SSD-kirjoitussykli on prosessi, jossa tiedot ohjelmoidaan NAND-flash-muistisirulle kiinteän aseman tallennuslaitteessa.
Flash-muistisirulle tallennettu tietolohko on pyyhittävä sähköisesti, ennen kuin uudet tiedot voidaan kirjoittaa eli ohjelmoida kiinteään asemaan (SSD). SSD-aseman kirjoitussykli tunnetaan myös nimellä P/E-sykli (program/erase).
Kun SSD-levy on uusi, kaikki lohkot pyyhitään ja uudet, saapuvat tiedot kirjoitetaan suoraan flash-muistiin. Kun SSD-levy on täyttänyt kaikki flash-muistivälineen vapaat lohkot, sen on poistettava aiemmin ohjelmoidut lohkot tehdäkseen tilaa uusille kirjoitettaville tiedoille. Lohkot, jotka sisältävät kelvollisia, virheellisiä tai tarpeettomia tietoja, kopioidaan eri lohkoihin, jolloin vanhat lohkot vapautuvat poistettaviksi. SSD-ohjain poistaa ajoittain mitätöidyt lohkot ja palauttaa ne takaisin vapaaseen lohkopooliin.
Taustaprosessia, jota SSD-levy käyttää tyhjentääkseen tarpeettomat lohkot ja tehdäkseen tilaa uusille tiedoille, kutsutaan roskienkeruuksi. Roskienkeräysprosessi on yleensä käyttäjälle näkymätön, ja ohjelmointiprosessi tunnistetaan usein yksinkertaisesti kirjoitussykliksi eikä kirjoitus-/poisto- tai P/E-sykliksi.
Miksi kirjoitussyklit ovat tärkeitä
NAND-flash-SSD-levy kestää vain rajoitetun määrän kirjoitussyklejä. Ohjelma/poistoprosessi aiheuttaa NAND-flash-muistisolun elektroneja vangitsevan oksidikerroksen heikkenemistä, ja SSD-levystä tulee lopulta epäluotettava, se kuluu ja menettää kykynsä tallentaa tietoja.
Kirjoitussyklien määrä eli kestävyys vaihtelee NAND-flash-muistisolun tyypin mukaan. SSD-levy, joka tallentaa yhden databitin solua kohti, eli niin sanottu yksitasoinen (SLC) NAND-flash-muisti, kestää tyypillisesti jopa 100 000 kirjoitussykliä. SSD-levy, joka tallentaa kaksi databittiä solua kohti ja jota kutsutaan yleisesti monitasoiseksi soluksi (multi-level cell, MLC), kestää yleensä jopa 10 000 kirjoitussykliä tasomaisella NAND-muistilla ja jopa 35 000 kirjoitussykliä 3D-NAND-muistilla. SSD-levyjen, jotka tallentavat kolme bittiä dataa solua kohti ja joita kutsutaan kolmitasoisiksi soluiksi (triple-level cell, TLC), kestävyys voi olla vain 300 kirjoitussykliä planaarisella NAND-muistilla ja jopa 3 000 kirjoitussykliä 3D-NAND-muistilla. Uusin QLC (quadruple-level cell) NAND tukee todennäköisesti enintään 1 000 kirjoitussykliä.
Kun bittien määrä NAND-flash-muistisolua kohti kasvaa, SSD-levyn kustannukset gigatavua kohti laskevat. SSD-levyn kestävyys ja luotettavuus ovat kuitenkin myös alhaisemmat.
Yleisiä kirjoitussykliongelmia
Haasteisiin, joihin SSD-levyvalmistajien on täytynyt puuttua, jotta NAND-flash-muistia voidaan käyttää tietojen luotettavaan tallentamiseen pitkällä aikavälillä, kuuluvat muun muassa solujen väliset häiriöt, kun kennot pienenevät koko ajan, bittimerkkien vikaantumiset ja -virheet, hitaat datan pyyhkäisytoiminnot ja kirjoituksen vahvistuminen.
Valmistajat ovat parantaneet kaikentyyppisten SSD-levyjen kestävyyttä ja luotettavuutta ohjainohjelmistopohjaisilla mekanismeilla, kuten kulumisen tasausalgoritmeilla, ulkoisella datan puskuroinnilla, parannetuilla virheenkorjauskoodeilla (ECC) ja virheidenhallinnalla, datan pakkaamisella, ylitoimituksella, paremmalla sisäisellä NAND:n hallinnalla ja lohkojen kulumisen palautteella. Tämän seurauksena flash-pohjaiset SSD-asemat eivät ole kuluneet niin nopeasti kuin käyttäjät aikoinaan pelkäsivät.
Laitetoimittajat tarjoavat yleisesti SSD-asemien takuita, joissa määritetään laitteen enimmäiskirjoituskertojen määrä päivässä (DWPD) tai kirjoitettujen teratavujen määrä (TBW). DWPD on määrä, kuinka monta kertaa SSD-levyn koko kapasiteetti voidaan ylikirjoittaa päivittäin takuuaikana. TBW on kokonaisdatamäärä, jonka SSD-levy voi kirjoittaa ennen kuin se todennäköisesti vikaantuu. Flash-pohjaisten järjestelmien ja SSD-asemien toimittajat tarjoavat usein vähintään viiden vuoden takuun yritysasemilleen.
Valmistajat määrittelevät toisinaan, minkä tyyppiseen sovelluksen työkuormitukseen SSD-levy on suunniteltu, kuten kirjoitusintensiivinen, lukuintensiivinen tai sekakäyttöinen. Jotkut toimittajat antavat asiakkaan valita optimaalisen kestävyyden ja kapasiteetin tason tietylle SSD-asemalle. Esimerkiksi yrityskäyttäjä, jolla on paljon tapahtumia sisältävä tietokanta, saattaa valita suuremman DWPD-luvun kapasiteetin kustannuksella. Tai käyttäjä, joka käyttää harvoin kirjoittavaa tietokantaa, saattaa valita pienemmän DWPD-arvon ja suuremman kapasiteetin.