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Maintenir les niveaux de performance et d'endurance avec l'over-provisioning (OP)

Pour éviter que la capacité totale du SSD soit mobilisée par des pages invalides, la fonction d'élimination des données inutilisée (nettoyage de la mémoire) opérée par le contrôleur SSD utilise l'over-provisioning comme espace temporaire pour gérer les fusions programmées des pages valides et récupérer les blocs contenant des pages invalides (ou supprimées).

Les pages/blocs récupérés sont ajoutés à la capacité d'over-provisioning pour faciliter les écritures du contrôleur SSD et optimiser la performance pendant les pics de trafic. En effet, la lecture, l'effacement, la modification et l'écriture de toutes les pages valides dans un bloc partiellement rempli de pages invalides peuvent devenir une procédure lente, et avoir un impact indésirable sur les performances.

L'élimination des données inutilisées est indépendante du système d'exploitation. Elle est automatiquement déclenchée pendant les périodes de faible activité, périodiquement ou par la commande TRIM de la gestion des données ATA pour programmer le nettoyage des composants mémoire.

L'over-provisioning est donc une réserve de blocs vides toujours disponibles. Il supporte une répartition d'usure efficace des composants Flash NAND. Il permet au contrôleur SSD de redistribuer de manière uniforme et intelligente les écritures sur toutes les cellules Flash NAND, sans affecter la performance générale du disque SSD pendant les périodes de trafic intensif.

En outre, la commande TRIM de la gestion des données ATA peut augmenter l'espace disponible du SSD en récupérant des pages invalides et des cellules utilisateurs disponibles.

Pour comprendre les effets de l'OP, nous examinerons les SSD Enterprise de Kingston, et en particulier le SSD DC400, comme exemple. Les disques SSD sont fournis en diverses capacités allant jusqu'à 1,8To. Ils mettent à la disposition des utilisateurs le Kingston SSD Manager qui permet d'ajuster l'over-provisioning. En modifiant le niveau de l'OP à partir de 7%, nous constatons divers effets sur la performance et l'endurance.

Capacité formatée du disque Taille de l'over-provisioning (OP) Lecture séquentielle/ Bande passante d'écriture (Mo/s) IOPS Régime permanent 4k en lecture/ Écriture aléatoire TOE / TBW (JEDEC Enterprise [1]) ECDJ [2]
400Go OP 28% 555 / 535 85K / 35K 422To 0,57
480Go OP 7% 555 / 535 85K / 11K 257To 0,30
800Go OP 28% 555 / 530 78K / 32K 860To 0,58
960Go OP 7% 555 / 520 78K / 11K 564To 0,32
1600Go OP 28% 555 / 510 78K / 32K 1678To 0,57
1800Go OP 14%
(Lecture intensive)*
555 / 500 67K / 18K 1432To 0,43

Figure 3. Over-provisioning basé sur la capacité et la classe d'application

Dans la Figure 3, nous comparons les différentes capacités du SSD DC400 (400/480Go, 800/960Go, 1600/1800Go) avec différents niveaux d'OP.

Lorsque nous comparons chacune des capacités associées, nous constatons :

  • Dans chaque paire, les disques à haute capacité (OP inférieur) peuvent maintenir les mêmes débits de transfert (bande passante), mais les entrées/sorties par seconde (IOPS) en écriture aléatoire sont considérablement réduites. Par conséquent, les disques avant un niveau d'OP inférieur bénéficieront d'une meilleure performance pour les applications intensives en lecture, mais peuvent être plus lents pour supporter des applications intensives en écriture, par rapport à des disques ayant un OP de 28%.
  • Un niveau d'over-provisioning inférieur implique aussi que le Nombre total d'octets écrits (TOE) en Téra-octets (To) sera plus bas sur chaque disque. Plus le pourcentage d'OP est élevé, plus la longévité du SSD sera longue. Un disque DC400 960Go peut contenir jusqu'à 564To de données écrites, alors que le DC400 800Go peut en contenir 860To. Le Total d'octets écrits (TOE) est dérivé par Kingston qui utilise les charges de travail JEDEC comme référence [1].
  • Lorsque les valeurs TOE sont converties en Écritures complètes de disque par jour (ECDJ) pendant la période de garantie, nous voyons que les disques ayant un OP de 28% ont presque doublé le nombre d'écritures par jour. C'est pourquoi un OP de 28% est recommandé pour les applications intensives en écriture.

Références

  1. JESD219: Charges de travail d'endurance pour disques semi-conducteurs (SSD), Comité JEDEC (http://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd219a). Ces charges de travail Client et Entreprise sont une référence industrielle. Elles permettent d'étalonner les SSD et de dériver leur TOE. Précisons que votre charge de travail peut varier dans le temps et que les spécifications du TOE peuvent être supérieures ou inférieures à votre charge de travail, du fait du FAE unique de votre application.

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