Keandalan Pengujian SSD: 3dnews vs JEDEC vs akal sehat. Di mana kebenarannya, saudara?

Semua orang tahu uji keandalan SSD legendaris dari 3dnews (publikasi 2018.01), sebagai akibatnya beberapa drive anggaran melebihi sumber daya yang dinyatakan oleh pabrikan dengan faktor sepuluh.

Setelah studi ini, teori teologi konspirasi muncul bahwa produsen meremehkan sumber daya SSD anggaran, dan keyakinan tersebar bahwa hampir semua SSD mampu melakukan dan secara kualitatif melakukan perataan keausan.

Sebuah studi dari 3dnews.ru dilakukan berdasarkan pengujian Techreport.com (diterbitkan pada 2013.08.20).

Metodologi untuk mengukur ketahanan aus juga digunakan sama.

Teknik Pelaporan:

Kami dapat mendorong batas daya tahan SSD jauh lebih cepat dengan tolok ukur sintetis. Ada banyak sekali pilihan, tetapi yang terbaik adalah Anvil yang secara imajinatif bernama Storage Utilities.

Dikembangkan oleh pusat frekuensi dari forum XtremeSystems, aplikasi kecil yang praktis ini mencakup uji ketahanan khusus yang mengisi drive dengan file dengan ukuran yang bervariasi sebelum menghapusnya dan memulai proses baru. Kita dapat mengubah payload setiap loop untuk menulis jumlah data yang sama untuk setiap drive. Ada pemeriksaan hash MD5 terintegrasi yang memverifikasi integritas data, dan kecepatan penulisan lebih dari urutan besarnya lebih cepat daripada laju penulisan efektif DriveBench 2.0.

Tes ketahanan Anvil menulis file secara berurutan, jadi ini bukan simulasi dunia nyata yang ideal. Namun, ini adalah alat terbaik yang kami miliki, dan memungkinkan kami memuat drive dengan sebagian data statis untuk menantang rutinitas level-aus. Kami menggunakan 10GB data statis, termasuk salinan folder instalasi Windows 7, beberapa file aplikasi, dan beberapa film.

Teknik 3dnews.ru:

Oleh karena itu, dalam uji ketahanan kami, kami menggunakan drive yang diformat dengan sistem file NTFS, di mana dua jenis file dibuat secara berselang dan bergantian: kecil - dengan ukuran acak dari 1 hingga 128 KB dan besar - dengan ukuran acak dari 128 KB hingga 10 MB. Selama pengujian, file-file ini dengan pengisian acak dikalikan, sedangkan drive memiliki lebih dari 12 GB ruang kosong, ketika ambang ini tercapai, semua file yang dibuat dihapus, jeda singkat dibuat dan proses diulang lagi. Selain itu, ketiga jenis file tersebut juga ada pada test drive - permanen. File-file tersebut dengan volume total 16 GB tidak berpartisipasi dalam proses hapus-timpa, tetapi digunakan untuk memverifikasi operabilitas yang benar dari drive dan keterbacaan yang stabil dari informasi yang disimpan: setiap siklus pengisian SSD kami memeriksa checksum dari file-file ini dan membandingkannya dengan nilai referensi yang dihitung sebelumnya.

Dalam kedua kasus, Utilitas Penyimpanan Anvil digunakan.

1. Dan apa yang salah dengan teknik ini?

Masalahnya adalah bahwa disk terisi secara berurutan. Yang tidak sesuai dengan kasus penggunaan nyata atau prosedur ketahanan aus yang direkomendasikan oleh JEDEC (komite standardisasi teknik semikonduktor, atau disebut Solid State Technology Association, yang mencakup semua produsen memori flash terbesar).

Baik OS dan pengontrol (jika memiliki cache DRAM kecil) mengelompokkan blok-blok berturut-turut untuk merekam dan menuliskan karakteristik asli blok besar perangkat tertentu. Pada saat yang sama, praktis tidak ada perolehan perekaman dan praktis tidak perlu algoritma levelling aus.

Dalam kondisi nyata, baik pengali dan implementasi algoritma levelling aus yang berkualitas tinggi memiliki efek yang kuat pada sumber daya penyimpanan.

Masalah 1. Saat menulis file WAF secara berurutan ≈ 1

Sebuah tes yang dibangun sedemikian rupa sehingga record multiplication factor (WAF) cenderung bersatu di dalamnya diprediksi akan memberikan hasil yang terlalu tinggi pada sumber daya. Sebagian besar disk yang dianalisis oleh 3dnews (dari mana WAF dapat diekstraksi) memiliki perolehan rekaman sebesar -1-1,11. 3dnews ahli menjelaskan ini dengan algoritma pengontrol yang efisien. Hanya satu instance WAF yang harus dijelaskan oleh pengontrol yang tidak efektif.

Namun, menurut saya, intinya adalah dalam metodologi pengujian, yang menghasilkan catatan berurutan (di mana WAF → 1), yang memberikan perkiraan sumber daya SSD-drive yang berlebihan.
Selanjutnya, saya akan mengevaluasi berapa kali.

Masalah 2. Kualitas dari algoritma levelling keausan tidak diuji

Dengan pengisian disk yang berturut-turut dan penghapusan selanjutnya, mekanisme leveling keausan tidak diuji dengan baik. Jika pabrikan telah menebak untuk membuat beberapa GB disk pertama (di mana bitmap disk, FAT dan metadata lainnya berada) bekerja dalam mode SLC (atau menyimpannya dalam buffer RAM), maka algoritma leveling wear mungkin sama sekali tidak ada dalam firmware dan masih akan dicapai dengan perekaman berurutan indikator sumber daya yang sangat baik.

Masalah 3. Retensi data setelah kelelahan sumber daya tidak diuji

Jika Anda melakukan perjalanan selama beberapa bulan, maka tidak jelas apakah mungkin untuk mempercayai disk yang telah mengembangkan sumber daya paspornya.

Masalah 4. Mengisi disk secara berurutan, diikuti dengan penghapusan hampir lengkap, bukan pola perilaku yang ditentukan pengguna

Karena SSD masih merupakan sumber daya yang agak mahal, orang biasanya mencoba menggunakannya semaksimal mungkin dan meninggalkan ruang kosong minimum.

Tes yang ideal, menurut pendapat saya, adalah bahwa selama pengujian, SSD tetap tersumbat oleh 80-90%, sementara secara acak menghapus file lama dan menambahkan yang baru.

2. Merekam faktor animasi

2.1. Fragmentasi Sistem File

Karena defragmentasi dinonaktifkan untuk SSD Windows dan ukuran kluster NTFS adalah 4K secara default, dalam kehidupan nyata disk sangat terfragmentasi. Dalam hal ini, bahkan perekaman berurutan berubah dalam kecepatan menjadi hampir acak.

Untuk menuliskan 1 cluster yang diubah, controller pertama-tama harus membaca seluruh halaman perangkat keras NAND (yang dapat mencapai ratusan kilobyte), mengubah 4K, dan kemudian menulis semuanya. Jika ukuran kapasitas yang berguna dari halaman NAND adalah 64K, maka kami memiliki gain rekaman 16 kali.

2.2. Pakailah Alignment Algorithm

Algoritma seperti itu dapat diimplementasikan sebagai proses terpisah di dalam controller. Ini akan bekerja seperti ini:

Untuk memindahkan data statis ke area dengan keausan yang lebih tinggi, perlu untuk mencatat ukuran yang sama dengan data yang dipindahkan, asalkan ada blok TRIM yang dibebaskan. Dan dengan sejumlah kecil blok gratis, Anda harus membuat 2 entri untuk bertukar data.

RAM = a a = b b = RAM 

Dengan buffer DRAM yang kecil atau tidak ada, diperlukan tiga entri.

 temp = a a = b b = temp 

Operasi-operasi ini dalam algoritme perataan keausan yang ideal akan sangat jarang, karena masuk akal untuk hanya memindahkan data statis untuk menggunakan halaman yang keausan rendah, jadi kami akan mengabaikan efek dari algoritma perataan keausan pada animasi rekaman. Meskipun, tentu saja, tidak ada jaminan bahwa algoritma nyata menggunakan algoritma ideal.

2.3. Penulisan SSD khas adalah acak, blok 4-8KB

Sifat umum dari rekaman SSD pada dasarnya adalah catatan 8KB acak . Bahkan jika tidak ada fragmentasi, ukuran blok rekaman yang khas akan kurang dari ukuran halaman NAND dan akan menyebabkan rekaman berlipat ganda.

2.4. Algoritma pengumpulan sampah

Di sinilah letak jebakan terbesar. Ukuran blok dalam memori NAND mencapai beberapa megabita. Satu blok terdiri dari beberapa halaman.

Halaman dapat dibaca dan ditulis secara terpisah, dan satu blok hanya dapat dihapus sepenuhnya.

Seiring waktu, banyak halaman di blok ditandai sebagai tidak valid, karena data yang telah diubah di dalamnya dan ditulis ke lokasi lain atau karena panggilan TRIM. Dan cepat atau lambat, pengumpul sampah harus mengambil beberapa balok yang sudah terisi sebagian dan menyatukannya dengan yang benar-benar tertulis dan gratis.

Selama ada ruang kosong, maka kemungkinan besar itu tidak akan mulai, sehingga seiring waktu, banyak lubang terbentuk di blok.

Semakin sedikit ruang disk, semakin cepat WAF (Write Amplification Factor) meningkat.

Untuk menggambarkan peningkatan WAF, saya akan memberikan gambar berikut:



Gambar menunjukkan blok memori NAND dengan data terisi 87,5%, nomor halaman. Untuk mengosongkan ruang untuk perekaman, terjadi pengaturan ulang, di mana 7 blok ditulis ulang dan dihapus 1. Total WAF ternyata = 8 !

Tentu saja, Anda juga harus memperhitungkan bahwa sebagian besar SSD memiliki area cadangan tempat pencatatan redistribusi juga terjadi. Tapi, biasanya, ini kecil.

Ukuran khas area tersembunyi untuk drive konsumen adalah 7,37% , seperti Pabrikan menunjukkan ukuran dalam miliaran byte, dan sirkuit mikro memiliki kapasitas dalam gigabytes. 1 gigabyte = 1.073.741.824 byte).

Jika disk 90% penuh dan ada area tersembunyi 7,37%, WAF akan menjadi 6,18 !

WAF dapat dinilai menggunakan rumus ini:

$$

$$WAF_ \ text {pengumpulan sampah} = \ frac {1} {1 - \ frac {K_ \ text {disk full}} {K_ \ text {spare area}}}$$

K _{kepenuhan disk} - dari 0 hingga 1, di mana 1 - kepenuhan disk 100%.
_{Area cadangan} K - mulai 1, di mana 1 - 0% area cadangan, 1,1 - 10% dari area cadangan, dan sebagainya.

Perkiraan plot WA versus persentase ruang disk kosong.



Grafik menunjukkan bahwa WA serempak meningkat ketika disk menjadi penuh, mendekati 15 ketika disk penuh dengan area cadangan 7,37% (jumlah khas untuk disk konsumen, karena produsen menunjukkan ukuran dalam miliaran byte, dan sirkuit mikro memiliki kapasitas dalam gigabyte. 1 gigabyte = 1.073.741.824 byte).

Anda mungkin sendiri memperhatikan betapa ponsel mulai melambat jika hanya ada beberapa persen ruang kosong di sana. Toh, itu juga menggunakan memori flash. Menyumbat memori pada 100% tidak hanya sangat lambat, tetapi juga menghabiskan banyak sumber daya penyimpanan.

Artikel terpisah tentang topik ini .

2.5. WAF total dari semua faktor

WAF yang diperkenalkan oleh faktor-faktor yang digabungkan secara longgar berlipat ganda.

3. Metodologi untuk mengukur sumber daya dari JEDEC untuk SSD khusus

Dalam JEDEC Standar “Solid-State Drive (SSD) Endurance Workloads” September 2010, revisi JESD219A menjelaskan metodologi untuk menguji SSD.

Singkatnya: insinyur JEDEC merekam log untuk rekaman, TRIM dan flush (perintah untuk menyiram buffer ke disk) dari pengguna laptop selama 7 bulan, bekerja terutama dengan program kantor. Agaknya, Windows 7 diinstal pada laptop (mendukung TRIM sejak 2009) pada sistem file NTFS dengan ukuran cluster 4K .


Saya parsing log ini untuk memahami kegiatan apa yang dicatat di sana.

Selama pengujian, disarankan untuk mengulangi entri menggunakan log ini (Master Trace) hingga jumlah terabyte (TBW) yang diperlukan diputar, setelah itu Anda perlu memeriksa berapa lama sel menyimpan muatan (waktu retensi). Untuk SSD khusus, waktu ini seharusnya sekitar 2 tahun pada suhu penyimpanan 25 ℃ jika suhu operasi adalah 40 ℃. Karena tidak ada yang akan menunggu 2 tahun, mereka meningkatkan suhu penyimpanan, yang mengarah ke kebocoran elektron yang lebih tinggi, dan menurut tabel khusus (dibangun sesuai dengan persamaan Arrhenius ), waktu penyimpanan data pada suhu normal dihitung.



Fakta menarik:

Seperti yang Anda ketahui, memori NAND dibagi menjadi beberapa halaman yang digabungkan menjadi beberapa blok. Menulis dan membaca terjadi halaman demi halaman, dan menghapus hanya dalam blok.

Ketika Anda perlu menulis ulang sesuatu, firmware yang ideal berfungsi seperti ini: ia menulis halaman dengan data yang dimodifikasi ke blok di mana masih ada halaman tidak tertulis dan membuat halaman LBA korespondensi → baru di FTL (Flash Translation Layer), dan menandai halaman lama sebagai tidak valid. Jika tidak ada blok seperti itu, maka pengumpul sampah mulai, yang mengkompilasi data dari blok setengah diisi ke yang diisi dengan rilis blok.

Ini adalah opsi yang ideal. Tidak semua SSD kustom memiliki algoritme tingkat pakai yang baik. Seperti yang terlihat dari hasil tes 3dnews yang sangat berbeda.

Ukuran halaman tipikal adalah 8KB ke atas, dan ukuran blok 2MB ke atas. Dalam pengujian JEDEC, drive tidak pernah mengisi lebih dari 38%, oleh karena itu, seperti yang saya duga, selalu ada blok gratis di sana dan oleh karena itu tidak ada pekerjaan aktif dari pengumpul sampah, yang juga membuang-buang sumber daya SSD. Tetapi ada WAF (Write Multiplication Factor) karena fakta bahwa data kadang-kadang ditulis dengan halaman tidak lengkap, dan kadang-kadang satu catatan melewati batas halaman NAND.

Saya menulis skrip untuk menghitung WAF tergantung pada ukuran halaman dalam pengujian JEDEC. Ini WAF tergantung pada ukuran halaman NAND:

Dalam pengujian 3dnews, WAF adalah sekitar 1, karena file ditulis berurutan, dan Windows telah menulis caching, di mana sektor ditulis secara tertib.

Dalam skenario tipikal, ketika halaman adalah 8K (Samsung 840 EVO) WAF hanya 1,11 (kesalahan 11% dari data dari 3dnews), yang tampaknya dimaafkan. Tetapi jika kita memperhitungkan WAF, yang memperkenalkan algoritma pengumpulan sampah, maka kita tidak bisa memaafkan.

4. Metodologi JEDEC untuk menguji drive perusahaan untuk ketahanan aus

Ini dijelaskan jauh lebih formal dan kondisinya lebih parah. Persentase rekaman yang jelas dari berbagai panjang ditentukan. Rekaman hingga 4096 byte dalam ukuran dapat digeser secara acak, dan dengan panjang lebih dari 4K harus disejajarkan pada offset 4K.

Perhitungan WAF tergantung pada ukuran halaman.

5. Perhitungan perubahan hasil pengujian 3dnews

Kami membutuhkan faktor koreksi untuk mengubah ketahanan aus menurut 3dnews menjadi ketahanan aus sesuai dengan metode Jedec.

Untuk memulainya, kami akan mengurangi hasil yang dicapai sebanyak 2 kali, karena pengujian tidak memeriksa daya tahan penyimpanan. Tidak ada yang ingin menemukan bahwa setelah liburan, drive di komputernya berhenti bekerja atau ditutupi dengan yang buruk. Nomor 2 diambil dari langit-langit.

Menurut metode JEDEC, disk hanya 38% penuh, yang memberi kita peningkatan WAF karena pengumpulan sampah 1,55 kali (sesuai dengan rumus di atas). Rasio ini akan berada di penyebut.

Selanjutnya, kita akan memperhitungkan faktor penggandaan catatan tergantung pada ukuran halaman NAND (diperoleh dengan menganalisis pengujian SSD khusus menggunakan metode JEDEC) dan dikalikan dengan WAF, yang kita miliki dari pengumpul sampah.

$$

$$K_ \ text {amendments} = \ frac {2 * WAF_ \ text {pengumpul sampah dari kepenuhan disk} * WAF_ \ text {ukuran halaman dan sifat catatan}} {WAF_ \ text {pengumpulan sampah Jedec}}$$

Faktor koreksi untuk disk dengan luas berlebih 7,37%.

6. Amandemen hasil pengujian 3dnews untuk menggunakan SSD khusus di server

Saya harus mengatakan bahwa ini adalah ide yang buruk. Tetapi banyak yang melakukannya. Oleh karena itu, kami akan mencoba menghitung faktor koreksi untuk menentukan sumber daya disk pengguna sebagai yang server. Kami mengambil ketahanan aus dari pengujian 3dnews dan membaginya dengan koefisien yang diperlukan untuk mendapatkan sumber daya yang diharapkan (metodologi JEDEC) untuk penggunaan perusahaan.
Server tidak memerlukan penyimpanan jangka panjang dalam kondisi terputus, seperti pada SSD pengguna. Berikut adalah tabel terkait:



Pada suhu tipikal 50 ℃ operasi di bawah beban, drive harus menyediakan 58 minggu ≈ 1 tahun penyimpanan data dalam keadaan tidak aktif pada 25 ℃.

Untuk aplikasi khusus (di mana keamanan data diperlukan selama 2 tahun dalam keadaan tidak aktif), kami mengurangi sumber daya sebanyak 2 kali. Untuk penggunaan perusahaan, umur simpan yang lama tidak diperlukan, jadi kami mengambil jumlah yang lebih kecil, misalnya, 1.3.

Setelah itu, kami mengalikannya dengan WAF, yang merupakan tipikal untuk beban perusahaan, dan kemudian kami memperhitungkan pekerjaan pengumpul sampah dan mendapatkan tabel koefisien berikut. Hasil yang diperoleh oleh 3dnews perlu dibagi dengan angka ini.

Ada masalah dengan fakta bahwa standar tidak menggambarkan ukuran area cadangan atau ruang kosong untuk drive perusahaan. Oleh karena itu, kami tidak dapat secara akurat mengevaluasi WAF dari _{tes perusahaan JEDEC} , jadi kami akan mengambil nomor ini (1,55) dari tes SSD kustom JEDEC.

Faktor koreksi untuk disk dengan luas berlebih 7,37%.

8. Kesimpulan

Jika Anda tidak pernah mematikan komputer selama beberapa bulan, ukuran halaman NAND tidak lebih dari 16KB, dan disk kira-kira setengah penuh, maka indikator sumber daya yang dicapai oleh 3dnews perlu dibagi 3.

Untuk skenario tipikal (hunian disk 90%, ukuran halaman 8KB), untuk mendapatkan sumber daya sesuai standar JEDEC, bagi dengan 9 sumber daya yang diperoleh oleh 3dnews.

Jika Anda terkadang melakukan perjalanan yang sangat panjang, dan drive tidak digunakan saat ini, saya menyarankan Anda untuk tetap berada dalam sumber daya paspor, setelah itu drive harus diubah.

Untuk kasus yang jarang terjadi, ketika ukuran halaman NAND lebih dari 16KB, dan disk diisi cukup padat, maka untuk menghitung sumber daya sebenarnya dari drive, perlu dikurangi dengan puluhan, dan kadang-kadang ratusan kali.

Dan jika Anda menempatkan drive anggaran di server, maka berhati-hatilah baik dari serangan dan cadangan. Anda tidak akan memiliki waktu dan kecepatan respons yang stabil, perlindungan daya dan barang lainnya dari drive perusahaan, tetapi Anda dapat menghitung sumber daya menggunakan pembagi koreksi dari tabel yang sesuai dari artikel. Dalam kasus khusus, bagi dengan 11.

Referensi

→ Mengoptimalkan Linux dengan flash drive murah
→ Cara menentukan ukuran halaman dan blok memori flash

Kesalahan PS Direct yang Anda perhatikan di PM. Saya meningkatkan karma untuk ini.

Terima kasih atas gambar TripletConcept .

---

Anda dapat memesan mesin virtual dengan SSD dari RUVDS untuk kupon di bawah ini.