Write Endurance (Schreibausdauer)
Was ist Write Endurance?
Die Write Endurance – zu deutsch Schreibausdauer oder Schreibbeständigkeit – ist die Anzahl der Programm-/Löschzyklen (P/E-Zyklen oder P/E Cycles), die auf einen Flash-Memory angewendet werden können, bevor das Speichermedium unzuverlässig wird.
NAND-Flash nutzt sich ab, weil die Oxidschicht, die die Floating Gates in einem Flash-Speicherchip isoliert, nach wiederholten P/E-Zyklen beeinträchtigt wird. Die Floating Gates sind wichtig, weil sie die elektrische Ladung speichern, die den Zustand jedes Bits in einer Flash-Speicherzelle anzeigt.
In einem Single-Level-Cell (SLC)-Flash-Speicher beispielsweise ist jedes Bit eine 0 oder eine 1. Wenn die Isolierschicht ausreichend beschädigt ist, behalten die Bitzellen möglicherweise nicht mehr die richtige Ladung. Aus Einsen können Nullen werden, und die Daten auf dem Speichermedium werden beschädigt.
Die Write Amplification (Schreibverstärkung) ist eine der größten Herausforderungen für Solid-State-Laufwerke (SSDs) im Vergleich zu Festplattenlaufwerken (HDDs). Schreibverstärkung tritt auf, weil die Art und Weise, wie SSDs Daten lesen und löschen, dazu führt, dass viele zusätzliche P/E-Zyklen verwendet werden.
Wie misst man die Ausdauer von SSDs?
Schreibausdauer und Zuverlässigkeit von SSDs mit Flash-Speicher werden berechnet, indem geschätzt wird, wie oft und wie gründlich das Flash-Medium verwendet wird.
Einige Hersteller geben eine Schätzung der Langlebigkeit auf der Grundlage einer beliebigen Menge an geschriebenen und gelöschten Daten pro Tag an. Andere Hersteller geben einfach eine Schätzung der Mean Time to Failure (MTTF) an, ohne anzugeben, wie sie zu dieser Schätzung gekommen sind. MTTF und die Mean Time Between Failure (MTBF) werden häufiger mit Festplatten in Verbindung gebracht.
Bei der Definition von Write Endurance werden drei Metriken verwendet:
- Gesamtzahl der im Laufe der Zeit geschriebenen Terabytes (TB)
- Drive Writes Per Day (DWPD), die Anzahl der Schreibzyklen pro Tag, die das gesamte Datenspeichergerät verarbeiten kann
- das Alter des Geräts
SanDisk, jetzt Teil von Western Digital, hat eine Branchenkennzahl für die Schreibdauer vorgeschlagen, die als Long-term Data Endurance bezeichnet wird. Diese Metrik hat eine Datenaufbewahrungszeit von einem Jahr. Sie basiert auf einem vorgegebenen Nutzungsmuster, bei dem davon ausgegangen wird, dass die Daten gleichmäßig über die Lebensdauer des Laufwerks und seine Arbeitslast geschrieben werden.
Wie funktioniert Write Endurance?
Die SSD-Schreibausdauer kann als die Leistung einer Flash-SSD unter Garantie definiert werden. Sie bezieht sich speziell auf die maximale Datenmenge, die auf das Gerät geschrieben werden kann.
Metriken zur Messung der Write Endurance sind eine Funktion der Anzahl von P/E-Zyklen und stellen die Zuverlässigkeit eines Geräts dar. Die Anzahl der P/E-Zyklen hängt vom Typ des verwendeten NAND-Flash-Speichers ab. SLC-NAND hat 100.000 P/E-Zyklen, während Multi-Level Cell (MLC) NAND 10.000 P/E-Zyklen und Triple-Level Cell(TLC) 3.000 P/E-Zyklen hat.
Mit jedem P/E-Zyklus nimmt die Lebensdauer eines Mediums ab. Daher ist es wichtig, vor der Auswahl eines Produkts die wahrscheinliche Nutzung eines SSD zu bestimmen.
Wenn ein SSD-Hersteller beispielsweise 1 TB für 1 DWPD angibt, bedeutet dies, dass das Laufwerk 1 TB Daten verarbeiten kann, die während der Garantiezeit jeden Tag darauf geschrieben werden. Analog dazu kann ein 10-TB-Laufwerk während der Garantiezeit 10 TB Schreibvorgänge pro Tag verarbeiten.
Möglichkeiten zur Erhöhung der Schreibausdauer und der Lebensdauer von SSDs
Zu den Techniken zur Erhöhung der Flash-Lebensdauer gehören die folgenden:
- Der Error Correction Code (ECC) korrigiert zufällige Bitfehler und verringert die Abnutzung. Die Verwendung von ECC verlängert die nutzbare Lebensdauer von Flash-Zellen.
- Die Verwendung von Firmware zur Verwaltung einer SSD ist eine effiziente Methode zur Verlängerung der Lebensdauer eines Laufwerks.
- Overprovisioning fügt einem Laufwerk Flash-Kapazität hinzu, die für den Benutzer nicht sichtbar ist, und nutzt Firmware, um die Lebensdauer durch besseres Datenmanagement zu erhöhen.
- Wear Leveling ist ein Controller-basierter Lastausgleich, der darauf abzielt, die P/E-Zyklen auf die Zellen einer Festplatte zu verteilen.
- Garbage Collection ist ein Hintergrundvorgang, der Daten konsolidiert und löscht, um die Leistung der Festplatte zu verbessern.
Was ist beim Kauf einer SSD zu beachten?
Die Bestimmung der Anforderungen an die Ausdauer kann sich direkt auf die Kosten von SSD-Flash-Laufwerken auswirken. Je höher die vom Hersteller angegebene Lebensdauer ist, desto höher sind die Kosten.
Diese höhere Ausdauer erhöht die Nutzungsdauer eines Geräts. Allerdings müssen die zusätzlichen Kosten gegen die längere Lebensdauer abgewogen werden. Umgekehrt kann die Auswahl eines Geräts mit unzureichender Lebensdauer zu einem vorzeitigen Ausfall der SSD führen. Dies könnte zu einem zusätzlichen Risiko des Datenverlusts oder der Beschädigung der auf dem Gerät gespeicherten Daten führen. Auch die zusätzlichen Kosten für den Austausch des Geräts sollten in Betracht gezogen werden.
Befolgen Sie diese vier Schritte bei der Auswahl einer SSD:
- Untersuchen Sie die vorhandenen Systemleistungsdaten, um die durchschnittliche Datenmenge zu ermitteln, die pro Tag für den betreffenden Server oder das betreffende Gerät geschrieben wird.
- Multiplizieren Sie diesen Wert mit der Anzahl der Tage, an denen das Gerät wahrscheinlich im Laufe des Jahres in Betrieb sein wird.
- Das Ergebnis ist die Basisgrenze für die Schreibausdauer bei der Auswahl eines Geräts.
- Fügen Sie mehr Kapazität hinzu, um sicherzustellen, dass alle überdurchschnittlichen Datenschreibzyklen untergebracht werden können und die Gesamtdatenmenge validiert werden kann.
