Free Press

UWAGA: Ten blog został zaktualizowany 26 września 2018 r. przez Earle Philhower III, aby odzwierciedlić najnowsze osiągnięcia w technologii dysków SSD firmy Western Digital.

Jest to mój drugi post z serii blogów „Prędkości, zasilenia i potrzeby”, mający na celu wyjaśnienie bardziej technicznych elementów pamięci masowej klasy korporacyjnej w kategoriach zrozumiałych dla każdego. W moim pierwszym wpisie omówiłem rolę opóźnień w architekturach pamięci masowych. W tym poście omówię wytrzymałość dysków SSD i jej wpływ na wybór dysku SSD, a także podam kilka praktycznych zasad dokonywania właściwego wyboru.

Wybór odpowiedniego dysku SSD nie jest łatwy

Prawdopodobnie spojrzałeś na arkusz danych dysku SSD i poczułeś się nieco przytłoczony. Wybór odpowiedniego dysku SSD to w końcu skomplikowany proces. Musisz wybrać odpowiedni współczynnik kształtu, aby dysk zmieścił się w Twoim serwerze. Musisz wybrać jeden z trzech głównych, niekompatybilnych interfejsów (SATA, SAS lub NVMe™). Oczywiście należy również wybrać odpowiednią pojemność, od 100 gigabajtów do wielu terabajtów. To wszystko, co musisz zrobić, prawda? Błąd.

Jest jeszcze jeden wybór, którego musisz dokonać, a jest to wybór, którego być może nie musiałeś dokonywać wcześniej: poziom wytrzymałości dysku SSD. Wytrzymałość dysków SSD to całkowita ilość danych, którą dysk SSD jest w stanie zapisać w ramach gwarancji, często określana jako „TBW” lub „DWPD” (które omówimy nieco później). Fizyka wytrzymałości dysków SSD jest skomplikowana, ale wyniki są proste: Dyski SSD zużywają się w miarę zapisywania na nich danych. Wybierz niewłaściwą wytrzymałość dysku SSD, a skończysz wymieniając dysk wcześniej lub przepłacając za dysk o wyższej wytrzymałości niż jest to konieczne.

Nie wszystkie dyski Flash są równe

Wytrzymałość dysków SSD jest ograniczona, ponieważ pamięć flash NAND, która zasila dyski SSD, ma skończoną liczbę cykli „program/erase” (P/E), zanim nie będzie mogła być dłużej używana. Cykle te występują za każdym razem, gdy istniejące dane muszą zostać nadpisane w komórce pamięci flash. W miarę przechodzenia z technologii Multi Level Cell (MLC) na Triple Level Cell (TLC) SSD, w której zapisywane są 3 bity na komórkę, liczba dostępnych cykli P/E maleje. Ten spadek cykli jest oczywiście niekorzystny dla wytrzymałości.

Korekcja błędów, nadprowizjonowanie i oprogramowanie układowe

Na szczęście wytrzymałość dysków SSD nie jest określana wyłącznie przez limity cykli P/E. Technologia umieszczona przez producenta wokół pamięci NAND może również zmienić wytrzymałość, na lepsze lub gorsze. Western Digital zwiększa wytrzymałość dysków SSD za pomocą trzech głównych technologii: korekcji błędów, nadprowizji i oprogramowania układowego.

Zaawansowane techniki korekcji błędów, takie jak technologia zarządzania pamięcią NAND CellCare™ firmy HGST lub technologia Guardian Technology™ firmy SanDisk®, mogą pomóc odzyskać dane nawet z marginalnych komórek pamięci flash i znacznie wydłużyć użyteczny okres eksploatacji komórki NAND.

Nadprowizja dodaje dodatkową pojemność pamięci flash do dysku SSD. Ta dodatkowa pamięć flash nie jest widoczna dla użytkownika, ale jest widoczna dla dysku i wykorzystywana do zwiększenia wytrzymałości poprzez umożliwienie bardziej efektywnego zarządzania danymi.

Na koniec, program działający w dysku SSD, oprogramowanie układowe, może inteligentnie zarządzać pamięcią flash wewnątrz dysku SSD. Im więcej doświadczenia firma ma z obciążeniami użytkownika końcowego i samą pamięcią flash (SanDisk, marka Western Digital, ma ponad trzydziestoletnią historię w tej dziedzinie!), tym więcej inteligencji może wbudować w oprogramowanie sprzętowe, aby pomóc zmaksymalizować wytrzymałość.

Równanie wytrzymałości SSD

Wytrzymałość dysków SSD jest powszechnie opisywana w kategoriach liczby zapisów na dzień (DWPD) w określonym okresie gwarancji (zazwyczaj 3 lub 5 lat). Innymi słowy, jeśli dysk SSD o pojemności 1 TB jest określony dla 1 DWPD, może wytrzymać 1 TB danych zapisywanych na nim każdego dnia w okresie gwarancyjnym. Alternatywnie, jeżeli dysk SSD o pojemności 1 TB jest określony dla 10 DWPD, może on wytrzymać 10 TB danych zapisywanych na nim codziennie w okresie gwarancyjnym.

Inną miarą używaną do określania wytrzymałości dysku SSD na zapis jest liczba zapisanych terabajtów (TBW), która opisuje, ile danych można zapisać na dysku SSD w okresie eksploatacji dysku.

Przeliczenie TBW i DWPD jest proste:

DWPD na TBW: TBW = Pojemność(TB) * DWPD * 365 * Gwarancja(Lata)

TBW na DWPD: DWPD = TBW / (365 * Warranty(Years) * Capacity(TB) )

„1 DWPD” Doesn’t Equal „1 DWPD”

Powszechną pułapką, w którą wpadają użytkownicy podczas przeglądania arkuszy danych SSD, jest założenie, że „1 DWPD” na jednym dysku oznacza to samo, co „1 DWPD” na innym dysku. Gdy dyski SSD mają różne pojemności, całkowita ilość danych, które można na nich zapisać, może się drastycznie różnić. Weźmy na przykład dysk SSD o pojemności 15 TB, „1 DWPD” i dysk SSD o pojemności 1 TB, „1 DWPD”, oba objęte 5-letnią gwarancją.

TBW(15TB) = 15TB * 1 DWPD * 365 dni/rok * 5 lat = 27,375 TBW

TBW(1TB) = 1TB * 1 DWPD * 365 dni/rok * 5 lat = 1,825 TBW

Co się dzieje, gdy wytrzymałość dysku SSD jest niewłaściwa

Wybór zbyt wysokiej wytrzymałości dysku SSD może często zwiększać koszt początkowy. Jednak w niektórych przypadkach dysk SSD o wyższej wytrzymałości może zapewnić wyższą wydajność zapisu niż dysk SSD o niższej wytrzymałości. Jeśli więc Twoja aplikacja może skorzystać z dodatkowej wydajności dysku SSD, warto rozważyć przyjrzenie się modelowi o wyższej wytrzymałości.

Wybranie zbyt niskiego wymogu wytrzymałości może jednak zwiększyć koszty i problemy w dłuższej perspektywie. Ponieważ całkowita ilość zapisanych danych wykracza poza wytrzymałość gwarancyjną, wzrasta prawdopodobieństwo utraty danych i awarii dysku SSD. Koszty i frustracja związane z wymianą uszkodzonych dysków lub radzeniem sobie z utraconymi danymi mogą się szybko sumować.

Poprawianie jakości

Gdy wiesz, ile danych będzie zapisywać Twoja aplikacja, wybór poziomu wytrzymałości jest prosty: Określ średnią ilość danych zapisywanych dziennie, pomnóż ją przez liczbę dni pracy serwera, a następnie użyj tej liczby jako dolnej granicy wytrzymałości. Ta średnia liczba jest dolną granicą, ponieważ rozsądnie jest dodać przestrzeń na nieoczekiwany wzrost.

The SSD Endurance Cheat Sheet

Gdy pomiary obciążenia roboczego nie są łatwo dostępne, istnieją pewne zasady, które można wykorzystać zamiast nich. Poniższa tabela zawiera listę przypadków użycia i uogólniony zakres DWPD, zaadaptowane z Top Considerations for Enterprise SSDs.

Ponieważ są to wyłącznie zasady (z rozmów z naszymi klientami i zespołami ds. produktów), należy je stosować po prostu jako wskazówki do rozpoczęcia rozmów ze sprzedawcą przy wyborze dysku SSD do własnych zastosowań.

Przypadek użycia	Opis	Przybliżony DWPD
Dysk rozruchowy	Dysk rozruchowy serwera. Aktualizowany tylko okresowo. Logi i wszystkie stałe dane przechowywane w innym miejscu.	0.1 ~ 1.0
Dystrybucja treści	Przyspieszanie frontów CDN. Media migrowane w zależności od popularności.	0.5 ~ 2.0
Surveillance	Streaming zapisów z wielu kamer, praca ciągła, okresowe nadpisywanie dysku.	Kamery * BW
Wirtualizacja i kontenery	Pamięć masowa warstwy 0 dla kontenerów i maszyn wirtualnych w systemie hiperkonwergentnym. Dyski SSD zapewniają całą lokalną pamięć masową dla klastra.	1.0 ~ 3.0
OLTP Baza danych	Obciążenia intensywnie wykorzystujące dane. Częste aktualizacje dzienników baz danych i plików danych, często tysiące razy na sekundę.	3.0+
Wysokowydajne buforowanie	Przyspiesz lokalne dyski twarde. Niektóre z najwyższych możliwych obciążeń zapisu.	3.0++

Wybór właściwego dysku SSD do danego zastosowania wymaga wybrania odpowiedniej wytrzymałości, zwłaszcza w przypadku dzisiejszych nowszych technologii flash. Poświęcenie czasu na zbadanie arkuszy danych i obciążeń roboczych w celu wybrania odpowiedniej wytrzymałości dysku SSD pozwoli zmaksymalizować jego żywotność oraz zminimalizować koszty zakupu i koszty operacyjne.

Dalsza lektura

• Tech Brief: Dopasowanie wytrzymałości dysków SSD do typowych aplikacji korporacyjnych
• Biała księga: Najważniejsze uwagi dotyczące dysków SSD klasy korporacyjnej
• Blog: Konsekwencje wytrzymałości dla kosztu TCO

.