Free Press

Huomautus: Earle Philhower III päivitti tämän blogin 26. syyskuuta 2018 vastaamaan Western Digitalin SSD-teknologian viimeisimpiä edistysaskelia.

Tämä on toinen kirjoitukseni ”Nopeudet, syötteet ja tarpeet” -blogisarjassa, jonka tarkoituksena on selittää yritystallennuksen teknisempiä elementtejä kaikille ymmärrettävällä tavalla. Ensimmäisessä postauksessani käsiteltiin latenssin roolia tallennusarkkitehtuurissa. Tässä postauksessa käsittelen SSD-kestävyyttä ja sitä, miten se vaikuttaa SSD-levyn valintaan, sekä annan joitakin nyrkkisääntöjä oikean valinnan tekemiseen.

Oikean SSD-levyn valitseminen ei ole helppoa

Olet luultavasti katsonut SSD-levyn datalehteä ja ollut hiukan häkeltynyt. Oikean SSD-levyn valitseminen on loppujen lopuksi monimutkainen prosessi. Sinun on valittava oikea muototekijä, jotta asema mahtuu palvelimeesi. Sinun on valittava kolmesta tärkeimmästä, yhteensopimattomasta liitännästä (SATA, SAS tai NVMe™). Sinun on tietenkin myös valittava oikea kapasiteetti, joka vaihtelee sadoista gigatavuista useisiin teratavuihin. Eihän sinun tarvitse tehdä muuta? Väärin.

On vielä yksi valinta, joka sinun on tehtävä, ja se on valinta, jota sinun ei ehkä ole tarvinnut tehdä aiemmin: SSD-levyn kestävyystaso. SSD-levyn kestävyys on kokonaisdatamäärä, jonka SSD-levyn taataan pystyvän kirjoittamaan takuuaikana, ja se ilmoitetaan usein muodossa ”TBW” tai ”DWPD” (josta puhumme hieman myöhemmin). SSD:n kestävyyden fysiikka on monimutkaista, mutta tulokset ovat yksinkertaisia: SSD-levyt kuluvat, kun niihin kirjoitetaan. Jos valitset väärän SSD-aseman kestävyyden, joudut vaihtamaan aseman ennenaikaisesti tai maksamaan ylihintaa asemasta, jonka kestävyys on suurempi kuin on tarpeen.

Not All Flash Is Created Equal

SSD-asemien kestävyys on rajallinen, koska SSD-asemien käyttövoimana toimivalla NAND-flash-levyllä on rajallinen määrä ohjelmointi- ja pyyhkäisysyklejä, ennen kuin sitä ei voi enää käyttää. Nämä syklit tapahtuvat aina, kun flash-solun olemassa olevat tiedot on ylikirjoitettava. Kun alalla siirrytään monitasoisista soluista (Multi Level Cell, MLC) kolmitasoisiin soluihin (Triple Level Cell, TLC), jotka tallentavat kolme bittiä solua kohti, käytettävissä olevat P/E-syklit vähenevät. Tämä syklien väheneminen on luonnollisesti huono asia kestävyyden kannalta.

Virheenkorjaus, ylitarjonta ja laiteohjelmisto

Onneksi SSD-levyjen kestävyyttä ei määritetä pelkästään P/E-syklien rajoilla. Valmistajan NAND:n ympärille asettama teknologia voi myös muuttaa kestävyyttä, niin hyvässä kuin pahassa. Western Digital parantaa SSD-levyjen kestävyyttä kolmella pääteknologialla: virheenkorjaus, ylivaraus ja laiteohjelmisto.

Edistyneet virheenkorjaustekniikat, kuten HGST:n CellCare™ NAND-hallintateknologia tai SanDisk®:n Guardian Technology™, voivat auttaa palauttamaan tietoja jopa marginaalisista flash-kennoista ja pidentää NAND-kennon käyttökelpoista käyttöikää huomattavasti.

Ylivaraus lisää flash-kapasiteettia SSD-levyyn. Käyttäjä ei näe tätä ylimääräistä flash-muistia, mutta asema näkee sen, ja sitä käytetään parantamaan kestävyyttä mahdollistamalla tehokkaampi tiedonhallinta.

Loppujen lopuksi SSD-asemassa suoritettava ohjelma, firmware, voi älykkäästi hallita SSD-aseman sisällä olevaa flash-muistia. Mitä enemmän yrityksellä on kokemusta loppukäyttäjien työkuormista ja itse flash-muistista (SanDiskillä, Western Digitalin tuotemerkillä, on yli kolmenkymmenen vuoden kokemus tällä alalla!), sitä enemmän älykkyyttä se voi upottaa laiteohjelmistoon kestävyyden maksimoimiseksi.

SSSD-levyn kestävyysyhtälö

SSD-levyjen kestävyyttä kuvataan yleisesti aseman päiväkohtaisina kirjoituskerroina (Drive Writes Per Day, DWPD) tietyllä takuuaikajaksolla (joka on tyypillisesti kolme tai viisi vuotta). Toisin sanoen, jos 1 Tt:n SSD-levylle on määritelty 1 DWPD, se kestää 1 Tt:n datan kirjoittamisen siihen joka päivä takuuaikana. Vaihtoehtoisesti, jos 1 Tt:n SSD-levy on määritelty 10 DWPD:lle, se kestää 10 Tt:n määrän dataa, joka sille kirjoitetaan joka päivä takuuaikana.

Toinen SSD-levyn kirjoituskestävyyden mittari on Terabytes Written (TBW), joka kuvaa sitä, kuinka paljon dataa SSD-levylle voidaan kirjoittaa aseman käyttöiän aikana.

TBW:n ja DWPD:n välinen muuntaminen on yksinkertaista:

DWPD:stä TBW:ksi: TBW = Kapasiteetti(TB) * DWPD * 365 * Takuu(vuotta)

TBW:stä DWPD:ksi:

”1 DWPD” ei ole sama kuin ”1 DWPD”

Yleinen ansa, johon käyttäjät lankeavat SSD-tietolehtisiä tarkastellessaan, on olettaa, että ”1 DWPD” yhdessä asemassa tarkoittaa samaa kuin ”1 DWPD” toisessa asemassa. Kun SSD-asemien kapasiteetit vaihtelevat, niihin kirjoitettavan datan kokonaismäärä voi vaihdella huomattavasti. Otetaan esimerkiksi 15 Tt:n ”1 DWPD” SSD-levy ja 1 Tt:n ”1 DWPD” SSD-levy, joilla molemmilla on viiden vuoden takuu.

TBW(15TB) = 15TB * 1 DWPD * 365 päivää/vuosi * 5 vuotta = 27 375 TBW

TBW(1TB)

TBW(1TB) = 1TB * 1 DWPD * 1 DWPD * 365 päivää/vuosi * 5 vuotta = 1 825 TBW

Mitä tapahtuu, kun SSD-levyjen kestävyys on väärässä

Liian suuren kestävyyslujuuden SSD-levyjen valitseminen voi usein kasvattaa alkuperäisiä kustannuksia. Joissakin tapauksissa korkeamman kestävyyden SSD-levy voi kuitenkin tarjota paremman kirjoitussuorituskyvyn kuin alhaisemman kestävyyden SSD-levy. Jos siis sovelluksesi voi hyödyntää SSD-levyn lisäsuorituskykyä, kannattaa harkita korkeamman kestävyyden mallia.

Liian alhaisen kestävyysvaatimuksen valitseminen voi kuitenkin lisätä kustannuksia ja ongelmia pitkällä aikavälillä. Kun kirjoitetun datan kokonaismäärä ylittää takuukeston, tietojen menetyksen ja SSD-levyn vikaantumisen mahdollisuus kasvaa. Kustannukset ja turhautuminen, jotka aiheutuvat vikaantuneiden asemien vaihtamisesta tai kadonneiden tietojen käsittelystä, voivat kasvaa nopeasti.

Oikea valinta

Kun tiedät, kuinka paljon sovelluksesi kirjoittaa dataa, kestävyystason valinta on suoraviivaista: Määritä keskimääräinen päivässä kirjoitettavan datan määrä, kerro se palvelimen käyttöpäivien määrällä ja käytä tätä lukua kestävyysrajan alarajana. Tämä keskimääräinen luku on alaraja, koska on järkevää lisätä liikkumavaraa odottamatonta kasvua varten.

The SSD Endurance Cheat Sheet

Jos työmäärämittauksia ei ole helposti saatavilla, sen sijaan voidaan käyttää joitakin nyrkkisääntöjä. Seuraavassa taulukossa on luettelo käyttötapauksista ja DWPD:n yleistetty vaihteluväli, joka on mukautettu teoksesta Top Considerations for Enterprise SSDs.

Koska nämä ovat vain nyrkkisääntöjä (asiakkaidemme ja tuotetiimiemme kanssa käydyistä keskusteluista), niitä tulisi käyttää vain oppaana, jonka avulla voi aloittaa keskustelut myyjän kanssa valitessaan SSD-levyä omaan sovellukseensa.

Käyttökohde	Kuvaus	Noin DWPD
Käynnistysasema	Palvelimen käynnistysasema. Päivitetään vain määräajoin. Lokit ja kaikki pysyvät tiedot tallennetaan muualle.	0.1 ~ 1.0
Sisällönjakelu	Kiihdyttää CDN:n etupäätä. Media siirtyy suosion mukaan.	0.5 ~ 2.0
Valvonta	Suoratoistokirjoitukset useista kameroista, toimii jatkuvasti, ylikirjoittaa aseman määräajoin.	Kamerat * BW
Virtualisointi ja kontit	Tier-0-tallennus kontteja ja VM:iä varten hyperkonvergoidussa järjestelmässä. SSD-levyt tarjoavat kaiken paikallisen tallennustilan klusterille.	1.0 ~ 3.0
OLTP-tietokanta	Tietointensiiviset työmäärät. Tietokannan lokien ja datatiedostojen tiheät päivitykset, usein tuhansia kertoja sekunnissa.	3.0+
Suuren suorituskyvyn välimuistitallennus	Kiihdyttää paikallisia kiintolevyjä. Eräät suurimmista mahdollisista kirjoituskuormista.	3.0++

Oikean SSD-levyn valitseminen sovellukseesi edellyttää sopivan kestävyyden valitsemista, erityisesti nykyisillä uudemmilla flash-tekniikoilla. Jos käytät aikaa tietosivujen ja työtehtävien tutkimiseen oikean kestävyyden valitsemiseksi SSD-asemallesi, maksimoit sen käyttöiän ja minimoit hankinta- ja käyttökustannukset.

Lisälukemista

• Tech Brief: Matching SSD Endurance to Common Enterprise Applications
• White Paper:
• Blogi: Top Considerations for Enterprise SSDs
• Blogi: Kestävyyden TCO-vaikutukset