Cykl zapisu SSD to proces programowania danych na chipie pamięci NAND flash w półprzewodnikowym urządzeniu pamięci masowej.
Blok danych przechowywanych na chipie pamięci flash musi zostać elektrycznie wymazany, zanim nowe dane będą mogły zostać zapisane, lub zaprogramowane, na dysku półprzewodnikowym (SSD). Cykl zapisu SSD jest również znany jako cykl program/erase (P/E).
Gdy SSD jest nowy, wszystkie bloki są wymazywane, a nowe, przychodzące dane są zapisywane bezpośrednio na nośniku flash. Po zapełnieniu przez SSD wszystkich wolnych bloków na nośniku pamięci flash, musi on wymazać wcześniej zaprogramowane bloki, aby zrobić miejsce na zapis nowych danych. Bloki, które zawierają ważne, nieważne lub niepotrzebne dane są kopiowane do innych bloków, zwalniając stare bloki do wymazania. Sterownik SSD okresowo kasuje unieważnione bloki i zwraca je do puli wolnych bloków.
Proces w tle, którego SSD używa do usuwania niepotrzebnych bloków i robienia miejsca na nowe dane, nazywa się zbieraniem śmieci. Proces zbierania śmieci jest na ogół niewidoczny dla użytkownika, a proces programowania jest często identyfikowany po prostu jako cykl zapisu, a nie cykl zapisu/ kasowania lub cykl P/E.
Dlaczego cykle zapisu są ważne
Dysk SSD NAND flash jest w stanie wytrzymać tylko ograniczoną liczbę cykli zapisu. Proces programowania/usuwania powoduje pogorszenie warstwy tlenku, która zatrzymuje elektrony w komórce pamięci NAND flash, a dysk SSD w końcu staje się zawodny, zużywa się i traci zdolność do przechowywania danych.
Liczba cykli zapisu, czyli wytrzymałość, różni się w zależności od typu komórki pamięci NAND flash. Dysk SSD przechowujący jeden bit danych na komórkę, znany jako pamięć NAND flash z komórką jednopoziomową (SLC), może zazwyczaj obsłużyć do 100 000 cykli zapisu. Dysk SSD przechowujący dwa bity danych w komórce, powszechnie określany jako wielopoziomowa komórka (MLC) flash, zwykle wytrzymuje do 10 000 cykli zapisu w przypadku planarnej pamięci NAND i do 35 000 cykli zapisu w przypadku pamięci 3D NAND. Wytrzymałość dysków SSD, które przechowują trzy bity danych na komórkę, zwanych trójpoziomowymi komórkami (TLC) flash, może wynosić zaledwie 300 cykli zapisu w przypadku planarnej pamięci NAND i aż 3000 cykli zapisu w przypadku pamięci 3D NAND. Najnowsza pamięć NAND typu quadruple-level cell (QLC) będzie prawdopodobnie obsługiwać maksymalnie 1000 cykli zapisu.
Wraz ze wzrostem liczby bitów na komórkę pamięci flash NAND spada koszt jednego gigabajta (GB) dysku SSD. Jednak wytrzymałość i niezawodność dysku SSD jest również niższa.
Powszechne problemy związane z cyklem zapisu
Wyzwania, z którymi musieli zmierzyć się producenci dysków SSD, aby wykorzystać pamięć flash NAND do niezawodnego przechowywania danych przez dłuższy czas, obejmują zakłócenia między komórkami w miarę zmniejszania się matryc, awarie i błędy bitów, powolne wymazywanie danych i wzmocnienie zapisu.
Producenci zwiększyli wytrzymałość i niezawodność wszystkich rodzajów dysków SSD dzięki mechanizmom opartym na oprogramowaniu sterownika, takim jak algorytmy niwelujące zużycie, zewnętrzne buforowanie danych, ulepszone kody korekcji błędów (ECC) i zarządzanie błędami, kompresja danych, nadprowizjonowanie, lepsze wewnętrzne zarządzanie pamięcią NAND i informacje zwrotne dotyczące zużycia bloków. W rezultacie, dyski SSD oparte na pamięci flash nie zużywają się tak szybko, jak kiedyś obawiali się tego użytkownicy.
Sprzedawcy powszechnie oferują gwarancje na dyski SSD, które określają maksymalną liczbę zapisów na dysku urządzenia dziennie (DWPD) lub zapisanych terabajtów (TBW). DWPD to liczba przypadków, w których cała pojemność dysku SSD może zostać nadpisana codziennie w okresie gwarancyjnym. TBW to całkowita ilość danych, które dysk SSD może zapisać, zanim ulegnie awarii. Sprzedawcy systemów opartych na pamięci flash i dysków SSD często oferują pięcioletnie lub dłuższe gwarancje na swoje dyski klasy korporacyjnej.
Producenci czasami określają rodzaj obciążenia aplikacji, dla której przeznaczony jest dysk SSD, np. intensywny zapis, intensywny odczyt lub zastosowanie mieszane. Niektórzy sprzedawcy umożliwiają klientowi wybór optymalnego poziomu wytrzymałości i pojemności dla danego dysku SSD. Na przykład, użytkownik korporacyjny z bazą danych o wysokiej liczbie transakcji może wybrać większą liczbę DWPD kosztem pojemności. Z kolei użytkownik obsługujący bazę danych, która rzadko dokonuje zapisów, może wybrać niższy DWPD i większą pojemność.
.