En SSD skrivecyklus er processen med at programmere data til en NAND flash-hukommelseschip i en solid-state lagerenhed.
En blok data gemt på en flash-hukommelseschip skal slettes elektrisk, før nye data kan skrives, eller programmeres, til solid-state drevet (SSD). SSD-skrivecyklussen er også kendt som P/E-cyklussen (program/erase).
Når en SSD er ny, slettes alle blokke, og nye, indkommende data skrives direkte til flashmediet. Når SSD’en har fyldt alle de frie blokke på flashlagringsmediet, skal den slette tidligere programmerede blokke for at gøre plads til nye data, der skal skrives. Blokke, der indeholder gyldige, ugyldige eller unødvendige data, kopieres til andre blokke, hvilket frigør de gamle blokke, der skal slettes. SSD-controlleren sletter med jævne mellemrum de ugyldige blokke og returnerer dem til den frie blokpulje.
Den baggrundsproces, som en SSD bruger til at rydde op i de unødvendige blokke og skabe plads til nye data, kaldes garbage collection. Garbage collection-processen er generelt usynlig for brugeren, og programmeringsprocessen identificeres ofte blot som en skrivecyklus i stedet for en skrive/slette- eller P/E-cyklus.
Hvorfor skrivecyklusser er vigtige
En NAND-flash SSD kan kun tåle et begrænset antal skrivecyklusser. Programmerings-/sletningsprocessen forårsager en forringelse af det oxidlag, der fanger elektroner i en NAND flash-hukommelsescelle, og SSD’en vil til sidst blive upålidelig, slides og miste sin evne til at lagre data.
Antal skrivecyklusser, eller udholdenhed, varierer afhængigt af typen af NAND flash-hukommelsescelle. En SSD, der gemmer en enkelt databit pr. celle, kendt som SLC-NAND-flash (single-level cell), kan typisk klare op til 100.000 skrivecyklusser. En SSD, der lagrer to databits pr. celle, almindeligvis kaldet multi-level cell (MLC)-flash, kan generelt klare op til 10.000 skrivecyklusser med planar NAND og op til 35.000 skrivecyklusser med 3D NAND. Udholdenheden for SSD’er, der lagrer tre bits data pr. celle, kaldet TLC-flash (triple-level cell), kan være helt ned til 300 skrivecyklusser med planar NAND og helt op til 3.000 skrivecyklusser med 3D NAND. Den nyeste QLC (quadruple-level cell) NAND vil sandsynligvis understøtte højst 1.000 skrivecyklusser.
Da antallet af bits pr. NAND-flashhukommelsescelle stiger, falder prisen pr. gigabyte (GB) for SSD’en. SSD’ens udholdenhed og pålidelighed er dog også lavere.
Fælles problemer med skrivecyklusser
De udfordringer, som SSD-producenterne har været nødt til at løse for at kunne bruge NAND-flashhukommelse til at lagre data pålideligt over en længere periode, omfatter interferens fra celle til celle, efterhånden som dørene bliver mindre, bitfejl og fejl, langsomme datalettelser og skriveforstærkning.
Producenterne har forbedret udholdenheden og pålideligheden af alle typer SSD’er gennem controller-software-baserede mekanismer som f.eks. algoritmer til slidnivellering, ekstern datapuffering, forbedret fejlkorrektionskode (ECC) og fejlstyring, datakomprimering, overprovisionering, bedre intern NAND-styring og feedback om blokudslidning. Som følge heraf er flash-baserede SSD’er ikke slidt så hurtigt, som brugerne tidligere frygtede, at de ville gøre.
Sælgere tilbyder normalt SSD-garantier, der angiver et maksimalt antal skrivninger af enhedsdrev pr. dag (DWPD) eller terabytes skrevet (TBW). DWPD er det antal gange, hvor hele SSD’ens kapacitet kan overskrives dagligt i garantiperioden. TBW er den samlede mængde data, som en SSD kan skrive, før den sandsynligvis vil gå i stykker. Leverandører af flash-baserede systemer og SSD’er tilbyder ofte garantier på fem år eller mere på deres virksomhedsdrev.
Fabrikanterne angiver undertiden den type applikationsarbejdsbyrde, som en SSD er designet til, f.eks. skriveintensiv, læseintensiv eller blandet brug. Nogle leverandører giver kunden mulighed for at vælge det optimale niveau af udholdenhed og kapacitet for en bestemt SSD. F.eks. kan en virksomhedsbruger med en database med mange transaktioner vælge et højere DWPD-tal på bekostning af kapaciteten. Eller en bruger, der driver en database, hvor der kun sjældent skrives, kan vælge et lavere DWPD-tal og en højere kapacitet.