Ssd класс 40 что это значит
Все большее количество корпоративных центров обработки данных (ЦОД), требующих высокой пропускной способности и низкой задержки транзакций, которые ранее использовали жесткие диски (HDD), теперь сталкиваются с задержкой в производительности и переходят на использование твердотельных накопителей (SSD), представляющих собой современное решение для повышения производительности, эффективности и надежности ЦОД, а также для снижения эксплуатационных расходов.
Чтобы определить разницу между различными классами SSD, необходимо разобраться в двух основных компонентах SSD: контроллере флеш-накопителя (контроллере SSD) и энергонезависимой флеш-памяти NAND, используемой для хранения данных.
На современном рынке использование SSD и флеш-памяти NAND разделено на три основные группы:
- Потребительские устройства (планшеты, камеры, мобильные телефоны),
- Клиентские системы (нетбуки, ноутбуки, ультрабуки, моноблоки, настольные персональные компьютеры), встроенные/промышленные системы (игровые терминалы, специализированные системы, цифровые вывески)
- Корпоративные вычислительные платформы (HPC, серверы ЦОД).
Однако выбор нужного устройства SSD для корпоративных ЦОД может быть долгим и сложным процессом, который будет включать в себя изучение и оценку множества различных поставщиков и типов SSD, поскольку не все накопители и типы флеш-памяти NAND одинаковы.
Накопители SSD призваны стать заменой или дополнением для жестких дисков (HDD) на основе вращающихся магнитных пластин и имеют различные форм-факторы (в том числе 2,5 дюйма) и коммуникационные протоколы/интерфейсы (например, Serial ATA (SATA) и Serial Attached SCSI (SAS)) для передачи данных из центрального процессора сервера.
Однако простота установки не гарантирует пригодность всех SSD для долгосрочного использования в корпоративных средах, для которых они выбираются; убытки от неправильного выбора SSD часто могут свести к нулю все начальную выгоду от экономии и роста производительности – накопители SSD могут преждевременно выйти из строя из-за избыточного количества операций записи, их постоянная скорость записи может значительно снизиться в течение ожидаемого срока службы или увеличить задержки в массиве накопителей, что приведет к их преждевременной замене.
Мы рассмотрим три основных параметра, отличающие SSD корпоративного и клиентского класса, чтобы помочь вам сделать правильный выбор при замене или добавлении дополнительных накопителей для корпоративного ЦОД.
Эталонное тестирование для классификации накопителей по производительности
Пиковые значения и методы, которые используются для их измерения, могут соответствовать или не соответствовать тому или иному профессиональному приложению. Это особенно касается тестов, измеряющих максимальную производительность при идеальных условиях — например, значительной глубине очереди операций ввода-вывода, ожидающих выполнения в конвейере хранилища.
Чтобы соответствовать широкому спектру приложений рабочих станций и моделей использования, наши методы классификации хранилищ включают в себя несколько разных типов измерений. Они отражают как прикладные, так и синтетические характеристики.
Обновление классификации
Технология хранения данных продолжает развиваться, и система классификации полезна только тогда, когда она совершенствуется вместе с технологиями. Каждые шесть месяцев мы ее пересматриваем и анализируем разницу между классами. Перемещение центров кластеров вверх может влиять на минимальную требуемую производительность: вот почему количество и разнообразие моделей класса 30 сокращается, а класс 40 продолжает расти.
Надежность
Флеш-памяти NAND свойственны некоторые ограничения: двумя самыми важными являются предельный расчетный срок службы (флеш-ячейка NAND изнашивается при повторной записи) и вероятность естественных ошибок.
В процессе производства флеш-памяти NAND каждый кристалл NAND вырезается из кремниевого листа и характеризуется исходной частотой ошибочных битов (BER или RBER).
BER определяет частоту возникновения естественных битовых ошибок флеш-памяти NAND без участия кода коррекции ошибок, которые контроллер SSD исправляет с помощью немедленной коррекции Advanced ECC (обычно называемой производителями контроллеров SSD коррекцией ошибок BCH ECC, Strong ECC или LDPC), не влияющей на доступ пользователя или системы.
Способность контроллеров SSD исправлять такие битовые ошибки может выражаться как коэффициент неисправляемых битовых ошибок (UBER) – “показатель искажения данных, равный количеству ошибок данных на чтение битов после применения определенного метода коррекции ошибок”. 1
В документах ассоциации отраслевых стандартов JEDEC от 2010 года JESD218A: "Требования к твердотельным накопителям (SSD) и способ тестирования надежности" и JESD219: "Нагрузки на твердотельные накопители (SSD), обеспечивающие надежность" указано и стандартизировано отличие накопителей корпоративного и клиентского уровня по множеству параметров, в том числе по способности выдерживать повышенные нагрузки записи, более экстремальные условия окружающей среды и восстановления с более высокой BER, по сравнению с клиентскими SSD. 2 3
Класс применения | Нагрузка (см. JESD219) | Активное использование (питание вкл.) | Экономное использование (питание откл.) | Требования по UBER |
---|---|---|---|---|
Клиентские | Клиентские | 40° C 8 ч/день | 30° C 1 год | ≤10 -15 |
Для организаций | Для организаций | 55° C 24 ч/день | 40° C 24 ч/день | ≤10 -16 |
Таблица 1 - JESD218A: Методика тестирования требований и надежности твердотельных накопителей (SSD)
© JEDEC. Воспроизведено по разрешению JEDEC.
В соответствии с предложенным JEDEC показателем UBER для SSD корпоративного уровня ожидается появление 1 невосстанавливаемой битовой ошибки с частотой 1 битовая ошибка на каждые обработанные 10 квадриллионов бит (~1,11 петабайт), при 1 битовой ошибке на каждый 1 квадриллион бит (~0,11 петабайт) для клиентских SSD.
SSD Kingston корпоративного уровня также имеют дополнительные технологии, обеспечивающие восстановление поврежденных блоков с помощью данных о чётности, хранящихся в других кристаллах NAND (как в массивах RAID, это позволяет восстанавливать определенные блоки, которые можно воссоздать с помощью данных о четности, хранящихся в других блоках).
Для дополнения технологий восстановления блоков данных, встроенных в корпоративные SSD Kingston, для обеспечения целостности данных при передаче от хоста к флеш-памяти и обратно также используется внутренняя схема сквозной защиты с периодическим созданием контрольных точек и циклической проверкой с избыточностью (CRC). Сквозная защита данных означает, что данные, получаемые из хоста, проверяются на целостность при хранении во внутреннем кэше SSD, а затем записываются или считываются из областей хранения NAND.
Наряду с расширенной защитой ECC от битовых ошибок в SSD корпоративного класса, SSD также могут содержать физическую электронику для распознавания отключения питания, управляющую конденсаторами хранения питания SSD. Поддержка защиты от сбоев питания в оборудовании контролирует входное питание SSD и в случаях внезапного отключения питания предоставляет электронике SSD временное питание с помощью танталовых конденсаторов, чтобы завершить все внутренние и внешние операции записи до отключения питания SSD. Электроника защиты от сбоев питания обычно требуется для приложений, в которых восстановление данных невозможно.
Защита от сбоев питания также может использоваться через встроенное ПО SSD с помощью частой записи данных в области кэша контроллера SSD (например, в таблицу FTranslation Layer) на накопитель NAND – это не гарантирует сохранность всех данных при сбое питания, но уменьшает эффект от небезопасного отключения питания. Защита от сбоев питания во встроенном ПО также гарантирует, что SSD сломается после небезопасного отключения.
Во многих ситуациях использование программно определяемого хранилища (Software Defined Storage) или кластеринг сервера могут снизить потребность аппаратной поддержки защиты от сбоев питания, потому что все данные реплицируются в отдельное независимое устройство накопления на другом сервере или серверах. ЦОД Web-scale часто предпочитают поддержке защиты от сбоев питания с помощью Software Defined Storage использование RAID-серверов для хранения избыточных копий одинаковых данных.
SLC NAND
Преимущества: Высочайший ресурс — Недостатки: Высокая стоимость и низкая емкость
NAND-память в одноуровневыми ячейками (SLC) хранит только 1 бит информации на ячейку. В ячейке хранится либо 0, либо 1, и в результате запись и извлечение данных может выполняться быстрее. SLC обеспечивает самую высокую производительность и ресурс: 100 000 циклов P/E То есть такая память служит дольше других типов NAND-памяти. Однако из-за низкой плотности размещения данных SLC является самым дорогим типом NAND-памяти и поэтому обычно не используется в потребительской продукции. Ее типичные области применения — серверы и другое промышленное оборудование, требующее высокой скорости и долговечности.
Выводы
Твердотельные накопители обеспечивают значительные преимущества по сравнению с вращающимися жесткими дисками. Но встает вопрос, как отличить высокопроизводительные SSD от их менее производительных эквивалентов. Dell решает эту задачу благодаря своей системе классификации: она позволяет определить минимальные требования к накопителям, которые будут классифицированы как высокопроизводительные.
Dell is offering solid state drive options with designations of Class 10, 20, and 40, but nothing on their website (or from my sales rep) explained just what the difference is. I understand it is a relative rating of performance, but if that's the case, you might as well use "Fast, Faster, and Fastest" which is not helpful. Anyone have any insight on this?
Cyber-as-a-Service
2022-05-12 14:00:00 UTC Webinar Webinar:Knowbe4 Cyber-as-a-Service: Its Evolution &What You Can Do to Fight Back Event Details View all events
And here is the official:
Производительность
Благодаря использованию многоканальной архитектуры и параллельному доступу контроллера SSD к кристаллам NAND накопители SSD могут обеспечивать высочайшую скорость чтения и записи, как для последовательных, так и для случайных запросов данных из процессора.
В типичном сценарии использования ЦОД, включающем миллионы байт произвольных данных компании, в том числе совместные технические чертежи CAD, сейсмические данные для анализа (обработка больших объемов данных) или доступ к клиентским данным по всему миру для банковских транзакций, доступ к устройствам хранения должен осуществляться с минимальными задержками и может выполняться большим количеством клиентских устройств, которым нужен одновременный доступ к одинаковым данным без снижения скорости работы. Удобство пользователя обеспечивается низкой задержкой, повышающей продуктивность пользователя.
В случае клиентского использования доступ осуществляется одним пользователем или приложением; разность между минимальным и максимальным временем отклика (латентность) может быть больше для любых действий пользователя или системы.
На комплексные массивы накопителей, использующие SSD (например, сетевые хранилища, системы хранения с прямым подключением или сети хранения данных), негативное влияние оказывает несоответствие производительности, которое может привести к значительному повышению задержек массивов накопителей, снижению средней производительности и качества обслуживания, в восприятии пользователя.
В отличие от клиентских SSD, накопители SSD Kingston корпоративного уровня оптимизированы не только для пиковой производительности в течение первых нескольких секунд доступа; используя большую избыточную область, они также обеспечивают повышенную среднюю стабильную производительность в течение долгих периодов времени. Подробную информацию о конкретных накопителях можно найти на веб-сайте Kingston в разделе "Корпоративные SSD". 1
Это гарантирует постоянство производительности массива накопителей для организаций, ожидающих высокое качество обслуживания в течение периодов пиковой нагрузки.
Что в итоге
Вообще, в последние годы после освоения NVME и PCIe 4.0 рынок потребительских SSD немножко застыл на месте. Бенчмарки топовых моделей вроде 980Pro и SN850 не слишком отличаются от моделей двух-трёхлетней давности. Максимальный объём массовых SSD упёрся в 2–4 ТБ и дальше особо не растёт. Причин много, в том числе дефицит микросхем.
Если нет особого прогресса по техническим характеристикам, то на первый план выходит надёжность как ключевой фактор. И вот здесь прогресс виден. Некоторые SSD уже обогнали отдельные HDD по заявленной надёжности (объём записи 1200–2500 ТБ на 5 лет). Хотя до рекодсменов типа WD Ultrastar DC SN840 им ещё далеко. Там вообще 35 040 ТБ на 5 лет.
Интересно, что «закон Мура» в широком смысле (то есть возрастание некоего технического параметра в геометрической прогрессии) оживает и затихает в разных местах. В конце 20 века он был явно виден у CPU, потом начался бурный прогресс HDD (2000-е), потом SSD (2010-е), а сейчас заметен в области аккумуляторов. Создаётся впечатление, что интенсивное развитие начинается в разных отраслях по очереди, после чего затихает. Но иногда случается неожиданный технологический прорыв, как было с ядром Zen от AMD — и закон Мура снова просыпается… И так продолжается снова и снова: научно-технический прогресс не остановить.
Рабочие станции Dell – это мощные инструменты для создания профессионального контента самых разных типов. Все устройства линейки объединяет одно: они полностью совместимы со специализированным ПО, обладают высокой производительностью и очень надежны.
В достижении последнего одну из ключевых ролей играет правильный выбор накопителя для хранения данных. И к этой задаче у нас совершенно особый подход. Сегодня мы познакомим вас с методами, которые используем для классификации устройств хранения данных в рабочих станциях серии Dell Precision. Эта информация будет полезна тем, кто хочет разобраться в параметрах производительности самих рабочих станций и подсистем хранения.
Как продлить срок жизни SSD
Логика подсказывает: если ресурс SSD ограничен количеством циклов перезаписи, то для увеличения срока жизни нужно уменьшить объём записи .
Разумеется, при этом мы не хотим жертвовать производительностью или чем-то другим.
Что можно сделать?
- поставить больше RAM, чтобы уменьшить использование файла подкачки во время работы операционной системы (некоторые рекомендуют вовсе отключить файл подкачки, но это, по сути, плохой совет, хотя его логика понятна);
- отключить неиспользуемые функции ОС (см. статью о том, что нужно отключить в Windows 11, по мнению бывшего разработчика Microsoft) и лишние элементы автозагрузки (см. «Ускорение загрузки Windows for fun and profit» на Хабре);
- отключить ненужную дефрагментацию SSD;
- использовать утилиты вроде PowerToys для оптимизации ОС;
- под Linux можно перейти на более продвинутую файловую систему: например, ZFS со встроенным сжатием, которое снижает количество операций записи, при этом увеличивая скорость, вместительность и срок жизни накопителя (см. «Основы ZFS: система хранения и производительность»), или Btrfs, во многом не уступающую ZFS по функциям.
21 Replies
It's like the speed ratings of SD cards;
Classes of SSD are not yet fully standardized, but they essentially provide guidelines on minimum operating speeds for reed and write to the storage.
If you want to compare SSD performance benchmarks, check out
Thanks for the links. The SDs are measured in MBps, and I presume the SSDs would be measured in GBps. The class rating It still isn't clear other than being a relative meaurement, but it's on Dell to make their case of why a person should shell out more $$ for the Class 40.
As for the ratings, the Dell-branded SSDs are not listed, and I have no idea who the OEM is. That's fine. The Class 10 can't be any worse (I presume) than the SSDs we purchased a couple years ago which were low cost but pretty good for typical Office use.
sounds like this is just Dell categorizing their own drives based on performance and capacity
. if you research enough about SSDs you find that you can pretty much get all the performance you need with the less expensive enterprise class mlc or emlc drives, to prove the point a lot of storage vendors are using these today for primary storage solutions
ScotHofMKE wrote:
Dell is offering solid state drive options with designations of Class 10, 20, and 40, but nothing on their website (or from my sales rep) explained just what the difference is. I understand it is a relative rating of performance, but if that's the case, you might as well use "Fast, Faster, and Fastest" which is not helpful. Anyone have any insight on this?
And don't forget, when Dell or any other EOM shows you a price for a specific model, you can almost always find that exact drive elsewhere for much cheaper. Dell, for one writes gotchas into their controller firmware that gives you generic warnings that show up in all monitoring software if you use non-Dell drives in their Servers, but this is true even if you use the same make/model of drive. The errors are simply a scare tactic designed to get you to buy their branded drives, since there is no physical difference and the firmware is only looking for the name Dell on the drive.
Reidclone is spot on. MLC drives give you longer life, and match the drives with your controller model (google the controller model & compatibility) and you should be just fine.
Bob -- note that Dell firmware is actually required for some (most?) of their SANs. It's not just a warning -- the SAN won't use it.
This is no longer True. They require Dell Drives for warranty support as certain drives/firmware versions have been certified to work with the controllers (like most vendors) You can use other drives without issues, but when there are issues, they won't troubleshoot the drives, you will need to replace them with drives that are certified to work with the equipment.
ScotHofMKE wrote:
Dell is offering solid state drive options with designations of Class 10, 20, and 40, but nothing on their website (or from my sales rep) explained just what the difference is. I understand it is a relative rating of performance, but if that's the case, you might as well use "Fast, Faster, and Fastest" which is not helpful. Anyone have any insight on this?
And don't forget, when Dell or any other EOM shows you a price for a specific model, you can almost always find that exact drive elsewhere for much cheaper. Dell, for one writes gotchas into their controller firmware that gives you generic warnings that show up in all monitoring software if you use non-Dell drives in their Servers, but this is true even if you use the same make/model of drive. The errors are simply a scare tactic designed to get you to buy their branded drives, since there is no physical difference and the firmware is only looking for the name Dell on the drive.
Reidclone is spot on. MLC drives give you longer life, and match the drives with your controller model (google the controller model & compatibility) and you should be just fine.
They don't give you the brand name, although it's probably LiteOn or intel. They just tell you the drive class and price. This is not just on the servers, they do this on the desktops as well. Personally, if I had time ( and for small purchases I do) I would buy with the cheapest drive (no drive would be better) and install a Samsung 850.
I've had many problems with the liteons randomly disappearing and re-appearing maybe a few minutes later, a few hours later or maybe not at all. I re-purposed five computers from an upgraded lab into one shop and all of them did that. All of them came back after a reboot, but the reliability isn't where it needs to be.
At least with the Samsung you know you have a five year warranty with the EVO and twice that for the PRO and their still cheaper than Dell's offerings.
but my curiosity about the drive class offerings led me to this thread. ScotHofMKE I may reach out to our Dell hardware specialist and try to get the official Dell answer.
NAND — это энергонезависимая флеш-память, которая может хранить данные, даже если она не подключена к источнику питания. Возможность сохранять данные при выключении питания делает NAND отличным вариантом для внутренних, внешних и портативных устройств. USB-накопители, твердотельные накопители и SD-карты используют флеш-технологию, обеспечивая память для таких устройств, как мобильные телефоны и цифровые видеокамеры.
На рынке представлены несколько типов памяти NAND. Попросту говоря, каждый из типов отличается количеством битов, которое может храниться в каждой ячейке. Биты представляют собой электрический заряд, который может содержать только одно из двух значений — 0 или 1 (вкл./выкл.).
Ключевые различия между типами памяти NAND заключаются в стоимости, емкости и сроке службы. Ресурс определяется количеством циклов программирования-стирания (P/E), которые может выдержать ячейка флеш-памяти до износа. Цикл P/E — это процесс стирания и записи ячейки, и чем больше циклов P/E может выдержать технология NAND, тем выше ресурс устройства.
Стандартные типы флеш-памяти NAND — SLC, MLC, TLC и 3D NAND. В этой статье рассматриваются различные характеристики каждого типа памяти NAND.
Показатели DWPD и TBW
Обычно производитель указывает два параметра, которые позволяют рассчитать срок эксплуатации накопителя: DWPD и TBW. Например, для NVMe SSD 980 PRO заявлен гарантийный показатель 150 TBW для накопителя на 250 ГБ и 600 TBW для модели 1 ТБ.
- Terabytes Written (TBW) = количество терабайт, которые можно записать на SSD в течение срока эксплуатации.
- Drive Writes Per Day (DWPD или DW/D) = расчётная нагрузка на SSD (в день) во время срока эксплуатации, который составляет три-пять лет.
Если в технических характеристиках 4-терабайтного SSD указано «пять лет, 1 DWPD», то накопитель рассчитан на 4 терабайта записи в день в течение 365*5 = 1825 дней, то есть:
Такой объём записи должен выдержать накопитель в течение гарантийного срока.
Для разных накопителей количество TBW кратно отличается при одинаковом DWPD. То есть 1 DWPD для 15-терабайтного диска означает в 15 раз больший объём записи, чем 1 DWPD для терабайтного.
То еcть даже изначально при покупке SSD можно рассчитать, сколько лет отработает SSD с конкретным DWPD, если вы заранее знаете объём записи на диск в своей системе.
Соответственно, в случае интенсивной нагрузки 24/7 типа майнинга Chia можно выбрать более дорогую модель с более высоким показателем DWPD — и всё равно она долго не проживёт. А для нормальной работы нет смысла переплачивать, если расчёт по формуле покажет вам срок эксплуатации более 100 лет. Тут явно накопитель выйдет из строя раньше и по другим причинам.
Заключение
Существуют значительные различия между накопителями SSD корпоративного и клиентского классов: от количества циклов программирования-стирания флеш-памяти NAND до комплексных методов управления для соответствия нагрузкам различных классов областей применения.
У каждого SSD есть ресурс на количество циклов перезаписи, то есть объём записанной информации в течение всей жизни. Физика и механика SSD очень сложные, но долговечность накопителя в итоге сводится к простому правилу — чем больше на него пишешь, тем меньше он проживёт.
У одних SSD критический сбой происходит через несколько месяцев, другие работают годами. Это зависит от качества комплектующих, условий эксплуатации и везения. В общем, как у людей.
Срок жизни SSD ограничен, потому что ячейки флеш-памяти NAND выдерживают ограниченное количество циклов перезаписи (циклы P/E, "program / erase"). По мере перехода производителей флеш-памяти с технологии Multi Level Cell (MLC/DLC, 2 бита на ячейку) на Triple Level Cell (TLC, 3 бита), Quad-level cell (QLC, 4 бита) и Penta-level cell (PLC, 5 бит, пока находится в разработке) ресурс P/E уменьшается из-за увеличения сложности производства. Причём уменьшается кратно.
Например, древняя однобитная SLC на этапе анонса технологии NAND выдерживала 100 тысяч циклов перезаписи, двухбитная MLC/DLC — уже 10 тысяч. С увеличением плотности записи и ёмкости накопителей снижается цена гигабайта, но увеличивается сложность и уменьшается ресурс ячеек памяти.
Уменьшение ресурса P/E с увеличением технологической сложности производства флеш-памяти, источник
Производители пытаются увеличить срок жизни SSD разными способами: интеллектуальное распределение нагрузки (прошивка SSD, контроллер), отслеживание и коррекция ошибок, резервный кэш накопителя.
Почему важна производительность накопителей?
Рабочие станции оснащаются наиболее быстрыми компонентами, доступными для клиентских систем. Когда дело доходит до хранилища, важно, чтобы профессиональные приложения не тратили большую часть времени, ожидая, когда завершится операция подсистемы хранения. Такие простои существенно снижают общие показатели производительности рабочей станции.
SSD+HDD
Один из известных лайфхаков — связка SSD+HDD. Условно говоря, вместо одного большого SSD можно купить NVMe маленького размера, только для операционной системы, рабочих приложений и избранных игр, а все остальные файлы, дистрибутивы и резервные копии хранить на дешёвом медленном SATA HDD. По цене получится примерно одинаковая сумма, а места больше на несколько терабайт.
Хотя так делают скорее для экономии и увеличения объёма хранилища, но у лайфхака есть и дополнительный бонус — некоторое снижение нагрузки на SSD. То есть увеличение его срока жизни.
Кроме того, в более свободных SSD больше размер кэша и выше производительность, чем в заполненных.
Изменение размера кэша SLC в зависимости от объёма свободного места в Intel SSD 665p, источник
Да и игры всё растут. Дистрибутивы по 200 ГБ уже почти норма… Так что полностью переходить на модель «один большой SSD» немного опасно, места может не хватить для всего. С другой стороны, всё больше игр рекомендуют SSD для установки. Тут особо не забалуешь, потому что при использовании HDD страдает производительность.
3D NAND
В последние десять лет одной из крупнейших инноваций на рынке флеш-памяти стала память 3D NAND. Производители флеш-памяти разработали технологию 3D NAND, чтобы устранить проблемы, с которыми они столкнулись при уменьшении размера 2D NAND в попытке достичь более высокой плотности при меньших затратах. В памяти 2D NAND ячейки, в которых хранятся данные, размещаются горизонтально, рядом друг с другом. Это означает, что объем пространства, в котором могут быть размещены ячейки, ограничен, и попытка уменьшить размер ячеек снижает их надежность.
Поэтому производители NAND-памяти решили расположить ячейки в пространстве иначе, что привело к созданию памяти 3D NAND с вертикальным расположением ячеек. Более высокая плотность памяти позволяет увеличить емкость без значительного увеличения цены. Память 3D NAND также обеспечивает более высокую долговечность и меньшее энергопотребление.
В целом, NAND — чрезвычайно важная технология памяти, поскольку обеспечивает быстрое стирание и запись данных при более низкой стоимости на бит. С ростом игровой индустрии развитие технологии NAND продолжится, чтобы удовлетворить постоянно растущие потребности потребителей в хранении данных.
MLC NAND
Преимущества: Дешевле памяти SLC — Недостатки: Быстродействие и ресурс ниже по сравнению с SLC
Технология NAND-памяти с многоуровневыми ячейками (MLC) хранит несколько битов на ячейку, хотя термин MLC обычно относится к 2 битам на ячейку. MLC имеет более высокую плотность размещения данных по сравнению с SLC, поэтому позволяет создавать носители большей емкости. Память MLC отличается хорошим сочетанием цены, производительности и долговечности. Однако память MLC, обеспечивающая 10 000 циклов P/E более чувствительна к ошибкам данных и имеет меньший ресурс по сравнению с SLC. Память MLC обычно используется в потребительской продукции, где долговечность не столь важна.
Кластерный анализ
Результаты измерений производительности различных SSD используются в кластерном анализе. При этом применяется ряд алгоритмов кластеризации, в том числе центроидных и основанных на плотности, с последующим сравнением результатов.
Вероятно, из-за преимуществ шины PCI Express накопители SSD NVMe формируют четкую группу, отличную от SATA SSD. Это подтвердило наши предыдущие предположения, и мы стали выделять кластеры в каждом из этих интерфейсов.
SATA SSD образовали два кластера: «основной», на модулях флеш-памяти TLC, и «высокопроизводительный» — на памяти MLC. Это показывает, что SSD на основе MLC превосходят SSD на TLC. Однако при выполнении некоторых измерений базовые накопители в высокопроизводительном кластере могут иметь такие же (или немногим худшие) характеристики, как и топовый накопитель в другом кластере.
SSD NVMe тоже показали разделение на два кластера, к тому же гораздо более отчетливое, чем их SATA-аналоги форм-факторов 2.5” и М.2. «Основной» кластер образовали накопители SSD на основе TLC, в то время как «кластер высокой производительности» включал MLC и даже несколько SSD на основе SLC (дополнительных высокопроизводительных карт, add-on).
В итоге для классификации отдельных устройств хранения мы выбрали алгоритм кластеризации на основе центроидов. Несмотря на то, что это создало небольшое перекрытие между накопителями SSD SATA с флеш-памятью MLC и накопителями SSD NVMe с флеш-памятью TLC, такой подход позволил нам упростить систему классификации и получить минимальные показатели производительности высокопроизводительных классов.
Упрощенная система классификации
Чтобы выставить четкие требования поставщикам SSD, важно было установить минимальные рекомендации для «кластеров высокой производительности». Именно на этом этапе были созданы классы хранения.
Накопители класса 20 — обычные SSD SATA, которые можно встретить на многих клиентских платформах. Они подойдут пользователям рабочих станций, которым нужны тихие, быстрые и надежные решения для хранения данных.
v
Накопители класса 30 представляют собой самые высокопроизводительные SSD SATA. Когда мы вводили систему классификации, таких моделей на рынке было достаточно много. Сегодня же из-за ряда факторов, включающих рост производительности накопителей на основе TLC, выпускается ограниченное количество SSD класса 30. Если пользователи рабочих станций нуждаются в более широких возможностях, чем могут обеспечить устройства класса 20, стоит обратить внимание на NVMe-накопители.
К классу 40 относятся преимущественно массовые SSD NVMe с флеш-памятью TLC. Здесь представлено значительное количество моделей с самой разной производительностью, поскольку новые поколения приходят на смену старым.
Накопители класса 50 — высокопроизводительные SSD, которые обеспечивают значительный прирост быстродействия по сравнению с классом 40. Многие из них основаны на MLC, но некоторые модели поддерживают более новые и быстрые технологии флеш-памяти, такие как 3D Xpoint. Именно эти накопители мы устанавливаем в рабочих станциях Precision.
Производительность класса 50
Самой высокопроизводительной может считаться та модель SSD, которая также отвечает по меньшей мере восьми представленным ниже требованиям. Тип подключения в этом случае значения не имеет.
Длительный срок службы
Все типы флеш-памяти NAND, содержащиеся во флеш-устройствах хранения, постепенно теряют способность надежного хранения данных с каждым циклом программирования-стирания ячейки флеш-памяти NAND и достигают состояния, при котором надежное хранение данных невозможно; после этого необходимо деградировавший или испорченный блок удаляется из пула хранения данных. Логический адрес блока (LBA) при этом перемещается на другой физический адрес в массиве флеш-накопителей NAND. Новый блок накопителя заменяет неисправный с помощью пула запасных блоков (Spares Block), являющегося частью резервной области (Over Provisioned, OP) SSD.
Поскольку программирование или стирание данных ячейки происходит постоянно, BER линейно возрастает; по этой причине необходимо использовать в контроллере корпоративного SSD набор комплексных методов управления для обеспечения возможности надежного хранения данных в ячейке на протяжении всего ожидаемого срока службы SSD. 4
Количество допустимых циклов программирования-стирания (P/E) конкретной флеш-памяти может значительно варьироваться в зависимости от литографического процесса производства и изготавливаемого типа флеш-памяти NAND.
Тип флеш-памяти NAND | TLC | MLC | SLC |
---|---|---|---|
Архитектура | 3 бита на ячейку | 2 бита на ячейку | 1 бит на ячейку |
Емкость | Самая большая емкость | Большая емкость | Малая емкость |
Срок службы (P/E) | Малый срок службы | Средний срок службы | Самый высокий срок службы |
Стоимость | $ | $$ | $$$$ |
Приблизит. частота ошибочных битов NAND (BER) | 10^4 | 10^7 | 10^9 |
Таблица 2 – Типы флеш-памяти NAND 5 6
Корпоративные SSD отличаются от клиентских SSD и по циклу нагрузки. SSD корпоративного класса должны выдерживать высокую нагрузку по чтению или записи в условиях, типичных для сервера ЦОД, требующего доступа к данным в течение 24 часов ежедневно, по сравнению с SSD клиентского класса, которые обычно используются полностью только 8 часов в день. Корпоративные SSD имеют цикл нагрузки 24x7, в отличие от клиентских SSD с циклом нагрузки 20/80 (20% времени активны, 80% в режиме ожидания или сна при использовании компьютера).
Расчет надежности при записи для любой области применения или накопителя SSD может быть сложным, поэтому комитет JEDEC также предложил показатель измерения надежности, использующий значение общего объема записанных данных хоста в терабайтах (TBW), для указания количества данных, которое может быть записано на SSD до того, как содержащаяся в нем флеш-память NAND станет малонадежной, и накопитель потребует замены.
С помощью предложенных JEDEC способов тестирования JESD218A и нагрузок для накопителей корпоративного класса JESD219 удобнее оценивать расчеты срока службы SSD, представленные производителями в TBW, и экстраполировать более наглядный показатель надежности, который можно применить к любому ЦОД.
Как отмечается в документах JESD218 и JESD219, нагрузки различных классов областей применения также подвергаются воздействию коэффициента увеличения объема записи (WAF), благодаря которому количество операций записи выше, чем действительное количество, отправленное хостом, что быстро приводит к неуправляемому износу флеш-памяти NAND, повышенной BER флеш-памяти NAND из-за избыточных операций записи в течение долгого времени и сниженной производительности из-за большого количества недействительных страниц на SSD.
Несмотря на то, что TBW является важным параметром, отличающим SSD корпоративного и клиентского классов, TBW – это модель оценки срока службы на уровне флеш-памяти NAND; для модели оценки срока службы и надежности уровня компонентов для компонентов, используемых в устройстве, применяется параметр "средняя наработка на отказ" (MTBF). Оценка срока службы компонентов накопителей SSD корпоративного класса учитывает превышение по сроку службы и повышенную нагрузку при управлении напряжением для всей флеш-памяти NAND в течение всего ожидаемого срока службы SSD. Все корпоративные SSD должны иметь показатель MTBF не менее миллиона часов, что эквивалентно более чем 114 годам! Kingston очень консервативно оценивает свои SSD, и можно часто видеть более высокие характеристики MTBF для SSD; важно заметить, что 1 миллиона часов более чем достаточно для корпоративных SSD.
Накопители SSD клиентского класса могут иметь только минимальные функции вывода S.M.A.R.T. для контроля SSD при стандартном использовании или после возникновения неисправности.
В зависимости от класса области применения и емкости SSD может выделяться расширенная резервная емкость флеш-памяти NAND. Резервная емкость скрыта от доступа пользователя и операционной системы и может использоваться как временный буфер записи для повышения усредненной производительности, а также в качестве замены дефектных ячеек флеш-памяти в течение ожидаемого срока службы SSD для увеличения надежности и срока службы SSD (с повышенным количеством запасных блоков).
Производительность
Благодаря использованию многоканальной архитектуры и параллельному доступу контроллера SSD к кристаллам NAND накопители SSD могут обеспечивать высочайшую скорость чтения и записи, как для последовательных, так и для случайных запросов данных из процессора.
В типичном сценарии использования ЦОД, включающем миллионы байт произвольных данных компании, в том числе совместные технические чертежи CAD, сейсмические данные для анализа (обработка больших объемов данных) или доступ к клиентским данным по всему миру для банковских транзакций, доступ к устройствам хранения должен осуществляться с минимальными задержками и может выполняться большим количеством клиентских устройств, которым нужен одновременный доступ к одинаковым данным без снижения скорости работы. Удобство пользователя обеспечивается низкой задержкой, повышающей продуктивность пользователя.
В случае клиентского использования доступ осуществляется одним пользователем или приложением; разность между минимальным и максимальным временем отклика (латентность) может быть больше для любых действий пользователя или системы.
На комплексные массивы накопителей, использующие SSD (например, сетевые хранилища, системы хранения с прямым подключением или сети хранения данных), негативное влияние оказывает несоответствие производительности, которое может привести к значительному повышению задержек массивов накопителей, снижению средней производительности и качества обслуживания, в восприятии пользователя.
В отличие от клиентских SSD, накопители SSD Kingston корпоративного уровня оптимизированы не только для пиковой производительности в течение первых нескольких секунд доступа; используя большую избыточную область, они также обеспечивают повышенную среднюю стабильную производительность в течение долгих периодов времени. Подробную информацию о конкретных накопителях можно найти на веб-сайте Kingston в разделе "Корпоративные SSD". 1
Это гарантирует постоянство производительности массива накопителей для организаций, ожидающих высокое качество обслуживания в течение периодов пиковой нагрузки.
Надёжность SSD и HDD в первый год работы
Самым известным источником данных по надёжности накопителей в практическом использовании остаётся статистика хостера Backblaze, которая периодически обновляется. У них тысячи серверов и девять лет статистики по разным моделям HDD и SSD (в последние годы загрузочные диски серверов перевели на SSD).
В сентябре 2021 года Backblaze впервые сравнила SSD и HDD по надёжности, получилось любопытно.
В целом оказалось, что в начале работы (в среднем до 14 месяцев в данном случае) SSD выходят из строя немножко реже, чем HDD.
Годовая частота сбоев (AFR)
Количество дисков | Средний возраст (месяцев) | Дней работы | Всего сбоев | AFR | |
---|---|---|---|---|---|
SSD | 1666 | 14,2 | 591 501 | 17 | 1,05% |
HDD | 1607 | 52,4 | 3 523 610 | 619 | 6,41% |
Что будет дальше — непонятно. На интервале в несколько лет достоверная статистика пока не собрана. Вполне возможно, что там преимущество SSD будет не таким очевидным, как раз из-за ограниченного ресурса на количество циклов перезаписи.
TLC NAND
Преимущества: Наименьшая цена и высокая емкость — Недостатки: Низкая долговечность
NAND-память с трехуровневыми ячейками (TLC) хранит 3 бита на ячейку. За счет увеличения числа битов на ячейку снижается цена и увеличивается емкость. Однако это отрицательно сказывается на производительности и ресурсе (всего 3000 циклов P/E). Во многих потребительских изделиях используется память TLC как самый дешевый вариант..
Сбор статистики с конкретного SSD
Для просмотра показателей SMART существует ряд специализированных утилит. В частности, под Linux это консольные утилиты smartctl, smartd и др. (см. статью про мониторинг SSD под Linux).
Для разных атрибутов SMART утилиты показывают статус типа OLD_AGE, PRE-FAIL или FAILING_NOW. Это значит, что некий атрибут соответствует количеству аномальных ситуаций, и для этих аномалий установлено граничное значение (threshold). Если значение приближается к граничному, это означает PRE-FAIL, а если превышает его — FAILING_NOW. Но это лишь косвенные параметры, которые напрямую не говорят о физическом повреждении ячеек памяти. Некоторые специалисты предпочитают игнорировать показатели типа Wear_Leveling_Count . Один из разработчиков сделал форк стандартной утилиты мониторинга etbe-mon, которая умеет отслеживать данные SMART и подавлять бесполезные уведомления типа FAILING_NOW от Wear_Leveling_Count .
Самый важный их показатель — объективная нагрузка на диск и количество записанной информации, то есть реальные DWPD и TBW, вот их желательно учитывать в первую очередь.
Под Windows есть несколько хороших инструментов для сбора статистики. Например, программа Hard Disk Sentinel отслеживает объём информации, записанной на каждый накопитель за всё время эксплуатации, и рассчитывает прогноз оставшегося срока жизни.
Hard Disk Sentinel
Есть ещё программа CrystalDiskInfo и др.
CrystalDiskInfo
Многие производители предлагают собственные инструменты для обслуживания своих SSD-накопителей. Например, для накопителей Kingston есть Kingston SSD Manager, для накопителей Samsung — Samsung Magician и так далее.
Эти программы не только собирают статистику с накопителя, но и оповещают о выходе новых прошивок. Производители рекомендуют держать SSD в актуальном состоянии и обновлять прошивку.
Производительность класса 30
Чтобы считаться высокопроизводительным SSD SATA, накопитель должен иметь определенную емкость и соответствовать как минимум 8 из 11 требований, перечисленных в таблице:
Оценка своего DWPD
Для предварительной оценки нагрузки на SSD в продакшне на основе рекомендаций производителей можно составить такую небольшую шпаргалку с указанием типичных вариантов использования:
Сценарий использования | Описание | Примерный DWPD |
Загрузочный диск | Загрузка сервера. Нечастые обновления. Логи и постоянные файлы хранятся на другом накопителе. | 0,1 ~ 1,0 |
Раздача контента | Фронтенд CDN. Кэш для самых популярных медиафайлов | 0,5 ~ 2,0 |
Видеонаблюдение | Запись трансляции с нескольких камер 24/7, периодическая перезапись содержимого диска. | кратно Nкамер |
Виртуализация и контейнеры | Хранилище Tier-0 для контейнеров и VM в гиперконвергентной системе. Всё локальное хранилище в кластере работает на SSD. | 1,0 ~ 3,0 |
Транзакционная система (OLTP) | Нагрузки с интенсивным использованием данных. Частое обновление журналов БД и файлов, до тысячи операций в секунду. | от 3,0 |
Высокопроизводительное кэширование | Кэш для локальных HDD. Максимальные нагрузки. | от 3,0 и гораздо выше |
Таким образом, из реального DWPD и P/E для своего SSD можно примерно оценить приблизительный срок его жизни: общий и сколько осталось.
Оставшийся срок можно ориентировочно спрогнозировать, если вычесть реальный срок эксплуатации из общего срока жизни SSD.
Или другой вариант — посчитать максимальный TBW для своего SSD исходя из его технических характеристик, а потом отслеживать реальный TBW в процессе эксплуатации.
Классификация устройств хранения и уровни производительности
Даже если устройства хранения имеют одинаковую емкость, они могут отличаться форм-фактором, физическим электрическим соединением, протоколом доступа и, конечно, уровнем производительности —спецификациями, определяющими быстродействие таких устройств. Это особенно важно для твердотельных накопителей (SSD), характеристики которых могут быть принципиально разными в зависимости от внутренней архитектуры и применяемой флеш-памяти.
До того, как технология SSD стала основной, производительность жесткого диска часто определялась так называемыми спецификациями «тыла». Пользователь мог просто перевернуть накопитель и посмотреть на характеристики: скорость вращения, емкость кэш-памяти, среднее время поиска, а также значения пропускной способности и количество пластин внутри накопителя. Эти спецификации не всегда напрямую связаны с характеристиками работы отдельных приложений, но дают некоторую основу для сравнения разных дисков в экосистеме HDD.
Что же касается SSD, без использования определенных систематических методов сравнить производительность нескольких моделей будет очень сложно. Твердотельные накопители могут предусматривать в спецификациях какую-то описательную информацию, но сопоставлять SSD-интерфейсы, типы флеш-памяти и модели контроллера флеш-памяти с производительностью приложений не слишком рационально.
SSD имеют существенные преимущества перед традиционными жесткими дисками, однако без какой-либо систематической оценки быстродействия бывает сложно сравнить друг с другом разные модели твердотельных накопителей. Классифицируя устройства хранения данных по результатам измерений производительности, Dell поднимает эффективность эксплуатации профессиональных рабочих станций.
SSD M.2 в ноутбуке Dell XPS 13 9365
Методы измерения
Измерения производительности необходимы для дифференциации твердотельных накопителей. Но что нужно измерять? По логике, чтение и запись — как случайные, так и последовательные. Если руководствоваться некоторыми из наиболее популярных тестов для клиентов, можно было бы сделать вывод о том, что следует измерять только пиковую производительность — максимально возможные значения пропускной способности или операций ввода-вывода в секунду (IOPS).
Читайте также: