DELL 企業級 SSD 固態硬碟 FAQ

企業級SSD 固態硬碟目前廣泛應用於DELL伺服器/存儲設備/工作站 ,首先讓我們了解企業級 SSD 固態硬碟的專有名詞:

數據保留: 
數據保留時間是ROM保持準確可讀的時間。 當芯片沒有受到功率偏置時,單元將維持其編程狀態的時間。 數據保留對放在閃存單元上的P / E週期的數量非常敏感,並且還取決於外部環境。 高溫會降低保留時間。 讀取周期的數量也可以降低這種保留。 

P / E(編程/擦除)週期: 
NAND (快閃記憶體) 閃存中,使用形成NAND門的浮柵晶體管來實現存儲。 因此,一個位的非編程狀態為1,而編程操作將電荷注入浮動柵極,其結果位變為0。相反的操作,擦除,提取所存儲的電荷並將狀態恢復為1。擦除並且程序操作會導致隔離浮置柵極的氧化物層退化這是NAND閃存有限壽命(對於SLC通常為30K-1M編程/擦除週期,對於MLC2.5K-10K編程/擦除週期,對於eMLC10K-30K編程/擦除週期)的原因。

Flash翻譯層(FTL): 
Flash
翻譯層,是用於計算的軟件層,用於支持具有閃存的普通文件系統。 FTL是基於扇區的文件系統和NAND閃存芯片之間的翻譯層。 它使操作系統和文件系統能夠訪問NAND閃存設備作為訪問磁盤驅動器。 FTL通過向閃存設備提供邏輯塊接口來隱藏閃存的複雜性。 由於閃存不支持覆蓋閃存頁面,FTL將邏輯塊映射到物理閃存頁面和擦除塊。 

FAQ: 

1.為什麼選擇SSD

與使用旋轉盤來存儲數據的硬盤驅動器(HDD)不同,固態驅動器(SSD)使用固態存儲器NAND芯片。 硬盤有幾個不同的機械運動部件,易受操作損壞。 另一方面,固態驅動器沒有移動部件,因此即使在使用過程中受到影響時也不易受到損壞。 
固態硬盤可實現每秒超高性能輸入/輸出操作(IOPS),以及針對交易密集型服務器和存儲應用的低延遲。 適用於帶有硬盤驅動器的系統,通過低功耗和低工作溫度,可以降低總體擁有成本(TCO)。 


2.為什麼戴爾SSD

戴爾密切管理必要的所有步驟,為客戶提供高品質的固態硬盤,滿足苛刻的企業應用需求。 

這包括:

  • 初步的供應商資質和持續的質量檢測
  • 特定的固件創建。
  • 物料清單控制和廣泛的可靠性測試。
  • 持續的產品質量認證。

所有戴爾企業級固態硬盤的開發都與戴爾企業系統完美匹配,並為客戶提供最佳的生產環境。 硬盤行業最近看到了供應商的整合和驅動器的標準化。 固態硬盤的情況並非如此。 有許多固態硬盤製造商,戴爾不能保證使用固態硬盤的戴爾服務器的任何級別的功能或兼容性,如果不是從戴爾購買的話。 


3.什麼是SSD類型?

基於閃存的固態硬盤(SSD)通常比硬盤驅動器(HDD)具有更低的延遲,通常能夠縮短響應時間。 對於隨機讀取工作負載,SSD相對於HDD提供更高的吞吐量。 

基於Nand Flash

  • SLC或單級單元允許每NAND存儲單元存儲一位信息。 SLC NAND提供相對較快的讀寫能力,高耐用性和相對簡單的糾錯算法。 SLC通常是最昂貴的NAND技術。 使用SLC驅動器,每個單元可以持續大約100K次寫入。 讀取是無限的。 SLC驅動器由於其耐用性而更適合於企業環境。 它們在消費者應用中可能成本過高。
  • MLC或多級單元技術通常比SLC的穩健性差,因為在每個單元中存儲兩Bits。 如果一個單元丟失,則兩個Bits將丟失。 使用MLC驅動器時,每個單元格的寫入次數都在30005000之間。MLC SSD通常有更大的容量,更便宜。 基於MLCSSD被用於部署智能管理技術的企業應用中,例如過度配置和耐久性管理。
  • eMLC或稱作企業級MLCMLC技術的一個變體,從NAND晶圓的最高質量部分收集,並進行獨特編程以增加擦除週期。 eMLC實現30,000次寫週期的耐久性水平,而一些最新的MLC只有3000個寫週期。 eMLC通過放棄數據保留進行權衡以實現這種耐力。 eMLC通過延長閃存芯片的內部頁面編程(tProg)週期來解決這個問題,該週期創建更好,更持久的數據寫入,但是降低了寫入性能。 由於eMLC固態硬盤在寫入耐久性方面介於MLCSLC之間,其價格通常在兩種類型之間。 通過增加先進的耐力管理技術,該技術可以成功地用於通用企業應用。

基於主機接口

  • SATA SSDSATA SSD基於業界標準的SATA接口。 SATA SSD為企業服務器提供合理的性能。
  • SAS SSDSAS SSD基於行業標準SAS接口。 SAS SSD結合了卓越的可靠性,數據完整性和數據故障恢復功能,使其適用於企業應用。

 4.什麼是SSD的最佳使用案例和應用程序?

SSD最適合要求最高性能的應用。 數據庫,數據挖掘,數據倉庫,分析,交易,高性能計算,服務器虛擬化,Web服務和電子郵件系統等I / O密集型應用程序最適合SSD使用。

  • SLC SSD是用於寫入緩存的首選技術,並讀取緩存應用程序,讀取隨機且寫入密集。
  • eMLC固態硬盤在處理混合讀寫操作時將越來越成為首選,特別是在預算緊張的情況下。
  • MLC SSD是讀取密集型應用程序(如訪問數據庫表)的最具成本效益的解決方案。


SSD
類型/應用程序 使用案例

閃存技術 應用種類 應用
MLC / EMLC 基於Web和客戶端 計算 前端Web
流媒體 
Web
應用程序 
電子郵箱/信息 
合作
EMLC / SLC DSS / HPC /
OLTP /
存儲
OLTP /存儲 
HPC /
超級計算 
數據倉庫/挖掘 
基礎設施 
虛擬桌面 
OLTP /
數據庫/業務處理 
數據緩存


5.
為什麼我可能會注意到寫入性能下降 
當我比較一個使用過的驅動器到一個新的驅動器?

SSD驅動器旨在用於執行大部分讀取與寫入操作的環境中。 為了使驅動器達到特定的保修期,MLC驅動器通常會在驅動器中安裝耐久性管理機制。 如果驅動器預計使用壽命將達不到其保修期,則驅動器將使用節流機制來降低寫入速度。 

 


6.我拔下了SSD並將其放入存儲空間。 我可以期望SSD保留我的數據多久,而無需重新插入SSD

這取決於閃存使用的次數(使用P / E週期),閃存的類型和儲存溫度。 在MLCSLC中,這可以低至3個月,最好的情況可以超過10年。 保留高度依賴於溫度和工作量。 

NAND技術 數據保留@評級P / E週期
SLC 6個月
EMLC 3個月
EMLC 3個月



7.什麼是過度配置?

過度配置是一種用於設計閃存SSD和閃存介質卡的技術。 通過提供額外的內存容量(用戶無法訪問),SSD控制器可以更輕鬆地創建準備在虛擬池中使用的加密塊。 過度配置改善:

  • 寫性能和IOPS
  • 可靠性和耐力

 


8.什麼是磨損平衡?

由於數據存儲應用和使用閃存轉換層(Flash Translation LayerFTL)的系統通常會進行重複的編程和擦除週期,因此NAND閃存容易磨損。 不斷編程和擦除到相同的內存位置,最終會磨損部分內存並使其無效。 因此,NAND閃存的壽命將有限。 為防止發生這些情況,在SSD中部署了特殊的算法,稱為損耗均衡。 如術語所示,耗損均衡提供了一種方法,用於在SSD內的所有內存塊中均勻分配編程和擦除週期。 這可以防止連續的編程和擦除週期到同一個內存塊,從而延長整個NAND閃存的使用壽命。 

磨損平衡有兩種類型,動態和靜態。 動態磨損算法保證數據編程和擦除週期將均勻分佈在NAND閃存中的所有塊中。 該算法是動態的,因為每當驅動器的寫入緩衝區中的數據被刷新並寫入閃存時,該算法就被執行。 動態磨損平衡本身並不能保證所有磚塊都以同樣的速度磨平。 當數據被寫入並長期存儲在閃存中或無限期地存在特殊情況時也是如此。 當其他區塊被積極地交換,擦除和匯集時,這些塊在損耗均衡過程中保持不活動。 為了確保所有的塊都以相同的速率磨平,採用了稱為靜態磨損均衡的二次磨損均衡算法。 靜態耗損均衡解決了處於非活動狀態且存儲數據的塊。 

戴爾SSD硬盤包含靜態和動態耗損均衡算法,以確保NAND塊均勻磨損,延長SSD的使用壽命。 


9.什麼是垃圾收集?

閃存由每個存儲一個或多個數據位的單元組成。 這些單元格被分組成頁面,這些頁面是可以寫入數據的最小離散位置。 頁面被收集到塊中,這是可以被擦除的最小離散位置。 閃存不能像硬盤一樣直接覆蓋它必須首先被刪除。 因此,儘管塊中的空白頁面可以直接寫入,但是如果不首先刪除整個頁面塊,則不能覆蓋它。 

當驅動器被使用時,數據改變,並且改變的數據被寫入塊中的其他頁面或新塊中。 此時,舊的(過時的)頁面被標記為無效,並且可以通過擦除整個塊來回收。 但是,要執行此操作,塊中所有其他佔用頁面上的任何有效信息都必須移至另一個塊。 在將新數據寫入同一個塊之前,重新定位有效數據然後擦除塊的要求導致寫入放大;閃存所需的寫入總數比原來要求的主機高。 當從主機移動需要擦除的數據塊的同時,同時從主機寫入新數據時,SSD也會以較慢的速度執行寫入操作。 

SSD控制器使用稱為垃圾收集的技術來釋放先前寫入的塊。 這個過程還通過移動和重寫來自多個塊的頁面來合併頁面以填充更少的頁面。 舊塊將被擦除以為新的輸入數據提供存儲空間。 但是,由於閃存塊只能寫入很多次,才會出現故障,因此重要的是對整個SSD進行磨平,以避免過早磨損任何一個塊。 

 


10.什麼是糾錯碼(ECC)?

隨著時間的推移閃存單元的惡化以及來自相鄰閃存頁面的中斷可能導致存儲的數據中的隨機比特錯誤。 雖然任何給定的數據比特被破壞的機會是相當小的,但存儲系統中的大量數據比特使得數據損壞的可能性成為非常現實的可能性。 

在閃存存儲系統中使用錯誤檢測和校正碼來保護數據免受損壞。 戴爾SSD硬盤均配備了業界最先進的ECC算法,可達到企業級不可糾正的10-17位誤碼率。

 


11.什麼是寫入放大因子(WAF)?

寫入放大因子是SSD控制器必須寫入的數據量,與主機控制器要寫入的數據量有關。 寫入放大因子1是完美的,這意味著您想要寫入1MB,而SSD的控制器寫入1MB。 寫入放大因子大於1是不可取的,但是是一個不幸的事實。 寫入放大率越高,驅動器會越快磨損,性能越低。

寫入閃存的數據 
————————————— =
寫入放大 
數據由主機寫入

 


12. SSD驅動器採取了哪些步驟來限制由於過度的寫入造成損壞單元的可能?

戴爾使用以下方法避免損壞閃存單元並延長SSD驅動器的使用壽命:

  • 過度配置:增加固態驅動器上的備用區域的過程。 它增加了可用的“準備寫入”資源池,減少了寫入放大。由於所需的背景數據移動較少,因此性能和耐力增加。 
    例如,具有100 GB可用容量的驅動器將具有額外的28 GB隱藏容量。 剩餘的容量將用於磨損平衡。
  • 戴爾校準:戴爾SSD硬盤使用靜態和動態耗損均衡技術。 耗損均衡允許將數據映射到驅動器上的不同位置,以避免太頻繁地寫入同一單元。
  • 垃圾收集:戴爾SSD硬盤配備了先進的高級垃圾收集技術。 “垃圾收集過程”不需要在每次寫入之前擦除整個塊。 它將標記為擦除的數據累積為“垃圾”,並且執行整個塊擦除作為空間回收以重新使用該塊,當驅動器不忙於I / O時,通常將其作為後台處理。
  • 數據緩沖和緩存:Dell SSD驅動器使用DRAM作為數據緩衝區,緩存以盡量減少寫入放大,從而確保由於寫入過多而損壞單元的可能性。

 


13.如何計算SSD使用壽命?

SSD的使用壽命由三個關鍵參數決定:SSD NAND閃存技術,驅動器容量和應用程序使用模型。 一般來說,可以使用以下的生命週期計算器來計算驅動器的持續時間。 

壽命[] =(耐久性[P / E週期] *容量[物理,字節] *過度配置因子)/(寫入速度[BPS] *佔空比[週期] *寫入%* WAF/36 * 24 * 3,600 ) 

參數:

  • 耐用性,NAND P / E週期:100K SLC30K eMLC3K MLC
  • 容量:SSD的可用容量
  • 過度配置因素:過度配置NAND百分比
  • 寫入速度:

以每秒字節數寫入的速度

  • 工作週期:使用工作週期
  • 寫入%:SSD使用期間的寫入百分比
  • WAF:控制器寫入根據應用使用情況計算的放大因子

14.什麼是TRIM / UNMAP和戴爾的企業 SSD驅動器支持它?

某些操作系統支持TRIM功能,該功能將刪除的文件轉換為存儲設備(SSD)上關聯的LBA(邏輯塊地址)。 對於SATA,該命令也稱為TRIM,對於SAS,該命令稱為UNMAP。 TRIM / UNMAP命令通知驅動器它不再需要某些LBA(邏輯塊地址)中的數據,然後釋放一些NAND頁面。 

TRIM / UNMAP命令需要OS,驅動器和控制器的支持才能工作。 TRIM / UNMAP命令可以從垃圾收集過程中需要重寫的簡化數據和驅動器上的更高可用空間中獲得更高的SSD性能。 當前的出貨戴爾企業級驅動器具有足夠高的性能和耐用性,即使操作系統支持這些驅動器,它們也不支持這些命令。 隨後的戴爾SSD產品正在研究這些功能。 

 

15. SSD如何保持數據完整性?

戴爾SSD硬盤數據完整性使用以下方法進行維護:

  • 強大的ECC
  • 數據通路CRC保護
  • 多元數據和FW複製
  • 元數據校驗和保護
  • 穩健的電壓軌設計,確保NAND閃存的穩定供電


突然斷電保護

與硬盤驅動器(HDD)相比,固態驅動器(SSD)具有更強的抗衝擊性,更低的功耗,更快的訪問時間和更好的讀取性能。 但是,某些SSD設計在突然斷電的情況下會面臨數據和文件系統毀’損的挑戰。 為了提供全面的數據保護,一個有效的電源故障數據保護機制需要在破壞性電源故障之前和之後起作用。 
戴爾企業SSD包含基於硬件和固件的電源故障數據保護功能。 它們包括一個電源故障檢測電路,用於監視電源電壓,並在電壓低於預定義閾值時向SSD控制器發送信號。 這將觸發SSD從輸入電源斷開,並開始將臨時緩衝數據和元數據移動到NAND閃存的必要步驟。 一個板載功率保持電路和電容器被實現為這個操作提供足夠的能量。 保持電容器被過度配置以保證驅動器使用壽命期間有足夠的能量。 

16. SSD如何完整清除資料?

可以通過多次寫入整個驅動器容量來對SSD進行清除。 戴爾目前正在研究SEDSelf Encrypting Drive)固態硬盤上的安全擦除和自加密功能,以便將來發布。 這些技術可以更快更有效地清理SSD。 


17.什麼是推薦的應用程序調整和操作系統設置?

  • 對齊的IO:對齊的IO可以對SSD的性能和耐力產生巨大的影響。 對齊SSD的固態硬盤提高了設備管理NAND寫入的效率,並且還可以通過減少導致在SSD的後台發生額外寫入的讀取 修改 寫入操作的數量來提高固態硬盤的耐用性。
  • 變化的隊列深度:隊列深度是系統和存儲設備的重要因素。 通過增加SSD設備的隊列深度可以提高效率,這樣可以更有效地處理寫入操作,並且還可以幫助減少寫入放大,從而影響SSD的耐用壽命。
  • 使用TRIM:請參閱第15節。
  • 禁用磁盤碎片整理:在磁盤驅動器上,碎片整理組織驅動器,使數據扇區彼此靠近以提高性能。 但是,在固態驅動器上,將數據靠近在一起並沒有什麼區別,因為SSD可以以相同的速度訪問數據,而不管它在哪裡。 因此,SSD的碎片整理不是必需的,實際上可能導致額外的不必要的NAND磨損。
  • 禁用索引:索引通常會加速在HDD上搜索。 但是,這對SSD不是有利的。 由於索引不斷嘗試維護系統上的文件及其屬性的數據庫,因此會導致大量的小型寫入,而SSD不會優於此類。 但是,固態硬盤在讀取方面表現優異,即使沒有索引,硬盤也能夠快速訪問數據。

18.什麼是耐力管理?

使用耐久性管理算法可確保在驅動器的保修期內有足夠的編程/擦除(P / E)週期。 如果驅動器寫入很重,固件將限制寫入。 但是,在預期的應用程序下使用SSD時,客戶很少會看到性能節制。


19.戴爾固態硬盤的保修條款是什麼?

戴爾固態硬盤有一個標準的三年保修。 對於ProSupport或更高版本的客戶,保修期將隨著您的系統保修期延長至7年。

 

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