在旋轉的碟盤來儲存資料的硬碟機 (硬碟) 不同,固態硬碟 (SSD) 使用固態記憶體 NAND 晶片。硬碟有幾種不同的機械移動零件,容易在處理時受損。固態硬碟沒有移動零件,因此即使在使用過程中受到衝擊,也較不容易受到搬動損壞的影響。
固態硬碟可提供超高的每秒 I/O 作業效能 (IOPS),並為交易密集型伺服器和儲存應用程式提供低延遲。適當用於有硬碟的系統,可透過低功耗和低作業溫度降低總體擁有成本 (TCO)。
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Dell 密切管理所有必要步驟,為客戶提供高要求企業級應用程式所需的高品質固態硬碟。
其中包括:
所有 Dell Enterprise 固態硬碟的研發是為了精確符合 Dell Enterprise 系統,並為客戶提供最佳的生產環境。硬碟產業最近整合了供應商和磁碟機的標準化。固態硬碟的情況並非如此。SSD 製造商很多,Dell 無法保證使用非向 Dell 購買的 SSD 的 Dell 伺服器具備任何層級的功能或相容性。
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以快閃式記憶體為基礎的固態硬碟 (SSD) 一般比硬碟機 (硬碟) 的延遲更低,通常可縮短回應時間。針對隨機讀取工作負荷,固態硬碟相對於硬碟能提供較高的輸送量。
以 Nand 快閃式記憶體為基礎
根據主機介面
固態硬碟最適合需要最高效能的應用。資料庫、資料採礦、資料倉儲、分析、交易、高效能運算、伺服器虛擬化、Web 服務及電子郵件系統等 I/O 密集型應用最適合使用固態硬碟。
固態硬碟類型、應用、使用案例
快閃式記憶體技術 | 應用類型 | 應用 |
MLC/eMLC | 基於 Web 和用戶端計算 | 前端 Web 串流媒體 Web 應用程式 電子郵件/訊息 傳遞協作 |
eMLC/SLC | DSS/HPC/ OLTP/儲存裝置 |
OLTP/儲存 裝置 HPC/超級運算 資料倉儲/採礦 基礎結構虛擬 桌面 OLTP/資料庫/業務處理 資料快取 |
固態硬碟適用於執行大部分讀取與寫入的環境中。為了讓磁碟機持續運轉至特定的保固期,MLC 磁碟機內建耐用性管理機制。如果磁碟機預測使用壽命將超過保固期,則磁碟機會使用節流機制來減慢寫入速度。
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這取決於快閃的使用頻率 (使用的 P/E 週期)、快閃類型和儲存溫度。在 MLC 和 SLC 中,最短可達 3 個月,最佳案例可為 10 年以上。保留高度依賴溫度和工作負荷。
NAND 技術 | 資料保留 @ 額定 P/E 週期 |
SLC | 六個月 |
eMLC | 三個月 |
eMLC | 三個月 |
過度佈建是一種用於設計快閃固態硬碟和快閃媒體卡的技術。透過提供額外的記憶體容量 (使用者無法存取),固態硬碟控制器可以更輕鬆地建立已預先清除的區塊,以便用於虛擬集區。過度佈建可改善:
NAND 快閃式記憶體可能因為重複的程式和清除週期而容易耗損,這些週期通常會在使用快閃轉譯層 (FTL) 的資料儲存應用程式和系統中執行。持續的程式設計和清除到相同的記憶體位置,最終會使該部分的記憶體耗損,並使其無效。因此造成 NAND 快閃的使用壽命有限。為防止發生此類情況,稱為耗損平均技術的特殊演算法已在固態硬碟中部署。耗損平均技術顧名思義可為在固態硬碟內所有記憶體區塊提供一種統一分配程式和清除週期的方法。這可防止連續的程式和清除週期至相同的記憶體區塊,進而延長整體 NAND 快閃式記憶體的使用壽命。
耗損平均技術有兩種類型:動態和靜態。動態耗損演算法可保證資料程式和清除週期平均分佈在 NAND 快閃內的所有區塊中。此演算法為動態,因為每次磁碟機寫入緩衝區中的資料被排清並寫入快閃式記憶體時,都會執行此演算法。僅動態耗損平均技術無法確保所有區塊都以相同的速率進行耗損平均。資料長時間或無限期地寫入和儲存在快閃中時,也會發生特殊情況。當其他區塊進行交換、清除和彙集時,這些區塊在耗損平均技術程序中仍為非使用中。為了確保所有區塊的耗損平均技術速度相同,我們已部署一種稱為靜態耗損平均技術的次要耗損平均技術演算法。靜態耗損平均技術可處理處於非作用中且有儲存資料的區塊。
Dell 固態硬碟結合了靜態和動態耗損平均技術演算法,可確保 NAND 區塊平均耗損,延長固態硬碟的使用壽命。
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快閃式記憶體是由各會儲存一或多個資料位元的單元所組成。這些單元會群組到頁面中,這些頁面是資料可寫入的最小獨立位置。頁面會收集到區塊中,這些區塊是可清除的最小獨立位置。快閃式記憶體無法像硬碟機一樣直接覆寫;必須先加以清除。因此,雖然可以直接寫入區塊中的空白頁面,但不先清除整個頁面區塊,就無法覆寫。
使用磁碟機時,資料會變更,且變更的資料會寫入區塊中的其他頁面或至新區塊。舊的 (過時) 頁面會標示為無效,並可透過清除整個區塊來回收。但是,若要執行此操作,必須將塊中所有其他已佔用頁面的任何仍然有效的資訊移動到另一個塊。在將新資料寫入相同區塊之前,若必須重新放置有效資料,然後清除區塊,則會導致寫入放大;快閃式記憶體所需的寫入總數高於最初要求的主機電腦。這還會導致固態硬碟在忙著從必須清除的區塊移動資料,同時從主機寫入新資料時,執行寫入作業的速度變慢。
SSD 控制器使用一種稱為垃圾收集的技術來釋放以前寫入的塊。此程序也會透過從多個區塊移動和重寫頁面來整合頁面,以填入較少的新區塊。接著會清除舊區塊,為新傳入資料提供儲存空間。但是,由於快閃式記憶體區塊在故障前只能寫入此多次,因此也必須對整個 SSD 進行耗損,以避免過早耗損任何單個區塊。
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快閃式記憶體單元會隨時間惡化,再加上來自相鄰快閃式記憶體頁面的中斷,可能會導致儲存資料中發生隨機位元錯誤。雖然任何特定資料位元損毀的機率很低,但儲存系統中大量的資料位元使得資料損毀很有可能發生。
快閃式記憶體儲存系統中會使用錯誤偵測和錯誤校正碼來保護資料免於損毀。Dell 固態硬碟配備業界最先進的 ECC 演算法,可達到 10-17 為 Enterprise 層級無法修正的位元錯誤率。
寫入放大係數是固態硬碟控制器必須寫入的資料量,與主機控制器想要寫入的資料量相關。寫入放大係數為 1 是完美的,這表示您想要寫入 1MB,而固態硬碟的控制器則寫入 1MB。寫入放大係數大於 1 並不理想,但可惜是實際的生活情況。寫入放大越高,磁碟機耗損的速度越快,效能也會越低。
寫入快閃記憶體
的資料--------------------------------------- = 寫入放大
主機寫入的資料
Dell 使用下列方法,以避免損壞快閃式記憶體單元並延長固態硬碟的使用壽命:
固態硬碟的使用壽命由三個關鍵參數決定;固態硬碟 NAND 快閃技術、磁碟機的容量和應用程式使用模式。通常,可以使用以下生命週期計算機來計算驅動器的使用壽命。
壽命 [年] = (耐用度 [P/E 週期] * 容量 [物理,位元組] * 過度佈建係數) / (寫入速度 [bps] * 佔空比 [週期] * 寫入 % * WAF) / (36 *24 * 3,600)
參數:
每秒位元組的寫入速度:
特定作業系統支援 TRIM 功能,可將刪除的檔案轉換為儲存裝置 (固態硬碟) 上的關聯邏輯區塊定址 (LBA)。SATA 的命令也稱為 TRIM,SAS 的命令稱為 UNMAP。TRIM/UNMAP 命令會通知磁碟機它不再需要某些 LBA 中的資料,以釋放數個 NAND 頁面。
操作系統、驅動器和控制器必須支援 TRIM/UNMAP 命令才能正常工作。TRIM/UNMAP 命令可能會因為垃圾收集期間需要重新寫入的資料減少,以及磁碟機產生的可用空間提高,而提高固態硬碟效能。目前出貨的 Dell Enterprise 磁碟機具備夠高的效能和耐用度,因此它們尚未支援這些命令,即使作業系統有提供支援。後續的 Dell 固態硬碟產品會調查這些功能。
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使用下列方法維護 Dell 固態硬碟的資料完整性:
突然電力中斷保護
與硬碟相比,固態硬碟在防撞擊時更為堅固耐用、耗電量較低、存取時間更快,且讀取效能更優異。然而,某些固態硬碟設計在突然斷電時,將面臨資料和檔案系統損毀的挑戰。有效的斷電數據保護機制必須在中斷性斷電前後運行,以提供全面的數據保護。
Dell Enterprise SSD 包含硬體和韌體型電源故障資料保護功能。其中包括一個電源故障偵測電路,可監控電壓供應器,如果電壓下降到低於預先定義的閾值,則會傳送訊號給固態硬碟控制器。這會觸發固態硬碟中斷輸入電源的連線,並啟動必要步驟,將暫時緩衝資料和中繼資料移至 NAND 快閃式記憶體。已實作內建電源滯留電路和電容器,以提供足夠的電量來進行此作業。滯留電容器會多次過度佈建,以保證磁碟機使用壽命有足夠的電量。
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固態硬碟可透過寫入整個磁碟機容量數次以執行清理。Dell 正針對未來版本,調查自我加密磁碟機 (SED) 固態硬碟上的安全清除和自我加密功能。這些技術能讓您以更快速且有效率的方式清理固態硬碟。
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使用耐用度管理演算法可確保在磁碟機的保固期間內,有足夠的程式/清除 (P/E) 週期可供使用。如果磁碟機大量寫入,韌體會限制寫入。但是,當固態硬碟在預期的應用下使用時,客戶很少會看到效能節流。