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Kingston Technology Gastbeitrag: Enterprise- und Client-SSDs im Vergleich – Teil 2

Nachdem wir im letzten Teil dieses Artikels letzte Woche die Unterschiede zwischen Enterprise SSDs und Consumer SSDs im Hinblick auf Leistung und Zuverlässigkeit diskutiert haben, zeigen wir nun ihre Unterschiede in der Ausdauer. Im Folgenden finden Sie eine kurze Zusammenfassung der Ergebnisse dieser Studie. Starten wir also mit der…

Ausdauer

Bei allen NAND-Flashspeichern in Flash-Speichergeräten nimmt die Zuverlässigkeit, Datenbits zu speichern, mit jedem Programm- oder Löschzyklus (P/E) einer NAND-Flashspeicherzelle ab, bis die NAND-Flashblöcke Daten nicht mehr zuverlässig speichern können. An dieser Stelle wird ein verschlechterter oder schwacher Block vom von Anwendern adressierbaren Speicherpool und der logischen Blockadresse (oder LBA) auf eine neue physische Adresse im NAND-Flashspeicher-Array verschoben. Ein neuer Speicherblock ersetzt den schlechten, wobei der Ersatzblock-Pool verwendet wird, der Teil des Over Provisioned (OP) Speichers auf der SSD ist.

Da die Zelle ständig programmiert oder gelöscht wird, nimmt auch die BER linear zu, und aus diesem Grund muss ein komplexer Satz von Managementtechniken auf dem Enterprise-SSD Controller implementiert werden, um die Zellkapazität zu verwalten, damit zuverlässig Daten über die erwartete Lebensdauer des SSD gespeichert werden können.  [4]

Die P/E-Lebensdauer eines bestimmten NAND-Flashspeichers kann wesentlich unterschiedlich sein, je nach derzeitigem lithografischem Herstellungsverfahren und nach Typ des hergestellten NAND-Flashes.

 

NAND- FlashspeichertypTLCMLCSLC
Architektur3 Bits je Zelle2 Bits je Zelle1 Bit je Zelle
KapazitätHöchste KapazitätHohe KapazitätNiedrigste Kapazität
Lebensdauer (P/E)Niedrigste LebensdauerMittlere LebensdauerHöchste Lebensdauer
Preis$$$$$$$
Ungefähre NAND- Bitfehlerrate (BER)10^410^710^9

 

Tabelle 2 – NAND-Flashspeichertypen [5] [6]

 

Enterprise-SSDs unterscheiden sich auch von Client-SSDs hinsichtlich ihres Arbeitszyklus. Ein SSD der Enterprise-Klasse muss hohe Lese- oder Schreibaktivitäten bewältigen können, die in Szenarien bei einem Rechenzentrum-Server typisch sind, in denen Zugriff auf Daten während der gesamten 24 Stunden an jedem Tag in der Woche erforderlich ist, im Unterschied zu einem SSD der Client-Klasse, der üblicherweise nur 8 Stunden pro Tag in der Woche voll ausgelastet ist. Enterprise-SSDs haben einen 24 x 7-Arbeitszyklus im Unterschied zu Client-SSDs, die einen 20/80-Arbeitszyklus (20 % der Zeit aktiv, 80 % im Standby- oder Sleep-Modus während der Computer-Nutzung) haben.

Die Schreibbeständigkeit von Anwendungen oder SSDs zu verstehen, kann sehr komplex sein. Darum hat das JEDEC Committee eine Metrik zur Messung der Lebensdauer vorgeschlagen, die den Wert TeraBytes Written (TBW) zum Anzeigen der Rohdatenmenge verwendet, die auf eine SSD geschrieben werden kann, bevor der in der SSD befindliche NAND-Flash beginnt, unzuverlässig zu speichern und entfernt werden sollte.

Die von der JEDEC vorgeschlagenen JESD218A Testmethoden und JESD219 Enterprise-Klasse Workloads vereinfachen die Aufgabe, die Berechnungen der Lebensdauer von SSD-Herstellern mittels TBW zu interpretieren und eine besser verständliche Messung der Lebensdauer hochzurechnen, die bei Rechenzentren angewendet werden können.

Wie in den Dokumenten JESD218 und JESD219 vermerkt, können unterschiedliche Workloads in der Anwendungsklasse auch unter einem WAF (write amplfication factor) leiden, dessen Größenordnung höher ist, als die tatsächlich vom Host gelieferten Schreibvorgänge. Dies kann leicht zu einem unkontrollierbaren NAND-Flashverschleiß, mit der Zeit aufgrund übermäßiger Beschreibung zu einer höheren NAND-Flash-BER und zu langsamerer Leistung aufgrund von über die gesamte SSD verstreuten ungültigen Seiten führen.

Während TBW ein wichtiges Thema für die Diskussion zwischen SSDs der Enterprise-und der Client-Klasse ist, ist TBW nur ein Vorhersagemodell für die NAND-Flash-Lebensdauer und die Mean Time Between Failure (MTBF) ist als Komponente des Vorhersagemodells der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit auf Basis der Zuverlässigkeit der Komponenten, die im Gerät verwendet werden, zu beachten. Die Erwartung an SSD-Komponenten der Enterprise-Klasse umfasst überdauernde und härtere Arbeit, um die Spannungen in allen NAND-Flashspeichern über die Lebenserwartung der SSD zu verwalten. Alle Enterprise-SSDs sollten mindestens auf eine Million Stunden MTBF bewertet werden, was mehr als 114 Jahre ausmacht! Kingston gibt die technischen Daten seiner SSDs sehr konservativ an, und es ist nicht ungewöhnlich, höhere MTBF-Spezifikationen auf SSDs zu sehen. Es ist wichtig, festzuhalten, dass 1 Million Stunden ein mehr als ausreichender Ausgangspunkt für Enterprise-SSDs sind.

Durch S.M.A.R.T.-Überwachung und Reporting der SSDs der Enterprise-Klasse kann das Gerät basierend auf dem aktuellen Write Amplification Factor (WAF) und Verschleißstatus einfach vor dem Ausfall auf seine Lebenserwartung abgefragt werden. Prädiktive Warnungen vor einem Ausfall hinsichtlich Fehlerereignisse wie zum Beispiel ein Stromausfall, Bitfehler, die an der physischen Schnittstelle auftreten oder ungleichmäßiger Verschleiß, werden ebenfalls häufig unterstützt. Das Kingston SSD Manager-Dienstprogramm kann von der Kingston-Website heruntergeladen und benutzt werden, um den Status eines Laufwerks anzuzeigen.

Bei SSDs der Client-Klasse stehen unter Umständen nur die S.M.A.R.T.-Mindestleistungen zur Überwachung der SSD während der standardmäßigen Nutzung oder nach einem Ausfall zur Verfügung.

Je nach Anwendungsklasse und Kapazität der SSD kann auch eine erhöhte Reservekapazität des NAND-Flashspeichers als überdimensionierte (OP) Reservekapazität zugeordnet werden. Die OP-Kapazität ist beim Anwender- und Betriebssystemzugriff verborgen und kann vorübergehend als Schreibpuffer für höhere, anhaltende Leistung und als Ersatz für defekte Flashspeicherzellen während der gesamten Lebenserwartung der SSD genutzt werden, um die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der SSD (mit einer größeren Anzahl von Ersatzblöcken) zu verbessern.

Zusammenfassung

Die Unterschiede zwischen SSDs der Enterprise-Klasse und der Client-Klasse sind beträchtlich und reichen von der Lebensdauer der Programm- und Löschzyklen ihrer NAND-Flashspeicher bis zu ihren komplexen Managementtechniken, um Workloads bei unterschiedlichen Anwendungsklassen gerecht zu werden.

Diese Unterschiede in Anwendungsklassen zu verstehen, kann, da es um Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer geht, ein wirksames Instrument bei der Minimierung und dem Risikomanagement von störenden Ausfallzeiten im anspruchsvollen und oft erfolgskritischen Unternehmensumfeld sein. Für weitere Fragen wenden Sie sich bitte an Ihren Kingston Vertreter oder nutzen Sie die Funktion „Ask An Expert“ oder Tech Support Chat auf Kingston.com.

 

[4] JEDEC Committee  JESD219: JESD219: Solid State Drive (SSD) Endurance Workloads JEDEC Committee

[5] The Bleak Future of NAND Flash Memory, University of California

[6] 10. Characterization and Error-Correcting Codes for TLC Flash Memories, University of California

[7] NAND Flash Qualification Guideline, California Institute of Technology.

 

Text Copyright: Kingston Technology

Bildnachweis: UV500 bundle, Kingston Technology