Как оценить надежность и срок службы SSD-накопителей

SSD-накопители это устройства хранения данных на основе flash памяти NAND. Скорость обработки информации, производительность значительно превосходит жесткие диски. Продолжительность службы зависит от интенсивности использования, типа используемых ячеек флэш-памяти. Разработчики технологии предлагают различные варианты повышения надежности и  улучшения долговечности оборудования.

Как устроена flash

Память состоит из микросхемы, контроллера, счетчика времени, разъема подсоединения к источникам. Запись, чтение выполняются внутри матрицы, состоящей из мельчайших MOSFET транзисторов. От количества этих компонентов зависит общий объем памяти. Транзисторы меняют заряды в кристаллах с нуля на единицу и обратно.

Эти операции состоят из проталкивания электродов через полупроводниковые барьеры («1») и обнуления формата («0»). Из-за простоты технологии, проведения параллельных операций обеспечивается высокая энергетическая эффективность, противодействие неблагоприятным факторам. Поэтому NAND устройства служат дольше чем жесткие диски.

Причины деградации

С течением времени запорные транзисторы выходят из строя, теряют возможность стабильно удерживать положительные, отрицательные заряды. Для каждой ячейки существует максимальное число перезаписи данных. От этого параметра зависит гарантийный срок службы. Относительная работоспособность сохраняется из-за программного перераспределения ресурсов и изоляции сбойных элементов.

Критерии оценки состояния SSD диска

Надежность накопителей зависит от параметров

• TBW (Terabytes Written);

• DWPD (Drive Writes Per Day).

TBW (Terabytes Written) это максимальный объем терабайт, который можно сохранить на носитель за весь срок эксплуатации. Для бюджетных носителей показатель равен 60-70. Топовые модули обеспечивают TBW на уровне 350-400. Превышение этого предела связано с рисками быстрой деградации транзисторных ячеек.

Показатель DWPD (Drive Writes Per Day) определяет средней ресурс ежедневной записи. Автоматическое многократное сохранение это особенность практически всех сервисных программ.

Например, периодическая гибернация, сброс не используемых данных из оперативной памяти на накопитель SSD, происходит в фоновом режиме, не заметном для пользователя. При объеме в 2 терабайта и показателе DWPD, равном 1, можно за день перезаписать 2 Тб.

Как выбрать SSD для высоконагруженных систем

Microsoft рекомендует использовать в серверах накопители со следующими характеристиками

• DWPD от 3;

• TBW от 4 терабайт.

Эти предпочтения относятся к Windows Server, Azure Stack. Минимальный гарантийный срок для таких дисков SSD составляет 5 и более лет. Оценку остаточных ресурсов периодически проводят специальными утилитами.

Исследования показали, что различия по долговечности флэш памяти связаны с выбором типа используемых ячеек флэш-памяти:

• SLC NAND способна выдерживать 50,000-100,000 циклов записи;

• MLC NAND — до 3000 циклов записи;

• TLC NAND обеспечивает 300–1000 циклов записи, то есть имеет самую низкую износостойкость.

Повышение надежности ssd дисков

Чтобы продлить срок службы SSD, используют методы

• «выравнивания износа» (Wear leveling);

• коррекции ошибок (Error Correction Code);

• управления плохими блоками (Bad Block Management);

• удаления не актуальных данных (TRIM).

Выравнивание износа заключается в программном управлении рабочими циклами. Запись, стирание зарядов равномерно распределяется по всему объему ячеек. Динамический алгоритм каждый раз при обращении задействует новые кристаллы. Статическое выравнивание состоит в оптимизации хранения, циклическом перераспределении уже записанной информации.

Запуск коррекции ошибок обеспечивает периодический поиск, исправление сбойных битов, решение проблем износа ячеек. Управление плохими блоками необходимо для вывода поврежденных секторов из пространства рабочих операций. Такие блоки помечают специальными метками.

Технология TRIM уничтожает устаревшие массивы. Ненужные данные стираются из карты разметки. Поэтому контроллер рационально использует память SSD-накопителя, очищенную от записей гибернации, другой временной информации.