En SSD skrivcykel är processen att programmera data till ett NAND flashminneschip i en solid-state lagringsenhet.
Ett datablock som lagrats på ett flashminneschip måste raderas elektriskt innan nya data kan skrivas, eller programmeras, till SSD-enheten (Solid State Drive). SSD-skrivcykeln kallas också för P/E-cykeln (program/erase).
När en SSD är ny raderas alla block och nya, inkommande data skrivs direkt till flashmediet. När SSD-enheten har fyllt alla lediga block på flashlagringsmediet måste den radera tidigare programmerade block för att göra plats för nya data som ska skrivas. Block som innehåller giltiga, ogiltiga eller onödiga data kopieras till andra block, vilket frigör de gamla blocken som ska raderas. SSD-styrenheten raderar regelbundet de ogiltiga blocken och återför dem till den fria blockpoolen.
Den bakgrundsprocess som en SSD använder för att rensa bort onödiga block och göra plats för nya data kallas garbage collection. Skräpplockningsprocessen är i allmänhet osynlig för användaren, och programmeringsprocessen identifieras ofta helt enkelt som en skrivcykel, snarare än en skriv/radering- eller P/E-cykel.
Varför skrivcykler är viktiga
En NAND-flash-SSD klarar endast ett begränsat antal skrivcykler. Programmerings-/raderingsprocessen orsakar en försämring av oxidskiktet som fångar elektroner i en NAND flash-minnescell, och SSD:n kommer så småningom att bli opålitlig, slitas ut och förlora sin förmåga att lagra data.
Antalet skrivcykler, eller uthållighet, varierar beroende på vilken typ av NAND flash-minnescell det rör sig om. En SSD som lagrar en enda databit per cell, så kallad single-level cell (SLC) NAND flash, kan vanligtvis klara upp till 100 000 skrivcykler. En SSD som lagrar två databitar per cell, som vanligtvis kallas multi-level cell (MLC) flash, klarar i allmänhet upp till 10 000 skrivcykler med planärt NAND och upp till 35 000 skrivcykler med 3D NAND. Hållbarheten hos SSD-enheter som lagrar tre databitar per cell, så kallad TLC-flash (triple-level cell), kan vara så låg som 300 skrivcykler med planärt NAND och så hög som 3 000 skrivcykler med 3D-NAND. Det senaste QLC (quadruple-level cell) NAND kommer sannolikt att stödja högst 1 000 skrivcykler.
I takt med att antalet bitar per NAND-flashminnescell ökar sjunker kostnaden per gigabyte (GB) för SSD-enheten. SSD:ns uthållighet och tillförlitlighet är dock också lägre.
Gemensamma problem med skrivcykler
Utmaningar som SSD-tillverkarna har varit tvungna att ta itu med för att kunna använda NAND-flashminne för att lagra data på ett tillförlitligt sätt under en längre tidsperiod är bl.a. cell-till-cell-interferens när dies blir mindre, bitar som inte fungerar och fel, långsamma raderingar av data och skrivförstärkning.
Hertillverkarna har förbättrat uthålligheten och tillförlitligheten hos alla typer av SSD-enheter med hjälp av mjukvarubaserade mekanismer för styrenheten, t.ex. algoritmer för slitageutjämning, extern datapuffring, förbättrad felkorrigeringskod (ECC) och felhantering, datakomprimering, överfördelning, bättre intern NAND-hantering och återkoppling om blockförslitning. Som ett resultat av detta har flashbaserade SSD-diskar inte slits ut så snabbt som användarna en gång fruktade att de skulle göra.
Verköpare erbjuder vanligen SSD-garantier som anger ett maximalt antal skrivningar per enhet per dag (DWPD) eller skrivna terabyte (TBW). DWPD är det antal gånger SSD-enhetens hela kapacitet kan skrivas över dagligen under garantiperioden. TBW är den totala mängden data som en SSD kan skriva innan den sannolikt kommer att gå sönder. Leverantörer av flashbaserade system och SSD-enheter erbjuder ofta garantier på fem år eller mer för sina företagsenheter.
Företagen anger ibland vilken typ av applikationsarbetsbelastning som en SSD-enhet är utformad för, t.ex. skrivintensiv, läsintensiv eller blandad användning. Vissa leverantörer låter kunden välja den optimala nivån av uthållighet och kapacitet för en viss SSD. En företagsanvändare med en databas med många transaktioner kan till exempel välja ett högre DWPD-tal på bekostnad av kapaciteten. Eller en användare som använder en databas med sällan förekommande skrivningar kan välja ett lägre DWPD-tal och en högre kapacitet.