Витривалість
Усі типи NAND флеш-пам’яті, на яких побудовані флеш-накопичувачі, поступово втрачають здатність зберігати біти даних із кожним циклом програмування-стирання (P/E) осередку NAND флеш-пам’яті, досягаючи стану, коли надійне зберігання даних стає неможливим; після цього пошкоджений або дефектний блок видаляється з пулу придатних для зберігання даних блоків, а логічна адреса блоку (LBA) отримує прив'зку до нової фізичної адреси в масиві NAND флеш-пам'яті. Новий блок накопичувача замінює дефектний завдяки наявності пулу запасних блоків (Spares Block), який є частиною області резервування SSD-накопичувача.
Оскільки програмування-стирання даних осередку відбувається постійно, показник BER лінійно зростає; з цієї причини в контролері індустріального SSD-накопичувача має бути реалізований комплексний набір методів контролю для забезпечення можливості надійного зберігання даних в осередку протягом очікуваного строку служби SSD-накопичувача.{{Footnote.N52083}}
Кількість допустимих циклів програмування-стирання (P/E) конкретної NAND флеш-пам’яті може суттєво відрізнятися залежно від літографічного процесу виробництва й типу флеш-пам’яті.
Тип NAND флеш-пам’яті | TLC | MLC | SLC |
Архітектура |
3 біти на осередок |
2 біти на осередок |
1 біт на осередок |
Ємність |
Найбільша ємність |
Велика ємність |
Найменша ємність |
Витривалість (P/E) |
Найнижча витривалість |
Середня витривалість |
Висока витривалість |
Вартість |
$ |
$$ |
$$$$ |
Приблизний рівень бітових помилок NAND (BER) |
10^4 |
10^7 |
10^9 |
Таблиця 2. Типи NAND флеш-пам’яті {{Footnote.N52084}}{{Footnote.N52085}}
lндустіральні SSD-накопичувачі також відрізняються від клієнтських SSD-накопичувачів за режимом роботи. lндустіральні SSD-накопичувачі повинні витримувати інтенсивні операції читання й запису в умовах, типових для сервера ЦОД, забезпечуючи доступ до даних протягом 24 годин на добу, в той час як клієнтськіSSD-накопичувачі зазвичай працюють протягом 8 годин на добу. lндустіральні SSD-накопичувачі працюють у режимі 24x7, тоді як клієнтські SSD-накопичувачі працюють у режимі 20/80 (20% часу активні, 80% в режимі очікування або сну під час роботи комп’ютера).
Розрахувати коефіцієнт витривалості під час запису для будь-якої сфери застосування або SSD-накопичувача досить складно, тому комітет JEDEC також запропонував метрику вимірювання витривалості за допомогою показника «Обсяг записаних даних в терабайтах» (TBW), що означає обсяг даних, наданих хостом, які можна записати на SSD-накопичувач до того моменту, як NAND флеш-пам’ять цього накопичувача стане ненадійною, а накопичувач потребуватиме заміни.
Завдяки запропонованим JEDEC методам тестування (JESD218A) та робочим навантаженням для індустріальних накопичувачів (JESD219) набагато зручніше інтерпретувати розрахунки витривалості SSD-накопичувача за допомогою показника TBW, а також розрахувати зрозуміліший показник витривалості для будь-якого ЦОД.
Як зазначається в документах JESD218 і JESD219, на робочі навантаження для різних класів застосування також може впливати коефіцієнт посилення обсягу запису (Write Amplification Factor, WAF), який описує перевищення фактичну кількість записаних в флеш-пам'ять даних, над тими, що надав на запис хост. Це може призвести до некерованого зношування флеш-пам’яті NAND, підвищення BER NAND флеш-пам’яті внаслідок надмірних операцій запису протягом тривалого часу та зниження продуктивності через велику кількість несправних сторінок на SSD-накопичувачі.
Хоча TBW є безперечно важливим елементом обговорення відмінностей індустріальних та клієнтських SSD-накопичувачів, цей показник розглядається лише як модель прогнозування витривалості на рівні флеш-пам’яті, а для прогнозування витривалості та надійності на рівні всього пристрою, слід розглянути показник «Середнє напрацювання на відмову» (MTBF), модель якого спирається на надійність його компонентів. Від компонентів індустріальних SSD-накопичувачів очікується триваліший строк служби та ефективніше керування NAND флеш-пам’яттю протягом очікуваного строку служби SSD-накопичувача. Усі lндустіральні SSD-накопичувачі повинні мати показник MTBFна рівні щонайменше одного мільйона годин. Компанія Kingston дуже скромно оцінює свої SSD-накопичувачі, тому нерідко можна зустріти більш високі показники MTBF; важливо розуміти, що 1 мільйона годин більш ніж достатньо для індустріальних SSD-накопичувачів.
Система контролю та звітності S.M.A.R.T., що застосовується в індустріальних SSD-накопичувачах, з легкістю визначає очікуваний строк служби пристрою до моменту виходу з ладу на основі коефіцієнта посилення обсягу запису (WAF) та рівня зносу. Зазвичай також підтримуються попередження про події, що передують збою, як-от втрата живлення, бітові помилки, що виникають у фізичному інтерфейсі, або нерівномірний розподіл зносу. З вебсайту Kingston можна завантажити утиліту Kingston SSD Manager для перегляду стану накопичувача.
Клієнтські SSD-накопичувачі мають лише мінімальні функції S.M.A.R.T. для контролю SSD-накопичувача під час стандартного використання або після збою.
Залежно від класу застосування та ємності SSD-накопичувача, резервна ємність NAND флеш-пам’яті може бути збільшена для забезпечення дрдаткового резервування (OP). Резервна ємність прихована від користувача та операційної системи; вона може використовуватись як тимчасовий буфер запису для підвищення середньої продуктивності, або для заміни дефектних осередків флеш-пам’яті протягом очікуваного строку служби SSD-накопичувача для підвищення його надійності та витривалості (з великою кількістю запасних блоків).