Un ciclo de escritura en SSD es el proceso de programación de datos en un chip de memoria flash NAND en un dispositivo de almacenamiento de estado sólido.
Un bloque de datos almacenado en un chip de memoria flash debe ser borrado eléctricamente antes de que se puedan escribir, o programar, nuevos datos en la unidad de estado sólido (SSD). El ciclo de escritura de la SSD también se conoce como ciclo de programación/borrado (P/E).
Cuando una SSD es nueva, todos los bloques se borran y los nuevos datos entrantes se escriben directamente en el soporte flash. Una vez que la SSD ha llenado todos los bloques libres en el medio de almacenamiento flash, debe borrar los bloques previamente programados para dejar espacio a los nuevos datos que se van a escribir. Los bloques que contienen datos válidos, no válidos o innecesarios se copian en bloques diferentes, liberando los bloques antiguos para ser borrados. El controlador de la unidad SSD borra periódicamente los bloques invalidados y los devuelve a la reserva de bloques libres.
El proceso en segundo plano que utiliza una unidad SSD para limpiar los bloques innecesarios y dejar espacio para los nuevos datos se denomina recogida de basura. El proceso de recogida de basura suele ser invisible para el usuario, y el proceso de programación suele identificarse simplemente como un ciclo de escritura, en lugar de un ciclo de escritura/borrado o P/E.
Por qué son importantes los ciclos de escritura
Una unidad SSD flash NAND sólo puede soportar un número limitado de ciclos de escritura. El proceso de programación/borrado provoca un deterioro de la capa de óxido que atrapa los electrones en una célula de memoria flash NAND, y la SSD acabará por dejar de ser fiable, desgastarse y perder su capacidad de almacenar datos.
El número de ciclos de escritura, o resistencia, varía en función del tipo de célula de memoria flash NAND. Una SSD que almacena un solo bit de datos por celda, conocida como flash NAND de celda de nivel único (SLC), suele soportar hasta 100.000 ciclos de escritura. Una SSD que almacena dos bits de datos por celda, comúnmente conocida como flash de celda de nivel múltiple (MLC), suele soportar hasta 10.000 ciclos de escritura con NAND planar y hasta 35.000 ciclos de escritura con NAND 3D. La resistencia de las SSD que almacenan tres bits de datos por celda, denominadas flash de celda de triple nivel (TLC), puede ser de hasta 300 ciclos de escritura con NAND planar y de hasta 3.000 ciclos de escritura con NAND 3D. La última NAND de célula de nivel cuádruple (QLC) probablemente soportará un máximo de 1.000 ciclos de escritura.
A medida que aumenta el número de bits por célula de memoria flash NAND, el coste por gigabyte (GB) de la SSD disminuye. Sin embargo, la resistencia y la fiabilidad de la SSD también son menores.
Problemas comunes en los ciclos de escritura
Los retos que los fabricantes de SSD han tenido que abordar para utilizar la memoria flash NAND para almacenar datos de forma fiable durante un periodo de tiempo prolongado incluyen la interferencia entre celdas a medida que las matrices se hacen más pequeñas, fallos y errores de bits, borrados de datos lentos y amplificación de la escritura.
Los fabricantes han mejorado la resistencia y la fiabilidad de todos los tipos de SSD a través de mecanismos basados en el software del controlador, como los algoritmos de nivelación de desgaste, el búfer de datos externo, la mejora del código de corrección de errores (ECC) y la gestión de errores, la compresión de datos, el sobreaprovisionamiento, la mejor gestión interna de la NAND y la retroalimentación del desgaste de los bloques. Como resultado, las SSD basadas en flash no se han desgastado tan rápidamente como los usuarios temían que lo hicieran.
Los proveedores suelen ofrecer garantías para las SSD que especifican un número máximo de escrituras en la unidad del dispositivo por día (DWPD) o terabytes escritos (TBW). DWPD es el número de veces que se puede sobrescribir diariamente toda la capacidad de la SSD durante el periodo de garantía. TBW es la cantidad total de datos que una SSD puede escribir antes de que sea probable que falle. Los proveedores de sistemas basados en flash y SSD suelen ofrecer garantías de cinco años o más en sus unidades para empresas.
Los fabricantes a veces especifican el tipo de carga de trabajo de la aplicación para la que se ha diseñado una SSD, como por ejemplo, de escritura intensiva, de lectura intensiva o de uso mixto. Algunos proveedores permiten al cliente seleccionar el nivel óptimo de resistencia y capacidad para una determinada unidad SSD. Por ejemplo, un usuario de empresa con una base de datos con muchas transacciones podría optar por un mayor número de DWPD a expensas de la capacidad. O un usuario con una base de datos que realiza escrituras poco frecuentes podría elegir un DWPD más bajo y una mayor capacidad.