Budoucnost solid state disků jménem enterprise MLC

Markéta Pastuchová | 31.01.2012 | Hardware | Žádné komentáře

Většímu rozšíření SSD (solid state drives) stále brání jejich vysoké ceny. Obzvlášť v podnikovém prostředí byly dlouhou dobu jedinou volbou SSD typu SLC (single-level cell), které ukládají do každé paměťové buňky jen jeden stav – 0 nebo 1. Naopak levnější a méně spolehlivé SSD typu MLC (multi-level cell) byly určeny pro zařízení koncových uživatelů, jako smartphony, přehrávače médií, kamery a podobně. Ovšem životnost MLC byla zhruba desetkrát menší, než u SLC, takže firmy neměly de facto na výběr.

Paměťové disky označované jako enterprise MLC SSD jsou snahou zaplnit existující mezeru a umožnit rozšíření levnější technologie i do podnikového prostředí a zajistit, aby byla dostatečně spolehlivá i pro náročné podnikové aplikace.

MLC: Kompromis na všech frontách
SSD se vyznačují oproti klasickým pevným diskům zejména velmi nízkou latencí, tedy časem, který uplyne před začátkem čtení nebo zápisu dat.

Všechny paměti typu flash používají NAND (negované AND) buňky při ukládání elektrického náboje. SLC buňky mají zmíněné dva stavy 0 nebo 1. MLC jich mají více, v případě dvou bitů na jednu buňku je to 00 nebo 01 a 10 nebo 11. V případě tří a více bitů je situace analogická a výsledkem je samozřejmě hustší zápis (tedy vyšší kapacita za nižší cenu).

SLC disky se díky tomu vyznačují hlavně rychlostí zápisu, vysokým počtem I/O operací za sekundu a spolehlivostí, naopak MLC jsou levnější a lze u nich snáze docílit vyšší kapacity. To, proč jsou MLC SSD osazovány zejména do přístrojů pro koncové uživatele je dáno faktem, že zde nejsou takové nároky na I/O operace jako v případě podnikových systémů. Od roku 2008 si proto výrobci SSD začínají těchto nedostatků a nevyváženosti uvědomovat a nabízí i produkty označované jako enterprise MLC, případně zkráceně eMLC.

Cesta ke zvýšení spolehlivosti MLC
Oproti klasickým pevným diskům jsou všechny paměťové disky sice odolnější vůči nárazům a dalším typům fyzického poškození, ale díky způsobu uložení informace v křemíku je z principu jejich životnost omezená. Jak již bylo řečeno, SLC SSD mají díky svojí architektuře zhruba desetinásobnou životnost a právě zvýšení životnosti MLC bylo klíčem k tomu, aby mohly tyto disky najít uplatnění i ve firemním prostředí. Toho se dosahuje kombinací řady technik, které si nyní přiblížíme.

Vyrovnání opotřebení (wear leveling) – zátěž na disk není v praxi obvykle rovnoměrně rozdělena na celou jeho kapacitu a zápisy se poměrně často soustředí jen na některé specifické bloky, což způsobí jejich rychlejší selhání, zatímco ostatní bloky mohou být prakticky nepoužívané. V takovém případě se pak MLC SSD stane zcela nepoužitelný a nespolehlivý, čemuž má zabránit právě technika vyrovnávání opotřebení u eMLC, která distribuuje zátěž přes celý disk. To pak příznivě prodlužuje jeho životnost.

Dnes se používají dvě techniky rozkládání zátěže – dynamická, která jen zapisuje nová data do prázdných buněk a statická, která navíc ještě přesouvá na hodně vytížená místa taková data, která se prakticky nepoužívají.

Přidání kapacity navíc (overprovisioning) – další technika, která má zvýšit životnost MLC flash čipů, je kapacita navíc, která činí obvykle asi 20 % k prodejní kapacitě disku. V případě, že dojde k poškození bloků, resp. buněk, které by SSD učinily nestabilní, dojde k jejich přemapování z této dodatečné kapacity, což opět zvyšuje celkovou životnost disku.

Vylepšená oprava chyb – všechny podnikové disky založené na pamětích typu flash používají techniky opravy dat k testování a k případným korekcím chyb při zápisu a čtení. Se stářím flash čipů se chybovost zvyšuje a ta navíc roste exponenciálně spolu s tím, kolik bitů je uloženo v jedné paměťové buňce MLC. To proto, že přečíst více hodnot z jedné buňky je mnohem náročnější, než jen přečíst, zda má stav 0 nebo 1. MLC SSD proto obsahují velmi pokročilé a efektivní algoritmy korekce, díky čemuž je výrazně zvýšena tolerance chyb v paměťových čipech.

Zesílený zápis a TRIM – protože existující data na SSD musí být před zápisem nových dat smazána nebo přesunuta jinam, trpí paměti flash větším počtem čtecích a zápisových cyklů, než běžné pevné disky, kde se stará data jednoduše přepíší. Tento fenomén se anglicky označuje jako write amplification (něco jako zesílený zápis, resp. zesílená zátěž zápisu) a čím je zesílený zápis vyšší, tím je kratší životnost disku kvůli omezenému počtu cyklů změny stavu jedné paměťové buňky.

Jedním ze způsobů, jak zesílený zápis omezit, je využití SATA příkazu TRIM. Příkaz TRIM funguje ve spolupráci s operačním systémem a informuje ho o nepotřebných blocích, které tak disk může promazávat „do zásoby“. A v případě, že přijde požadavek na zápis nových dat, má již připravený prostor, kam data může uložit a nemusí v ten okamžik nic mazat. To má mimo jiné i příznivý vliv na výkon zápisu SSD.

Zanechte komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *


pět − dva =

Můžete používat následující HTML značky a atributy: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Copyright © ICT manažer | ISSN 1805-5486 | SEO optimalizace a přizpůsobení SEO-care.cz