Free Press

NOOT: Deze blog is op 26 september 2018 bijgewerkt door Earle Philhower III om de nieuwste ontwikkelingen in de SSD-technologie van Western Digital weer te geven.

Dit is mijn tweede post in de blogreeks “Speeds, Feeds, and Needs”, die is ontworpen om de meer technische elementen van bedrijfsopslag uit te leggen in termen die voor iedereen begrijpelijk zijn. Mijn eerste post besprak de rol van latency in opslagarchitecturen. In dit bericht bespreek ik de SSD-duurzaamheid en hoe dit uw SSD-keuze beïnvloedt, plus geef ik u enkele vuistregels voor het maken van de juiste keuze.

Het kiezen van de juiste SSD is niet eenvoudig

U hebt waarschijnlijk wel eens op een SSD-datasheet gekeken en was een beetje overweldigd. Het kiezen van de juiste SSD is immers een gecompliceerd proces. U moet de juiste vormfactor kiezen, zodat de schijf in uw server past. U moet een keuze maken uit drie belangrijke, niet-compatibele interfaces (SATA, SAS of NVMe™). U moet natuurlijk ook de juiste capaciteit kiezen, variërend van 100 gigabytes tot meerdere terabytes. Dat is alles wat u hoeft te doen, toch? Fout.

Er is nog een keuze die u moet maken, en het is een keuze die u misschien niet eerder hebt hoeven maken: het SSD-duurzaamheidsniveau. SSD-duurzaamheid is de totale hoeveelheid gegevens die een SSD gegarandeerd kan schrijven onder garantie, vaak gespecificeerd in “TBW” of “DWPD” (die we iets later zullen bespreken). De fysica van SSD-duurzaamheid is ingewikkeld, maar de resultaten zijn eenvoudig: SSD’s slijten naarmate u er meer naar schrijft. Als u het verkeerde SSD-uithoudingsvermogen kiest, zult u de schijf voortijdig moeten vervangen of te veel moeten betalen voor een schijf met een hoger uithoudingsvermogen dan nodig is.

Not All Flash Is Created Equal

Het uithoudingsvermogen van SSD’s is beperkt omdat de NAND-flash die SSD’s voedt een eindig aantal “program/erase” (P/E) cycli heeft voordat deze niet meer kan worden gebruikt. Deze cycli vinden plaats wanneer bestaande gegevens in een flashcel moeten worden overschreven. Naarmate de industrie overschakelt van MLC (Multi Level Cell) naar TLC (Triple Level Cell) SSD’s, die 3 bits per cel opslaan, nemen de beschikbare P/E-cycli af. Deze afname van het aantal cycli is uiteraard een slechte zaak voor de duurzaamheid.

Foutcorrectie, overprovisionering en firmware

Gelukkig wordt de duurzaamheid van SSD’s niet alleen bepaald door P/E-cycluslimieten. Technologie die door de fabrikant rond de NAND is geplaatst, kan het uithoudingsvermogen ook veranderen, ten goede of ten kwade. Western Digital verbetert het SSD-uithoudingsvermogen met drie belangrijke technologieën: foutcorrectie, overprovisioning en firmware.

Geavanceerde foutcorrectietechnieken zoals HGST’s CellCare™ NAND-beheertechnologie of SanDisk®’s Guardian Technology™ kunnen helpen gegevens terug te halen uit zelfs marginale flash-cellen en kunnen de bruikbare levensduur van de NAND-cel drastisch verlengen.

Overprovisioning voegt extra flash-capaciteit toe aan de SSD. Deze extra flash is niet zichtbaar voor de gebruiker, maar is wel zichtbaar voor de drive en wordt gebruikt om de duurzaamheid te verbeteren door een efficiënter gegevensbeheer mogelijk te maken.

Ten slotte kan het programma dat in de SSD draait, de firmware, de flash in de SSD op intelligente wijze beheren. Hoe meer ervaring een bedrijf heeft met de werkbelasting van eindgebruikers en de flash zelf (SanDisk, een merk van Western Digital, heeft meer dan dertig jaar ervaring op dit gebied!), hoe meer intelligentie het in deze firmware kan inbouwen om het uithoudingsvermogen te helpen maximaliseren.

De SSD-duurzaamheidsvergelijking

Het uithoudingsvermogen van een SSD wordt gewoonlijk beschreven in termen van schrijfbeurten per dag (DWPD) voor een bepaalde garantieperiode (meestal 3 of 5 jaar). Met andere woorden, als een SSD van 1 TB wordt gespecificeerd voor 1 DWPD, is deze gedurende de garantieperiode bestand tegen 1 TB aan gegevens die er elke dag op worden geschreven. Als een SSD van 1 TB echter wordt gespecificeerd voor 10 DWPD, is deze bestand tegen 10 TB gegevens die er elke dag tijdens de garantieperiode op worden geschreven.

Een andere metriek die wordt gebruikt voor de schrijfduur van SSD’s is Terabytes Written (TBW), die beschrijft hoeveel gegevens er naar de SSD kunnen worden geschreven tijdens de levensduur van de schijf.

Het omrekenen tussen TBW en DWPD is eenvoudig:

DWPD naar TBW: TBW = Capaciteit (TB) * DWPD * 365 * Garantie (Jaren)

TBW naar DWPD: DWPD = TBW / (365 * Garantie(Jaren) * Capaciteit(TB) )

“1 DWPD” is niet gelijk aan “1 DWPD”

Een veel voorkomende valkuil waar gebruikers in trappen wanneer ze naar SSD-datasheets kijken, is de aanname dat “1 DWPD” op de ene schijf hetzelfde betekent als “1 DWPD” op een andere schijf. Wanneer SSD’s verschillende capaciteiten hebben, kan de totale hoeveelheid gegevens die u erop kunt schrijven sterk variëren. Neem het geval van een 15TB, “1 DWPD” SSD en een 1TB, “1 DWPD” SSD, beide met een garantie van 5 jaar.

TBW(15TB) = 15TB * 1 DWPD * 365 Dagen/Jaar * 5 Jaar = 27.375 TBW

TBW(1TB) = 1TB * 1 DWPD * 365 Dagen/Jaar * 5 Jaar = 1.825 TBW

Wat gebeurt er als u het SSD-uithoudingsvermogen verkeerd hebt

Het kiezen van een SSD met een te hoog uithoudingsvermogen kan vaak de initiële kosten verhogen. In sommige gevallen kan een SSD met een hoger SSD-uithoudingsvermogen echter hogere schrijfprestaties leveren dan een SSD met een lager SSD-uithoudingsvermogen. Dus als uw toepassing kan profiteren van extra SSD-prestaties, kunt u overwegen te kijken naar een model met een hoger uithoudingsvermogen.

Het kiezen van een te laag uithoudingsvermogen kan echter uw kosten en problemen op de lange termijn verhogen. Naarmate de totale hoeveelheid geschreven gegevens de duur van de garantie overschrijdt, neemt de kans op gegevensverlies en SSD-falen toe. De kosten en frustratie van het vervangen van defecte schijven of het omgaan met verloren gegevens kunnen snel oplopen.

Getting it Right

Wanneer u weet hoeveel gegevens uw toepassing zal schrijven, is de keuze van het uithoudingsvermogenniveau rechttoe rechtaan: Bepaal de gemiddelde hoeveelheid gegevens die per dag wordt geschreven, vermenigvuldig dit met het aantal dagen dat een server in dienst is, en gebruik dat getal als ondergrens voor het uithoudingsvermogen. Dit gemiddelde getal is een ondergrens, omdat het verstandig is om ruimte toe te voegen voor onverwachte groei.

The SSD Endurance Cheat Sheet

Wanneer metingen van de werkbelasting niet direct beschikbaar zijn, zijn er enkele vuistregels die in plaats daarvan kunnen worden gebruikt. De volgende tabel bevat een lijst met gebruikssituaties en een algemeen bereik van DWPD, aangepast van Top Considerations for Enterprise SSDs.

Omdat dit slechts vuistregels zijn (uit gesprekken met onze klanten en productteams), moeten ze alleen worden gebruikt als leidraad voor gesprekken met uw leverancier bij het kiezen van een SSD voor uw eigen toepassing.

Use Case	Description	Approx. DWPD
Boot Drive	Server boot drive. Wordt slechts periodiek bijgewerkt. Logs en alle permanente gegevens elders opgeslagen.	0.1 ~ 1.0
Content Distributie	Versnelde CDN front ends. Media gemigreerd afhankelijk van populariteit.	0.5 ~ 2.0
Surveillance	Streaming schrijft van meerdere camera’s, werkt continu, overschrijft de schijf op een periodieke basis.	Cams * BW
Virtualisatie en Containers	Tier-0 opslag voor containers en VM’s in een hypergeconvergeerd systeem. SSD’s bieden alle lokale opslag voor het cluster.	1.0 ~ 3.0
OLTP Database	Data-intensieve workloads. Frequente updates van databaselogs en gegevensbestanden, vaak duizenden keren per seconde.	3.0+
High Performance Caching	Acceleratie van lokale harde schijven. Een van de hoogst mogelijke schrijfbelastingen.	3.0++

Om de juiste SSD voor uw toepassing te kiezen, moet u de juiste duurzaamheid kiezen, vooral met de nieuwere flashtechnologieën van tegenwoordig. Als u de tijd neemt om de gegevensbladen en uw werklasten te bestuderen en het juiste uithoudingsvermogen voor uw SSD te kiezen, wordt de levensduur gemaximaliseerd en worden uw aanschafkosten en bedrijfskosten tot een minimum beperkt.

Verder lezen

• Tech Brief: Matching SSD Endurance to Common Enterprise Applications
• White Paper: Top Considerations for Enterprise SSDs
• Blog: De TCO-implicaties van uithoudingsvermogen