Сколько раз можно перезаписывать ssd диск
Перейти к содержимому

Сколько раз можно перезаписывать ssd диск

  • автор:

Когда умрёт мой SSD — расчёт срока жизни

У каждого SSD есть ресурс на количество циклов перезаписи, то есть объём записанной информации в течение всей жизни. Физика и механика SSD очень сложные, но долговечность накопителя в итоге сводится к простому правилу — чем больше на него пишешь, тем меньше он проживёт.

У одних SSD критический сбой происходит через несколько месяцев, другие работают годами. Это зависит от качества комплектующих, условий эксплуатации и везения. В общем, как у людей.

Срок жизни SSD ограничен, потому что ячейки флеш-памяти NAND выдерживают ограниченное количество циклов перезаписи (циклы P/E, «program / erase»). По мере перехода производителей флеш-памяти с технологии Multi Level Cell (MLC/DLC, 2 бита на ячейку) на Triple Level Cell (TLC, 3 бита), Quad-level cell (QLC, 4 бита) и Penta-level cell (PLC, 5 бит, пока находится в разработке) ресурс P/E уменьшается из-за увеличения сложности производства. Причём уменьшается кратно.

Например, древняя однобитная SLC на этапе анонса технологии NAND выдерживала 100 тысяч циклов перезаписи, двухбитная MLC/DLC — уже 10 тысяч. С увеличением плотности записи и ёмкости накопителей снижается цена гигабайта, но увеличивается сложность и уменьшается ресурс ячеек памяти.

Уменьшение ресурса P/E с увеличением технологической сложности производства флеш-памяти, источник

Производители пытаются увеличить срок жизни SSD разными способами: интеллектуальное распределение нагрузки (прошивка SSD, контроллер), отслеживание и коррекция ошибок, резервный кэш накопителя.

Показатели DWPD и TBW

Обычно производитель указывает два параметра, которые позволяют рассчитать срок эксплуатации накопителя: DWPD и TBW. Например, для NVMe SSD 980 PRO заявлен гарантийный показатель 150 TBW для накопителя на 250 ГБ и 600 TBW для модели 1 ТБ.

  • Terabytes Written (TBW) = количество терабайт, которые можно записать на SSD в течение срока эксплуатации.
  • Drive Writes Per Day (DWPD или DW/D) = расчётная нагрузка на SSD (в день) во время срока эксплуатации, который составляет три-пять лет.
TBW (Х ТБ) = Х * DWPD * 365 дней в году * количество лет гарантии

Если в технических характеристиках 4-терабайтного SSD указано «пять лет, 1 DWPD», то накопитель рассчитан на 4 терабайта записи в день в течение 365*5 = 1825 дней, то есть:

TBW = 4*1825 = 7300 ТБ

Такой объём записи должен выдержать накопитель в течение гарантийного срока.

Для разных накопителей количество TBW кратно отличается при одинаковом DWPD. То есть 1 DWPD для 15-терабайтного диска означает в 15 раз больший объём записи, чем 1 DWPD для терабайтного.

То еcть даже изначально при покупке SSD можно рассчитать, сколько лет отработает SSD с конкретным DWPD, если вы заранее знаете объём записи на диск в своей системе.

Соответственно, в случае интенсивной нагрузки 24/7 типа майнинга Chia можно выбрать более дорогую модель с более высоким показателем DWPD — и всё равно она долго не проживёт. А для нормальной работы нет смысла переплачивать, если расчёт по формуле покажет вам срок эксплуатации более 100 лет. Тут явно накопитель выйдет из строя раньше и по другим причинам.

Оценка своего DWPD

Для предварительной оценки нагрузки на SSD в продакшне на основе рекомендаций производителей можно составить такую небольшую шпаргалку с указанием типичных вариантов использования:

Сценарий использования Описание Примерный DWPD
Загрузочный диск Загрузка сервера. Нечастые обновления. Логи и постоянные файлы хранятся на другом накопителе. 0,1 ~ 1,0
Раздача контента Фронтенд CDN. Кэш для самых популярных медиафайлов 0,5 ~ 2,0
Видеонаблюдение Запись трансляции с нескольких камер 24/7, периодическая перезапись содержимого диска. кратно Nкамер
Виртуализация и контейнеры Хранилище Tier-0 для контейнеров и VM в гиперконвергентной системе. Всё локальное хранилище в кластере работает на SSD. 1,0 ~ 3,0
Транзакционная система (OLTP) Нагрузки с интенсивным использованием данных. Частое обновление журналов БД и файлов, до тысячи операций в секунду. от 3,0
Высокопроизводительное кэширование Кэш для локальных HDD. Максимальные нагрузки. от 3,0 и гораздо выше

Таким образом, из реального DWPD и P/E для своего SSD можно примерно оценить приблизительный срок его жизни: общий и сколько осталось.

Общий срок жизни (дней) = P/E для своего типа памяти / DWPD (реальный)

Оставшийся срок можно ориентировочно спрогнозировать, если вычесть реальный срок эксплуатации из общего срока жизни SSD.

Или другой вариант — посчитать максимальный TBW для своего SSD исходя из его технических характеристик, а потом отслеживать реальный TBW в процессе эксплуатации.

Сбор статистики с конкретного SSD

Для просмотра показателей SMART существует ряд специализированных утилит. В частности, под Linux это консольные утилиты smartctl, smartd и др. (см. статью про мониторинг SSD под Linux).

Пример выдачи smartctl

sh$ sudo smartctl -a /dev/sdb smartctl 6.5 2016-01-24 r4214 [x86_64-linux-4.10.0-32-generic] (local build) Copyright (C) 2002-16, Bruce Allen, Christian Franke, www.smartmontools.org === START OF READ SMART DATA SECTION === SMART overall-health self-assessment test result: PASSED General SMART Values: Offline data collection status: (0x00) Offline data collection activity was never started. Auto Offline Data Collection: Disabled. Self-test execution status: ( 0) The previous self-test routine completed without error or no self-test has ever been run. Total time to complete Offline data collection: ( 120) seconds. Offline data collection capabilities: (0x5b) SMART execute Offline immediate. Auto Offline data collection on/off support. Suspend Offline collection upon new command. Offline surface scan supported. Self-test supported. No Conveyance Self-test supported. Selective Self-test supported. SMART capabilities: (0x0003) Saves SMART data before entering power-saving mode. Supports SMART auto save timer. Error logging capability: (0x01) Error logging supported. General Purpose Logging supported. Short self-test routine recommended polling time: ( 2) minutes. Extended self-test routine recommended polling time: ( 11) minutes. SCT capabilities: (0x003d) SCT Status supported. SCT Error Recovery Control supported. SCT Feature Control supported. SCT Data Table supported. SMART Attributes Data Structure revision number: 16 Vendor Specific SMART Attributes with Thresholds: ID# ATTRIBUTE_NAME FLAG VALUE WORST THRESH TYPE UPDATED WHEN_FAILED RAW_VALUE 1 Raw_Read_Error_Rate 0x000a 100 100 000 Old_age Always - 0 2 Throughput_Performance 0x0005 100 100 050 Pre-fail Offline - 0 3 Spin_Up_Time 0x0007 100 100 050 Pre-fail Always - 0 5 Reallocated_Sector_Ct 0x0013 100 100 050 Pre-fail Always - 0 7 Unknown_SSD_Attribute 0x000b 100 100 050 Pre-fail Always - 0 8 Unknown_SSD_Attribute 0x0005 100 100 050 Pre-fail Offline - 0 9 Power_On_Hours 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 171 10 Unknown_SSD_Attribute 0x0013 100 100 050 Pre-fail Always - 0 12 Power_Cycle_Count 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 105 166 Unknown_Attribute 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 0 167 Unknown_Attribute 0x0022 100 100 000 Old_age Always - 0 168 Unknown_Attribute 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 0 169 Unknown_Attribute 0x0013 100 100 010 Pre-fail Always - 100 170 Unknown_Attribute 0x0013 100 100 010 Pre-fail Always - 0 173 Unknown_Attribute 0x0012 200 200 000 Old_age Always - 0 175 Program_Fail_Count_Chip 0x0013 100 100 010 Pre-fail Always - 0 192 Power-Off_Retract_Count 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 18 194 Temperature_Celsius 0x0023 063 032 020 Pre-fail Always - 37 (Min/Max 11/68) 197 Current_Pending_Sector 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 0 240 Unknown_SSD_Attribute 0x0013 100 100 050 Pre-fail Always - 0 SMART Error Log Version: 1 No Errors Logged SMART Self-test log structure revision number 1 No self-tests have been logged. [To run self-tests, use: smartctl -t] SMART Selective self-test log data structure revision number 1 SPAN MIN_LBA MAX_LBA CURRENT_TEST_STATUS 1 0 0 Not_testing 2 0 0 Not_testing 3 0 0 Not_testing 4 0 0 Not_testing 5 0 0 Not_testing Selective self-test flags (0x0): After scanning selected spans, do NOT read-scan remainder of disk. If Selective self-test is pending on power-up, resume after 0 minute delay.

Для разных атрибутов SMART утилиты показывают статус типа OLD_AGE, PRE-FAIL или FAILING_NOW. Это значит, что некий атрибут соответствует количеству аномальных ситуаций, и для этих аномалий установлено граничное значение (threshold). Если значение приближается к граничному, это означает PRE-FAIL, а если превышает его — FAILING_NOW. Но это лишь косвенные параметры, которые напрямую не говорят о физическом повреждении ячеек памяти. Некоторые специалисты предпочитают игнорировать показатели типа Wear_Leveling_Count . Один из разработчиков сделал форк стандартной утилиты мониторинга etbe-mon, которая умеет отслеживать данные SMART и подавлять бесполезные уведомления типа FAILING_NOW от Wear_Leveling_Count .

Самый важный их показатель — объективная нагрузка на диск и количество записанной информации, то есть реальные DWPD и TBW, вот их желательно учитывать в первую очередь.

Под Windows есть несколько хороших инструментов для сбора статистики. Например, программа Hard Disk Sentinel отслеживает объём информации, записанной на каждый накопитель за всё время эксплуатации, и рассчитывает прогноз оставшегося срока жизни.

Hard Disk Sentinel

Есть ещё программа CrystalDiskInfo и др.

CrystalDiskInfo

Многие производители предлагают собственные инструменты для обслуживания своих SSD-накопителей. Например, для накопителей Kingston есть Kingston SSD Manager, для накопителей Samsung — Samsung Magician и так далее.

Эти программы не только собирают статистику с накопителя, но и оповещают о выходе новых прошивок. Производители рекомендуют держать SSD в актуальном состоянии и обновлять прошивку.

Как продлить срок жизни SSD

Логика подсказывает: если ресурс SSD ограничен количеством циклов перезаписи, то для увеличения срока жизни нужно уменьшить объём записи .

Разумеется, при этом мы не хотим жертвовать производительностью или чем-то другим.

Что можно сделать?

  • поставить больше RAM, чтобы уменьшить использование файла подкачки во время работы операционной системы (некоторые рекомендуют вовсе отключить файл подкачки, но это, по сути, плохой совет, хотя его логика понятна);
  • отключить неиспользуемые функции ОС (см. статью о том, что нужно отключить в Windows 11, по мнению бывшего разработчика Microsoft) и лишние элементы автозагрузки (см. «Ускорение загрузки Windows for fun and profit» на Хабре);
  • отключить ненужную дефрагментацию SSD;
  • использовать утилиты вроде PowerToys для оптимизации ОС;
  • под Linux можно перейти на более продвинутую файловую систему: например, ZFS со встроенным сжатием, которое снижает количество операций записи, при этом увеличивая скорость, вместительность и срок жизни накопителя (см. «Основы ZFS: система хранения и производительность»), или Btrfs, во многом не уступающую ZFS по функциям.

SSD+HDD

Один из известных лайфхаков — связка SSD+HDD. Условно говоря, вместо одного большого SSD можно купить NVMe маленького размера, только для операционной системы, рабочих приложений и избранных игр, а все остальные файлы, дистрибутивы и резервные копии хранить на дешёвом медленном SATA HDD. По цене получится примерно одинаковая сумма, а места больше на несколько терабайт.

Хотя так делают скорее для экономии и увеличения объёма хранилища, но у лайфхака есть и дополнительный бонус — некоторое снижение нагрузки на SSD. То есть увеличение его срока жизни.

Кроме того, в более свободных SSD больше размер кэша и выше производительность, чем в заполненных.

Изменение размера кэша SLC в зависимости от объёма свободного места в Intel SSD 665p, источник

Да и игры всё растут. Дистрибутивы по 200 ГБ уже почти норма… Так что полностью переходить на модель «один большой SSD» немного опасно, места может не хватить для всего. С другой стороны, всё больше игр рекомендуют SSD для установки. Тут особо не забалуешь, потому что при использовании HDD страдает производительность.

Надёжность SSD и HDD в первый год работы

Самым известным источником данных по надёжности накопителей в практическом использовании остаётся статистика хостера Backblaze, которая периодически обновляется. У них тысячи серверов и девять лет статистики по разным моделям HDD и SSD (в последние годы загрузочные диски серверов перевели на SSD).

В сентябре 2021 года Backblaze впервые сравнила SSD и HDD по надёжности, получилось любопытно.

В целом оказалось, что в начале работы (в среднем до 14 месяцев в данном случае) SSD выходят из строя немножко реже, чем HDD.

Годовая частота сбоев (AFR)

Количество дисков Средний возраст (месяцев) Дней работы Всего сбоев AFR
SSD 1666 14,2 591 501 17 1,05%
HDD 1607 52,4 3 523 610 619 6,41%

Что будет дальше — непонятно. На интервале в несколько лет достоверная статистика пока не собрана. Вполне возможно, что там преимущество SSD будет не таким очевидным, как раз из-за ограниченного ресурса на количество циклов перезаписи.

Что в итоге

Вообще, в последние годы после освоения NVME и PCIe 4.0 рынок потребительских SSD немножко застыл на месте. Бенчмарки топовых моделей вроде 980Pro и SN850 не слишком отличаются от моделей двух-трёхлетней давности. Максимальный объём массовых SSD упёрся в 2–4 ТБ и дальше особо не растёт. Причин много, в том числе дефицит микросхем.

Если нет особого прогресса по техническим характеристикам, то на первый план выходит надёжность как ключевой фактор. И вот здесь прогресс виден. Некоторые SSD уже обогнали отдельные HDD по заявленной надёжности (объём записи 1200–2500 ТБ на 5 лет). Хотя до рекодсменов типа WD Ultrastar DC SN840 им ещё далеко. Там вообще 35 040 ТБ на 5 лет.

Интересно, что «закон Мура» в широком смысле (то есть возрастание некоего технического параметра в геометрической прогрессии) оживает и затихает в разных местах. В конце 20 века он был явно виден у CPU, потом начался бурный прогресс HDD (2000-е), потом SSD (2010-е), а сейчас заметен в области аккумуляторов. Создаётся впечатление, что интенсивное развитие начинается в разных отраслях по очереди, после чего затихает. Но иногда случается неожиданный технологический прорыв, как было с ядром Zen от AMD — и закон Мура снова просыпается… И так продолжается снова и снова: научно-технический прогресс не остановить.

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS .

  • Блог компании FirstVDS
  • Системное администрирование
  • Компьютерное железо
  • Накопители
  • Настольные компьютеры

Стоит ли переживать о том, сколько раз данные могут быть перезаписаны на SSD-накопитель?

Стоит ли переживать о том, сколько раз данные могут быть перезаписаны на SSD-накопитель?

Интересный эксперимент по исследованию надежности SSD поставили в techreport.com. Они выбрали 5 различных твердотельных накопителей и поставили их на постоянный цикл перезаписи, чтобы посмотреть, какой объем операций по записи-перезаписи накопители смогут выдержать.

  • Corsair Neutron GTX
  • Intel 335 Series
  • Kingston HyperX 3K
  • Kingston HyperX 3K (со сжатием)
  • Samsung 840
  • Samsung 840 Pro

СЕЙЧАС TECHREPORT ПОДВОДИТ ПЕРВЫЕ ИТОГИ, И ВЫГЛЯДЯТ ОНИ ТАК.

Первый из Kingston HyperX 3Kпродержался только 728 терабайт. В тоже время большинство его реаллокироуемых секторов (первый признак приближающегося конца SSD-накопителя) появились после 600 ТБ.

Intel 335 имеет запрограммированный ограниченный объем операций записи, после чего он перестает работать. Он действительно закончил работать после 750 терабайт операций записи, но и при этом у него было много предупреждений системы SMART.

Samsung 840 начал показывать реаллокируемые сектора после уже 100 ТБ. И хотя этот диск продержался до более 900 ТБ, на нем были найдены неустранимые повреждения данных уже после 300 ТБ, так что его надежность начала страдать сильно заранее до его окончательной «смерти». Возможно это связано с тем, что его технология TLC NAND более чувствительна к длительной записи, чем MLC Flash в других накопителях.

Corsair Neutron GTX дожил до 1,1 ТБ практически без проблем, но затем последовал поток проблем, и он умер на отметке в 1,2 ТБ.

После этого оставшиеся Samsung 840 Pro и Kingston HyperX 3K (со сжатием) доработали до 2 петабайт без проблем, и прошли очередной тест по сохранению данных без подключения – они пролежали выключенными 10 дней и сохранили целостность тестового файла на 200 гигов.

Эксперимент продолжается, но в тоже время можно сделать весьма важный вывод о том, что опасения пользователя по поводу надежности SSD-накопителей даже потребительского уровня уже не имеют под собой никаких оснований. Все диски записали сотни терабайт данных без каких-либо проблем, а это больше, чем обычный пользователь скорее всего сгенерит.

Характеристики надежности SSD — TBW и DWPD

Как известно, даже современные SSD диски по прежнему имеют более четкое ограничение на работу в отличии от жестких дисков, то есть со временем ячейки флеш-памяти «изнашиваются», при том чем дешевле накопитель, тем быстрее это происходит. Но конечно не стоит из-за этого отказываться от быстрых и на сегодняшний день уже емких SSD-накопителей, просто стоит обратить внимание также на гарантийный срок службы накопителя.

К сожалению современные SSD также критично относятся к записи, как и первые образцы. Просто сейчас количество записи увеличилось достаточно для того, чтобы использовать такие диски в серверах или рабочих станциях, где ведется активная работа с файловой системой. Но суть в том, что высокая скорость в SSD и большой обьем регулярно записываемых данных может привести к преждевременному износу накопителя.

Главная основная характеристика надежности SSD-накопителя, это в первую очередь тип используемой памяти и количество циклов перезаписи ячейки (P/E Cycles) — чем оно больше, тем соответственно надежнее SSD.

Но это только поверхностная характеристика, можно в некотором смысле назвать «грубая». Самое главное в накопителе — это алгоритм его работы, который обеспечивает контроллер. Типы памяти могут быть одинаковые как в дорогом, так и в дешевом SSD, но вот контроллер при этом — разный. Контроллер обеспечивает равномерное изнашивание ячеек — это когда все ячейки в накопителе одинаково используются, то есть один и тот же файл по факту будет записываться в постоянно разные ячейки (все это позволяет значительно продлить ресурс работы). Вторая задача контроллера — это сбор мусора (команда TRIM), это происходит как в фоновом режиме, так и в активном (лучше, и поэтому производители стараются именно такой режим использовать в контроллерах).

Теперь собственно о главных характеристиках — TBW и DWPD:

  • Что такое TBW? TBW (Total Bytes Written) это количество обьема, которое можно записать на диск за все время его использования, как правило указывается в терабайтах или петабайтах. Чем больше эта цифра, тем лучше, как правило с высоким этим показателем накопители стоят значительно дороже и предназначены в первую очередь для серверных нагрузок.
  • Что такое DWPD? DWPD (Drive Write Per Day) также очень хороший показатель, который дает понять, сколько раз можно перезаписать весь обьем SSD диска в день по отношению к гарантийному сроку. То есть, если у вас накопитель имеет обьем 240 Гб и DWPD равно 1, то это означает, что в день можно перезаписать 240 Гб и так все время на протяжении гарантийного срока.

Рассмотрим системы разного уровня и подходящие к ним параметры накопителя SSD:

  • Обычный домашний компьютер или ноутбук. При подобном использовании преобладать будет в основном чтение, общая нагрузка небольшая (1000-2000 циклов), поэтому подойдет спокойно SSD с типами памяти TLC, MLC. TBW может быть несколько десятков терабайт, DWPD — 1 или меньше. Пример — Kingston SSDNow V300.
  • Офисный компьютер. Также как и в предыдущем варианте — это в основном чтение данных, и может немного больше записи (2000-3000 циклов), рекомендуется память MLC. TBW может быть равно несколько десятков терабайт, DWPD — 1-2. Пример — OCZ Vector 150.
  • Игровой компьютер. Игровая нагрузка, запись данных больше чем в офисном, но также в основном это чтение (3000-5000 циклов), тип памяти — MLC. TBW — сотни терабайт, DWPD — 2-3. Пример — Kingston HyperX.
  • Корпоративные системы бюджетного класса. Это может быть рабочая станция, небольшой сервер, файловый сервер. Больше чтения данных, чем записи (3000-5000 циклов), тип памяти — MLC. TBW — сотни терабайт, DWPD — 1-2. Пример — Intel DC S3500.
  • Корпоративные системы среднего уровня. Например почтовый сервер, FTP-сервер со средней загрузкой. Примерно одинаковое количество записи/чтения данных (25000-30000 циклов), рекомендуемый тип памяти — MLC, eMLC. TBW — тысячи терабайт (петабайты), DWPD — 5-15. Пример — Intel DC S3700.
  • Производительные корпоративные системы. Например это может быть критически важный сервер базы данных на предприятии. Количество записи/чтения данных — близко к неограниченному (100000-200000 циклов), тип памяти — eMLC, SLC. TBW — десятки петабайт, DWPD — от 15. Пример — OCZ Deneva 2 R.

Показатель TBW может быть один и тот же для обычного SSD и для корпоративного уровня, но разница в условиях работы. Корпоративный накопитель часто работает при более высокой температуре и 24 часа в сутки, и при этом должен обеспечивать заявленный показатель DWPD. Гарантийный срок обслуживания обычного SSD на порядок меньше, чем корпоративного. Поэтому выбирая устройства для определённых целей, не забывайте обращать внимание на сам класс устройства.

Часто задаваемые вопросы о твердотельных накопителях Dell с серверами и системами хранения данных PowerEdge.

Твердотельные накопители Dell Enterprise разработаны для точного соответствия корпоративным системам Dell и обеспечения оптимальной производственной среды.

Сводка: Твердотельные накопители Dell Enterprise разработаны для точного соответствия корпоративным системам Dell и обеспечения оптимальной производственной среды.

  • Содержание статьи
  • Свойства статьи
  • Оцените эту статью

Возможно, эта статья была переведена автоматически. Если вы хотите поделиться своим мнением о ее качестве, используйте форму обратной связи в нижней части страницы.

Содержание статьи

Симптомы

В этой статье содержится список часто задаваемых вопросов (FAQ) о твердотельных накопителях (SSD) Dell.

  1. В чем преимущества твердотельных накопителей?
  2. В чем преимущества твердотельных накопителей Dell?
  3. Какие бывают типы твердотельных накопителей?
  4. Каковы лучшие сценарии использования и области применения твердотельных накопителей?
  5. Почему иногда возникает снижение производительности записи при сравнении старого накопителя и нового?
  6. Сохранение данных: Я отсоединил свой твердотельный накопитель и поместил его в систему хранения данных. Как долго диск будет хранить мои данные без необходимости его повторного подключения?
  7. Что такое избыточное выделение?
  8. Что такое выравнивание износа?
  9. Что такое сборка мусора?
  10. Что такое код коррекции ошибок (ECC)?
  11. Что такое коэффициент усиления записи (WAF)?
  12. Какие действия предпринимают твердотельные накопители для ограничения вероятности повреждения ячеек из-за чрезмерно интенсивной записи?
  13. Как рассчитывается срок полезной службы твердотельного накопителя?
  14. Что такое TRIM UNMAP и поддерживается ли она на SSD-накопителях Dell корпоративного класса?
  15. Как твердотельные накопители поддерживают целостность данных?
  16. Как реабилитировать твердотельные накопители?
  17. Каковы рекомендуемые настройки приложения и операционной системы?
  18. Что такое управление долговечностью?
  19. Какую гарантию поддерживают твердотельные накопители Dell?

Глоссарий:

Сохранение данных:
Сохранение данных — это промежуток времени, в течение которого ОЗУ остается точно доступным для чтения. Он указывает на то, как долго ячейка будет поддерживать запрограммированное состояние, когда набор микросхем отключен от питания. Хранение данных зависит от количества циклов программирования/стирания (P/E) на флэш-ячейке, а также от внешней среды. Высокая температура, как правило, сокращает продолжительность хранения. Количество выполняемых циклов чтения также может ухудшить этот срок.

Цикл
программирования/стирания (P/E):Во флэш-памяти NAND хранение данных осуществляется с помощью транзисторов с плавающим затвором, которые образуют вентили NAND. Таким образом, незапрограммированное состояние бита —1; операция программирования добавляет заряд в плавающий шлюз, и итоговый бит становится 0. Обратная операция (очистка) извлекает сохраненный заряд и возвращает состояние к 1. Операции стирания и программирования неизбежно приводят к деградации оксидного слоя, изолирующего плавающий затвор. По этой причине срок службы флэш-памяти NAND ограничен (30 000–1 млн циклов программирования/стирания для SLC, 2,5–10 тыс. циклов программирования/стирания для MLC, 10-30 тыс. циклов программирования/стирания для eMLC).

Уровень трансляции Flash Translation Layer (FTL):
Flash Translation Layer — это программный уровень, используемый в вычислительной технике для поддержки обычных файловых систем с флэш-памятью. FTL — это слой преобразования между файловой системе на основе секторов и набором микросхем на флэш-основе NAND. Он позволяет операционной системы и файловой системе осуществлять доступ к устройствам с флэш-памятью NAND устройства по тому же принципу, что и к дискам. FTL скрывает сложность флэш-памяти, предоставляя логический блочный интерфейс для флэш-устройства. Так как флэш-память не поддерживает перезапись флэш-страниц на месте, FTL сопоставляет логические блоки физическим флэш-страницам и очищает блоки.

Метаданные.
Метаданные используются для управления сохраненной информацией или данными во флэш-памяти NAND. Метаданные обычно включают таблицу логического и физического сопоставления адресов хранимой информации, сведения об атрибутах хранимой информации и любые другие данные, которые могут помочь в управлении хранимой информацией.

Виртуальный пул:
Виртуальный пул представляет собой группу стертых блоков NAND, готовых к программированию.

1. В чем преимущества твердотельных накопителей?

В отличие от жестких дисков (hard drive), в которых используются вращающиеся пластины для хранения данных, в твердотельных накопителях (SSD) используются микросхемы твердотельной памяти NAND. Жесткие диски имеют несколько механических подвижных частей, что делает их восприимчивыми к повреждениям при обращении. Твердотельные накопители не имеют движущихся частей и менее подвержены повреждениям даже при ударах во время эксплуатации.
Твердотельные накопители обеспечивают сверхвысокую производительность операций ввода-вывода в секунду (IOPS) и низкую задержку, что важно для серверных приложений и систем хранения данных, обрабатывающих большое число транзакций. При правильном использовании в системах с жесткими дисками они снижают общую стоимость владения (TCO) за счет низкого энергопотребления и невысокой рабочей температуры.

2. В чем преимущества твердотельных накопителей Dell?

Dell тщательно контролирует все этапы, необходимые для обеспечения заказчиков высококачественными твердотельными накопителями, необходимыми для требовательных корпоративных приложений.

Это включает в себя:

  • Первичная квалификация поставщиков и непрерывное тестирование качества
  • Создание специальной микропрограммы
  • Контроль спецификаций материалов и всесторонние испытания на надежность
  • Текущие сертификаты качества продукции

Все твердотельные накопители Dell Enterprise разработаны с учетом точного соответствия корпоративным системам Dell и предоставления заказчикам оптимальной производственной среды. В последнее время в отрасли жестких дисков наблюдается консолидация поставщиков и стандартизация дисков. Это не относится к твердотельным накопителям. Существует множество производителей твердотельных накопителей, и Dell не может гарантировать какой-либо уровень функциональности или совместимости на серверах Dell, использующих твердотельные накопители, приобретенные не у Dell.

3. Какие бывают типы твердотельных накопителей?

Твердотельные накопители (SSD) на основе флэш-памяти, как правило, демонстрируют меньшую задержку, чем жесткие диски (жесткие диски), что часто обеспечивает более быстрое время отклика. Для рабочих нагрузок произвольного чтения твердотельные накопители обеспечивают более высокую пропускную способность по сравнению с жесткими дисками.

На базе флеш-памяти NAND

  • SLC, или одноуровневая ячейка, обеспечивает хранение одного бита информации для каждой ячейки памяти NAND. SLC NAND предлагает относительно высокие скорости чтения и записи, высокую надежность и относительно простые алгоритмы коррекции ошибок. SLC обычно является наиболее дорогой технологией NAND. При использовании SLC-накопителей каждая ячейка должна выдерживать около 100 тыс. операций записи. Количество операций чтения не ограничено. Диски SLC лучше подходят для корпоративных сред из-за своей долговечности. Они могут быть слишком дорогими в пользовательских приложениях.
  • Технология MLC (многоуровневая ячейка) в целом менее надежна, чем SLC, так как в каждой ячейке хранится два бита. Если одна ячейка теряется, то теряются два бита. При использовании дисков MLC каждая ячейка должна длиться от 3000 до 5000 операций записи. Диски доступны большей емкости и стоят дешевле. Твердотельные накопители на основе MLC используются в корпоративных приложениях для развертывания интеллектуальных методов управления, таких как управление избыточным выделением ресурсов и управление долговечностью (определение будет приведено далее в документе).
  • eMLC, или корпоративная MLC, — это вариант технологии MLC, который извлекается из высококачественной части пластины NAND и уникально запрограммирован на увеличение циклов стирания. eMLC достигает уровня ресурса 30 000 циклов записи, в то время как некоторые из новейших MLC имеют только 3 000 циклов записи. eMLC идет на компромисс, чтобы обеспечить такую долговечность, отказываясь от хранения данных. eMLC решает эту проблему, удлиняя цикл внутреннего программирования страниц (tProg) микросхем флэш-памяти, что создает более качественную и долговечную запись данных, но снижает производительность записи. Поскольку твердотельные накопители eMLC по долговечности записи находятся где-то между MLC и SLC, их цена обычно также промежуточная. Добавив передовые методы управления долговечностью, эта технология может быть успешно использована в корпоративных приложениях общего назначения.

На основе интерфейса хоста

  • Твердотельные накопители SATA: Твердотельные накопители SATA работают на основе промышленного стандарта интерфейса SATA. Твердотельные накопители SATA обеспечивают разумную производительность для корпоративных серверов.
  • Твердотельные накопители SAS: Твердотельные накопители SAS работают на основе промышленного стандарта интерфейса SAS. Твердотельные накопители SAS сочетают в себе превосходную надежность, целостность данных и возможность восстановления после сбоев, что делает их пригодными для корпоративных приложений.
4. Каковы лучшие сценарии использования и области применения твердотельных накопителей?

Твердотельные накопители лучше всего подходят для приложений, которым требуется максимальная производительность. Приложения с интенсивным вводом-выводом, такие как базы данных, интеллектуальный анализ данных, хранилища данных, аналитика, торговля, высокопроизводительные вычисления, виртуализация серверов, веб-службы и системы электронной почты, лучше всего подходят для использования SSD.

  • Твердотельные накопители SLC являются предпочтительной технологией для кэширования записи и приложений кэширования чтения с несистематизированными операциями чтения и интенсивной записью.
  • Твердотельный накопитель eMLC становится все более предпочтительным вариантом при обработке операций чтения и записи, и особенно выгоден при ограниченном бюджете.
  • SSD MLC — это наиболее экономичное решение для приложений с интенсивным чтением, таких как доступ к таблице базы данных.

Типы, области применения и сценарии использования твердотельных накопителей

Технология флэш-памяти Тип приложения Приложения
MLC/eMLC Веб-технологии и клиентские вычисления Клиентские веб-приложения
, потоковое мультимедиа
, веб-приложения,
электронная почта и обмен сообщениями
, совместная работа
eMLC/SLC DSS/HPC/
OLTP/хранилище
OLTP, высокопроизводительные вычисления для хранилищ,
суперкомпьютерные хранилища
, инфраструктура
для интеллектуального анализа
данных, виртуальные рабочие столы
, OLTP, базы данных, бизнес-процессы
, кэширование данных
5. Почему иногда возникает снижение производительности записи при сравнении старого накопителя и нового?

Твердотельные накопители предназначены для использования в средах, в которых выполняется большинство операций чтения по сравнению с операцией записи. Чтобы накопители работали в течение определенного гарантийного срока, в накопители MLC встроен механизм управления ресурсом. Если гарантийный срок эксплуатации накопителя истекает, накопитель использует механизм регулирования для замедления скорости записи.

6. Я отсоединил свой твердотельный накопитель и поместил его в систему хранения данных. Как долго диск будет хранить мои данные без необходимости его повторного подключения?

Это зависит от того, как часто использовалась вспышка (используемый цикл P/E), типа вспышки и температуры хранения. В MLC и SLC этот срок может составлять всего 3 месяца, а в лучшем случае — более 10 лет. Хранение в значительной мере зависит от температуры и рабочей нагрузки.

Технология NAND Хранение данных при номинальном цикле P/E
SLC Шесть месяцев
eMLC Три месяца
eMLC Три месяца
7. Что такое избыточное выделение?

Избыточное выделение — это техника, которая используется при проектировании твердотельных флэш-накопителей и флэш-медиакарт. Предоставляя дополнительную емкость памяти (к которой пользователь не может получить доступ), контроллер твердотельных накопителей упрощает создание предварительно стертых блоков, готовых к использованию в виртуальном пуле. Избыточное выделение улучшает:

  • Производительность записи и IOPS
  • Надежность и долговечность
8. Что такое выравнивание износа?

Флэш-память NAND подвержена износу из-за повторяющихся циклов программирования и очистки, которые обычно выполняются в приложениях и системах хранения данных с использованием слоя преобразования флэш-памяти (FTL). Постоянное программирование и очистка данных в одном и том же месте памяти в конечном итоге приводит к износу этого сегмента и делает его нерабочим. В результате срок службы флэш-памяти NAND будет ограничен. Для предотвращения таких ситуаций в твердотельном накопителе реализованы специальные алгоритмы, которые называются выравниванием износа. Как следует из термина, выравнивание износа обеспечивает метод равномерного распределения циклов программирования и стирания по всем блокам памяти в твердотельном накопителе. Это предотвращает непрерывное выполнение циклов программирования и стирания в одном блоке памяти, что увеличивает срок службы флэш-памяти NAND в целом.

Существует два типа выравнивания износа: динамический и статический. Алгоритм динамического износа гарантирует, что циклы программирования и стирания данных равномерно распределены по всем блокам флэш-памяти NAND. Этот алгоритм является динамическим, поскольку он запускается каждый раз, когда данные в буфере записи диска сбрасываются и записываются во флэш-память. Динамическое выравнивание износа само по себе не может гарантировать, что все блоки выравниваются с одинаковой скоростью. Существуют особые случаи, когда данные записываются и хранятся во флэш-памяти в течение длительного периода времени или бесконечно. В то время как другие блоки меняются местами, стираются и объединяются в пул, эти блоки остаются неактивными в процессе выравнивания износа. Чтобы гарантировать, что все блоки выравниваются по износу с одинаковой скоростью, используется вторичный алгоритм выравнивания износа, называемый статическим выравниванием износа. Статическое выравнивание износа применяется к неактивным блокам, в которых хранятся данные.

Твердотельные накопители Dell используют как статические, так и динамические алгоритмы выравнивания износа, чтобы обеспечить равномерный износ блоков NAND для более длительного срока службы твердотельного накопителя.

9. Что такое сборка мусора?

Флэш-память состоит из ячеек, в каждой из которых хранится один или несколько битов данных. Эти ячейки сгруппированы в страницы, представляющие собой наименьшие отдельные места, в которые можно записать данные. Страницы собираются в блоки, представляющие собой наименьшие отдельные места, которые можно очищать. Флэш-память невозможно перезаписать напрямую, как жесткий диск; сначала ее необходимо очистить. Таким образом, хотя пустая страница в блоке может быть записана напрямую, она не может быть перезаписана без предварительного стирания всего блока страниц.

По мере использования диска данные изменяются, а измененные данные записываются на другие страницы блока или в новые блоки. Старые (устаревшие) страницы помечаются как недействительные и могут быть восстановлены путем удаления всего блока. Однако для этого вся еще действительная информация обо всех остальных занятых страницах блока должна быть перемещена в другой блок. Из-за требования перемещения рабочих данных и очистки блоков перед записью новых данных в этот блок приводит к усилению записи; общее количество операций записи, необходимых во флэш-памяти, выше, чем исходно запрашивал хост-компьютер. Это также приводит к тому, что SSD выполняет операции записи медленнее, когда он занят перемещением данных из блоков, которые необходимо удалить, и одновременно записывает новые данные с хост-компьютера.

Контроллеры твердотельных накопителей используют метод, называемый сборкой мусора, для освобождения ранее записанных блоков. Этот процесс также объединяет страницы путем перемещения и записи страниц из нескольких блоков для заполнения меньшего количества новых. Затем старые блоки очищаются, освобождая место для хранения новых поступающих данных. Однако, поскольку блоки флэш-памяти могут быть записаны только определенное количество раз до отказа, необходимо также выровнять весь твердотельный накопитель, чтобы избежать преждевременного износа любого отдельного блока.

10. Что такое код коррекции ошибок (ECC)?

Ухудшение ячейки флэш-памяти со временем и перебои в работе со стороны соседних страниц флэш-памяти может привести к произвольным ошибкам битов в сохраненных данных. Хотя вероятность повреждения любого бита данных невелика, огромное количество битов данных в системе хранения делает вероятность повреждения данных реальной.

В системах хранения на основе флэш-памяти для защиты данных от повреждения используются обнаружение ошибок и коды исправления. Твердотельные накопители Dell оснащены самым передовым в отрасли алгоритмом ECC, что позволяет достичь корпоративного уровня с частотой неустранимых битовых ошибок 10–17.

11. Что такое коэффициент усиления записи (WAF)?

Коэффициент усиления записи — это объем данных, который контроллер твердотельного накопителя должен записать, в отношении к объему данных, который хост-контроллер хочет записать. Идеальный коэффициент усиления записи составляет 1 — это означает, что вы хотели записать 1 Мбайт, и контроллер твердотельного накопителя записал 1 Мбайт. Коэффициент усиления записи, превышающий единицу, нежелателен, но является печальным фактом жизни. Чем выше усиление записи, тем быстрее изнашивается накопитель и тем ниже его производительность.

12. Какие действия предпринимают твердотельные накопители для ограничения вероятности повреждения ячеек из-за чрезмерно интенсивной записи?

Dell использует следующие техники, позволяющие избежать повреждения ячеек флэш-памяти и увеличить срок службы твердотельного накопителя:

  • Использование лишних ресурсов: Процесс увеличения резервной области на твердотельном накопителе. Это увеличивает доступный пул ресурсов, «готовых для записи», что уменьшает усиление записи. Поскольку требуется меньше фонового перемещения данных, увеличивается производительность и долговечность.
    Например, диск с полезной емкостью 100 Гбайт имеет дополнительную скрытую емкость 28 Гбайт. Этот остаток емкости будет использоваться для выравнивания износа.
  • Выравнивание износа: Твердотельные накопители Dell используют как статические, так и динамические методы выравнивания износа. Выравнивание износа позволяет сопоставлять данные с разными расположениями на диске, чтобы избежать частой записи в одну и ту же ячейку.
  • Чистка памяти: Твердотельные накопители Dell оснащены усовершенствованной техникой сборки мусора расширенного уровня. «Garbage Collection Process» устраняет необходимость стирания всего блока перед каждой записью. Он накапливает данные, помеченные для очистки как «мусор», и выполняет очистку всего блока для освобождения места и повторного использования блока, часто выполняя это в фоновом режиме, когда диск не занят операциями ввода-вывода.
  • Буферизация и кэширование данных: Твердотельные накопители Dell используют DRAM для кэширования буфера данных, чтобы свести к минимуму усиление операций записи и вероятность повреждения ячеек из-за избыточных операций записи.
13. Как рассчитывается срок полезной службы твердотельного накопителя?

Срок полезного использования твердотельного накопителя определяется тремя ключевыми параметрами; Технология флэш-памяти SSD NAND, емкость накопителя и модель использования приложения. Как правило, для расчета срока службы накопителя можно использовать следующий калькулятор срока службы.

Срок службы [лет] = (Долговечность [циклов P/E] * Емкость [физическая, байты] * Коэффициент избыточного резервирования) / (Скорость записи [бит/с] * Рабочий цикл [циклов] * % записи * WAF) / (36 *24* 3600)

Параметры:

  • Долговечность, циклы программирования/стирания NAND: 100K SLC, 30K EMLC, 3K MLC
  • Емкость: полезная емкость твердотельного накопителя
  • Коэффициент использования лишних ресурсов: использование лишних ресурсов памяти NAND в процентах
  • Скорость записи:

Скорость записи в байтах в секунду:

  • Рабочий цикл: используемый рабочий цикл
  • Запись %: Процент операций записи во время использования SSD
  • WAF: коэффициент усиления записи контроллера, рассчитанный на основе сценария использования приложения
14. Что такое функция TRIM/UNMAP и поддерживается ли она на твердотельных накопителях Dell корпоративного класса?

Некоторые операционные системы поддерживают функцию TRIM, которая преобразует удаленные файлы в соответствующий адрес логического блока (LBA) на устройстве хранения данных (SSD). Для SATA эта команда также называется TRIM; для SAS она называется UNMAP. Команда TRIM/UNMAP уведомляет накопитель о том, что ему больше не нужны данные в определенных LBA, что освобождает несколько страниц NAND.

Для работы команды TRIM/UNMAP она должна поддерживаться операционной системой, приводом и контроллером. Команда TRIM/UNMAP может повысить производительность твердотельного накопителя как из-за сокращения объема данных, которые требуется перезаписать во время сборки мусора, так и из-за увеличения свободного пространства на диске. Текущие поставляемые диски Dell корпоративного класса обладают достаточно высокой производительностью и долговечностью, поэтому они пока не поддерживают эти команды, даже если операционная система их поддерживает. В настоящее время эти функции изучаются для последующих предложений твердотельных накопителей Dell.

15. Как твердотельные накопители поддерживают целостность данных?

Целостность данных на твердотельных накопителях Dell поддерживается с помощью следующих методов:

  • Надежный код коррекции ошибок (ECC)
  • Защита контрольной суммы канала передачи данных
  • Копирование нескольких метаданных и микропрограммы
  • Защита контрольной суммы метаданных
  • Надежный дизайн контура для обеспечения стабильного питания флэш-памяти NAND

Защита от
внезапного отключения питанияПо сравнению с жесткими дисками твердотельные накопители более устойчивы к ударам, потребляют меньше электроэнергии, обеспечивают более быстрое время доступа и более высокую производительность чтения. Однако в некоторых конструкциях твердотельных накопителей возможны проблемы, связанные с повреждением данных и файловой системы при внезапном отключении питания. Чтобы обеспечить комплексную защиту данных, эффективный механизм защиты данных при сбоях электропитания должен функционировать до и после сбоя электропитания.
Твердотельные накопители Dell корпоративного класса содержат аппаратные средства защиты данных от сбоев питания и микропрограмм. Они включают схему обнаружения сбоя питания, которая выполняет мониторинг подачи напряжения и отправляет на контроллер диска сигнал, если напряжение падает ниже заранее установленного порогового значения. В этом случае твердотельный накопитель отсоединяется от источника подачи питания и выполняет действия, необходимые для перемещения временных данных буфера и метаданных во флэш-память NAND. Встроенная цепь задержки питания и конденсатор обеспечивают достаточное количество энергии для этой операции. Конденсатору удержания выделяется многократное избыточное количество ресурсов, чтобы гарантировать достаточно питания для срока службы диска.

16. Как реабилитировать твердотельные накопители?

Твердотельные накопители можно реабилитировать, перезаписав всю емкость диска несколько раз. Dell изучает возможности безопасного стирания и самошифрования в твердотельных накопителях с самошифрованием (SED) в будущих выпусках. Эти методы обеспечивают более быстрый и эффективный способ очистки твердотельных накопителей.

17.Каковы рекомендуемые настройки приложения и операционной системы?
  • Согласованные операции ввода-вывода: Согласованный ввод-вывод может оказать огромное влияние на производительность и долговечность твердотельных накопителей. Согласованный ввод-вывод для твердотельного накопителя повышает эффективность управления записью в NAND, а также может повысить долговечность твердотельного накопителя за счет уменьшения количества операций чтения-изменения-записи, которые приводят к дополнительным операциям записи на твердотельный накопитель в фоновом режиме.
  • Изменение глубины очереди: глубина очереди является важным фактором для систем и устройств хранения данных. Для повышения эффективности можно увеличить глубину очереди устройств с твердотельными накопителями, что позволит эффективнее обрабатывать операции записи и также может помочь уменьшить усиление записи, которое влияет на долговечность диска.
  • Используйте функцию TRIM: Смотрите раздел 15.
  • Отключите дефрагментацию диска: в случае магнитных дисков дефрагментация организует диск таким образом, чтобы секторы с данными находились близко друг от друга для повышения производительности. Однако на твердотельных накопителях расположение данных близко друг к другу не имеет значения, поскольку SSD могут получать данные с одинаковой скоростью, независимо от их местоположения. Таким образом, дефрагментация твердотельных накопителей не является необходимой и может привести к дополнительному ненужному износу NAND.
  • Отключите индексирование: Индексирование обычно ускоряет поиск на жестком диске. На твердотельных накопителях оно не дает преимуществ. Так как индексирование постоянно пытается поддерживать базы данных файлов в системе и в ее свойствах, оно влечет за собой множество маленьких операций записи, которые не являются сильной стороной твердотельных накопителей. Но твердотельные накопители превосходно справляются с чтением, поэтому накопитель может быстро получать доступ к данным, даже без индекса.
18. Что такое управление долговечностью?

Использование алгоритма управления долговечностью гарантирует, что в течение гарантийного периода для диска будет доступно достаточно циклов программирования/очистки (P/E). Микропрограмма ограничивает операции записи, если накопитель интенсивно записывается. Однако заказчики редко сталкиваются с ограничением производительности, когда SSD используется по назначению.

19. Какую гарантию поддерживают твердотельные накопители Dell?
  1. Твердотельные накопители SATA, SAS, NVMe (U.2) — накопители, используемые в Серверных продуктах**, имеют 3-летнюю гарантию. Она может быть продлена до полной длины сервера при наличии ProSupport или более высокой гарантии.
  2. Твердотельные накопители NVMe (PCIe) — накопители, используемые в Серверных продуктах, имеют гарантию на сервер сроком до 5 лет. Она может быть продлена до полной длины сервера при наличии ProSupport или более высокой гарантии.
    1. Корпоративные твердотельные накопители SATA, SAS и NVMe (U.2), приобретенные в качестве компонентов у Dell Technologies:
      • Продукты Server PowerEdge не подлежат приобретению с расширенной гарантией по истечении 3 лет с даты первоначальной отгрузки, если они не приобретены вместе с отдельным предложением услуг, например ProSupport или ProSupport.
      • На продукт для хранения данных распространяется гарантия системы и не дольше, например, если на системы предоставляется 3-летняя гарантия, то гарантия на SSD также составляет 3 года и не более. При продаже с сервером их гарантия не превышает 3 лет. Контракт ProSupport (или выше) продлевает гарантию на весь срок действия гарантии на сервер.
    2. На твердотельные накопители PowerEdge Express Flash PCI Express (PCIe) распространяется действие ограниченной гарантии на оборудование для системы Dell, с которой поставляется устройство PowerEdge Express Flash PCIe. Устройства PowerEdge Express Flash PCIe SSD не подлежат приобретению с расширенной гарантией по истечении 5 лет с даты первоначальной отгрузки, если они не приобретены вместе с отдельным предложением услуг, например ProSupport или ProSupport Plus.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *