Un ciclu de scriere SSD este procesul de programare a datelor pe un cip de memorie flash NAND într-un dispozitiv de stocare solid-state.
Un bloc de date stocate pe un cip de memorie flash trebuie să fie șters electric înainte ca noi date să poată fi scrise, sau programate, pe unitatea solid-state (SSD). Ciclul de scriere a SSD este cunoscut și sub denumirea de ciclu de programare/ștergere (P/E).
Când un SSD este nou, toate blocurile sunt șterse și datele noi, primite, sunt scrise direct pe suportul flash. Odată ce SSD-ul a umplut toate blocurile libere de pe suportul de stocare flash, acesta trebuie să șteargă blocurile programate anterior pentru a face loc noilor date care urmează să fie scrise. Blocurile care conțin date valide, invalide sau inutile sunt copiate în blocuri diferite, eliberând blocurile vechi pentru a fi șterse. Controlerul SSD șterge periodic blocurile invalidate și le returnează în fondul de blocuri libere.
Procesul de fundal pe care îl folosește un SSD pentru a curăța blocurile inutile și a face loc pentru date noi se numește garbage collection. Procesul de colectare a gunoiului este, în general, invizibil pentru utilizator, iar procesul de programare este adesea identificat pur și simplu ca fiind un ciclu de scriere, mai degrabă decât un ciclu de scriere/ștergere sau un ciclu P/E.
De ce sunt importante ciclurile de scriere
Un SSD flash NAND este capabil să suporte doar un număr limitat de cicluri de scriere. Procesul de programare/ștergere provoacă o deteriorare a stratului de oxid care captează electronii într-o celulă de memorie NAND flash, iar SSD-ul va deveni în cele din urmă nesigur, se va uza și își va pierde capacitatea de a stoca date.
Numărul de cicluri de scriere, sau rezistența, variază în funcție de tipul de celulă de memorie NAND flash. Un SSD care stochează un singur bit de date pe celulă, cunoscut sub numele de single-level cell (SLC) NAND flash, poate suporta de obicei până la 100.000 de cicluri de scriere. Un SSD care stochează doi biți de date pe celulă, denumit în mod obișnuit flash cu celule cu mai multe niveluri (MLC), suportă în general până la 10.000 de cicluri de scriere cu NAND planar și până la 35.000 de cicluri de scriere cu NAND 3D. Rezistența SSD-urilor care stochează trei biți de date pe celulă, denumite flash cu celule cu trei niveluri (TLC), poate fi de până la 300 de cicluri de scriere cu NAND planar și de până la 3.000 de cicluri de scriere cu NAND 3D. Cel mai recent NAND cu patru celule cu nivel cvadruplu (QLC) va suporta probabil un maxim de 1.000 de cicluri de scriere.
Pe măsură ce numărul de biți pe celulă de memorie flash NAND crește, costul pe gigabyte (GB) al SSD-ului scade. Cu toate acestea, rezistența și fiabilitatea SSD-ului sunt, de asemenea, mai mici.
Probleme comune ale ciclului de scriere
Provocările pe care producătorii de SSD au trebuit să le abordeze pentru a utiliza memoria flash NAND pentru a stoca date în mod fiabil pe o perioadă de timp extinsă includ interferența dintre celule pe măsură ce matricele devin mai mici, defecțiuni și erori ale biților, ștergeri lente ale datelor și amplificarea scrierii.
Producătorii au îmbunătățit rezistența și fiabilitatea tuturor tipurilor de SSD prin mecanisme bazate pe software-ul controlerului, cum ar fi algoritmii de nivelare a uzurii, tamponarea externă a datelor, îmbunătățirea codului de corecție a erorilor (ECC) și a gestionării erorilor, compresia datelor, supraprovizionarea, o mai bună gestionare internă a NAND și feedback-ul privind uzura blocurilor. Ca urmare, SSD-urile bazate pe flash nu s-au uzat atât de repede pe cât se temeau cândva utilizatorii că o vor face.
Vânzătorii oferă în mod obișnuit garanții pentru SSD-uri care specifică un număr maxim de scrieri pe unitate de dispozitiv pe zi (DWPD) sau de terabytes scriși (TBW). DWPD este numărul de ori de câte ori întreaga capacitate a SSD-ului poate fi suprascrisă zilnic pe parcursul perioadei de garanție. TBW reprezintă cantitatea totală de date pe care un SSD le poate scrie înainte ca acesta să se defecteze. Furnizorii de sisteme bazate pe flash și SSD-uri oferă adesea garanții de cinci ani sau mai mult pentru unitățile lor de întreprindere.
Producătorii specifică uneori tipul de sarcină de lucru a aplicației pentru care este proiectat un SSD, cum ar fi intensiv la scriere, intensiv la citire sau utilizare mixtă. Unii vânzători permit clientului să selecteze nivelul optim de anduranță și capacitate pentru un anumit SSD. De exemplu, un utilizator de întreprindere cu o bază de date cu multe tranzacții ar putea opta pentru un număr mai mare de DWPD în detrimentul capacității. Sau un utilizator care operează o bază de date care efectuează scrieri puțin frecvente ar putea alege un DWPD mai mic și o capacitate mai mare.