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Vorteile des Over-Provisioning (OP)
So verbessert OP die Lebensdauer einer SSD

Wir möchten uns etwas mit der Funktionsweise einer SSD und den Grenzen nicht-volatiler NAND-Flashspeicher befassen, damit Ihnen verständlich wird, warum eine SSD mit Over-Provisioning konfiguriert ist und welche Vorteile dies für den SSD-Controller bringt.

Jede NAND-Flashzelle hat eine begrenzte Lebensdauer, die auf der Lebensdauer ihrer Programm- und Löschzyklen (P/E) basiert. Sie wird während der Herstellung durch den NAND-Hersteller festgelegt, da jede auf einer NAND-Flashzelle durchgeführte Programm- oder Löschfunktion die Fähigkeit der Zelle, eine elektrische Ladung zuverlässig zu speichern, reduziert und somit die Datenintegrität gefährden kann.

Da jedoch die NAND-Geometrie von 2D zu 3D migriert, verbessert sich die NAND-Lebensdauer, erhöhen sich die Dichten und die Produktionskosten werden gesenkt – SSDs werden einfach immer preiswerter.

Zusammengefasst wird die SSD-Lebensdauer hauptsächlich von drei Faktoren beeinflusst:

  • NAND Flash Programm-/Löschbeständigkeit und auf Geometrie bezogene Lese-/Programm-/Löschkomplexität (in diesem Fall ist 2-dimensionale vs. 3-dimensionale Herstellungstechnologie in die Geometrie einbezogen)
  • SSD-Kapazität
  • SSD-Controller-Funktion und Effizienz (Garbage Collection, Write Amplification, Blockverwaltung, Wear-Leveling, Error Correcting Code)
So verbessert OP die Lebensdauer einer SSD

Jedes NAND-Flashspeicher-Die besteht aus mehreren Blöcken, die jeweils eine Vielzahl Seiten enthalten.

NAND-Flash wird auf Seitenebene beschrieben und gelesen, kann jedoch nur auf Blockebene gelöscht werden.

Wenn eine einzelne Seite auf einer programmierten Seite innerhalb eines Blocks modifiziert oder gelöscht werden soll, muss zuerst der gesamte Inhalt aller Seiten des Blocks in einen Zwischenspeicher kopiert und gelöscht werden, bevor der neue Blockinhalt auf dieselbe Blockadresse programmiert werden kann.


Referenzen

Eine Seite kann nur dann ohne diesen langwierigen Lesen-Modifizieren-Schreiben-Zyklus direkt in einen Block in einem NAND-Flash geschrieben werden, wenn die Seite bereits leer ist.

Wenn also viele Blöcke leer sind und über Over-Provisioning leer gehalten werden, trägt dies zu einer konstanten Leistung bei, vor allem bei zufälligen Schreibszenarien, die den höchsten Write Amplification Factor (WAF) aufweisen. [1]

  1. JESD219: Solid-State Drive (SSD) Endurance Workloads, JEDEC Committee (http://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd219a). Diese Client- und Enterprise-Workloads stellen den Standard der Branche für die Bewertung ihrer SSDs dar und werden von den klassifizierten, von ihren SSDs unterstützten TBWs abgeleitet. Beachten Sie bitte, dass Ihre Arbeitsauslastung anders sein kann und die klassifizierten TBW-Spezifikationen aufgrund der eindeutigen WAF aus Ihrer Anwendung insgesamt über oder unter Ihrer Arbeitsauslastung liegen können.

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