Een SSD-schrijfcyclus is het proces van het programmeren van gegevens naar een NAND-flashgeheugenchip in een solid-state opslagapparaat.
Een blok gegevens dat is opgeslagen op een flashgeheugenchip moet elektrisch worden gewist voordat nieuwe gegevens kunnen worden geschreven, of geprogrammeerd, naar de solid-state drive (SSD). De SSD-schrijfcyclus staat ook bekend als de programmeer/wis (P/E)-cyclus.
Wanneer een SSD nieuw is, worden alle blokken gewist en worden nieuwe, inkomende gegevens direct naar de flashmedia geschreven. Zodra de SSD alle vrije blokken op het flash-opslagmedium heeft gevuld, moet het eerder geprogrammeerde blokken wissen om ruimte te maken voor nieuwe gegevens die worden geschreven. Blokken die geldige, ongeldige of onnodige gegevens bevatten, worden naar andere blokken gekopieerd, waardoor de oude blokken vrijkomen om te worden gewist. De SSD-controller wist periodiek de ongeldige blokken en plaatst ze terug in de vrije blokkenpool.
Het achtergrondproces dat een SSD gebruikt om de onnodige blokken op te ruimen en ruimte te maken voor nieuwe gegevens, wordt vuilnisverzameling genoemd. Het vuilnisophaalproces is over het algemeen onzichtbaar voor de gebruiker, en het programmeerproces wordt vaak gewoon aangeduid als een schrijfcyclus, in plaats van een schrijf/wis- of P/E-cyclus.
Waarom schrijfcycli belangrijk zijn
Een NAND-flash SSD kan slechts een beperkt aantal schrijfcycli verdragen. Het programmeer/wisproces veroorzaakt een verslechtering van de oxidelaag die elektronen in een NAND-flashgeheugencel vasthoudt, en de SSD zal uiteindelijk onbetrouwbaar worden, verslijten en zijn vermogen om gegevens op te slaan verliezen.
Het aantal schrijfcycli, of uithoudingsvermogen, varieert op basis van het type NAND-flashgeheugencel. Een SSD die een enkele gegevensbit per cel opslaat, bekend als single-level cell (SLC) NAND-flash, kan doorgaans tot 100.000 schrijfcycli aan. Een SSD met een gegevensopslag van twee bits per cel, ook wel MLC-flash (Multi-Level Cell) genoemd, kan over het algemeen tot 10.000 schrijfcycli aan met planaire NAND en tot 35.000 schrijfcycli met 3D NAND. Het uithoudingsvermogen van SSD’s die drie bits aan gegevens per cel opslaan, de zogeheten triple-level cell (TLC)-flash, kan zo laag zijn als 300 schrijfcycli met planaire NAND en zo hoog als 3.000 schrijfcycli met 3D NAND. De nieuwste quadruple-level cell (QLC) NAND zal waarschijnlijk maximaal 1.000 schrijfcycli ondersteunen.
Naarmate het aantal bits per NAND-flashgeheugencel toeneemt, dalen de kosten per gigabyte (GB) van de SSD. Het uithoudingsvermogen en de betrouwbaarheid van de SSD zijn echter ook lager.
Gemeenschappelijke problemen met de schrijfcyclus
De uitdagingen die SSD-fabrikanten hebben moeten aanpakken om NAND-flash-geheugen te gebruiken om gegevens gedurende een langere periode betrouwbaar op te slaan, zijn onder meer interferentie tussen cellen naarmate de dies kleiner worden, bitfouten en -fouten, langzame gegevenswissen en schrijfversterking.
Fabrikanten hebben de duurzaamheid en betrouwbaarheid van alle soorten SSD’s verbeterd door middel van controller-softwaregebaseerde mechanismen zoals wear-leveling-algoritmen, externe databuffering, verbeterde error correction code (ECC) en foutbeheer, gegevenscompressie, overprovisioning, beter intern NAND-beheer en feedback over blokslijtage. Als gevolg hiervan zijn flash-gebaseerde SSD’s niet zo snel versleten als gebruikers ooit vreesden dat ze zouden doen.
Vendors bieden vaak SSD-garanties aan die een maximaal aantal apparaatschrijfbeurten per dag (DWPD) of terabytes geschreven (TBW) specificeren. DWPD is het aantal keren dat de volledige capaciteit van de SSD dagelijks mag worden overschreven tijdens de garantieperiode. TBW is de totale hoeveelheid gegevens die een SSD kan schrijven voordat deze waarschijnlijk defect zal raken. Verkopers van flashgebaseerde systemen en SSD’s bieden vaak garanties van vijf jaar of meer op hun enterprise drives.
Fabrikanten specificeren soms het type applicatiebelasting waarvoor een SSD is ontworpen, zoals schrijf-intensief, lees-intensief of gemengd gebruik. Sommige leveranciers stellen de klant in staat om het optimale niveau van uithoudingsvermogen en capaciteit voor een bepaalde SSD te selecteren. Een zakelijke gebruiker met een database met veel transacties kan bijvoorbeeld kiezen voor een groter DWPD-getal ten koste van de capaciteit. Of een gebruiker met een database die niet vaak schrijft, kan kiezen voor een lagere DWPD en een hogere capaciteit.