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Sosteniendo el rendimiento y la durabilidad por medio del sobre-aprovisionamiento (OP)

Para evitar un escenario donde el SSD esté lleno en su capacidad máxima con páginas no válidas, el exceso de spbre-aprovisionamiento es utilizado por la función de recolección de basura del controlador SSD como un espacio de trabajo temporal para gestionar fusiones programadas de páginas válidas y recuperar bloques llenos de páginas no válidas (o eliminadas).

Cualesquiera páginas/bloques recuperados se añaden a continuación a la capacidad sobre-aprovisionada, para dar cabida a las operaciones de escritura desde el controlador SSD, y para maximizar el rendimiento durante la carga de tráfico pico, ya que el impacto en el rendimiento a partir de la lectura, borrado, modificación y escritura de todas las páginas válidas de nuevo en un bloque ya parcialmente lleno de páginas no válidas, hacen de este un ejercicio lento.

La recolección de basura funciona de forma independiente del sistema operativo, y es activada automáticamente durante los períodos de baja actividad, periódicamente o mediante la emisión del respectivo comando para el TRIM Gestión de conjunto de datos (Data Set Management) de ATA, para programar una recolección de basura.

Un número siempre disponible de bloques vacíos a través de la capacidad sobre-aprovisionada ayuda a mantener una nivelación de desgaste en la NAND Flash efectiva, a medida que el controlador SSD redistribuye inteligentemente las operaciones de escritura por todas las celdas de memoria NAND flash de manera uniforme, sin afectar el rendimiento general del SSD durante cargas de tráfico pico.

Adicionalmente, el comando para el TRIM Gestión de conjunto de datos (Data Set Management) de ATA puede adicionar al espacio disponible en el SSD, al reclamar cualquier página invalida o capacidad de usuario no utilizado.

Para entender los efectos del OP, vamos a examinar los SSDs empresariales de Kingston, los SSDs DC400, para ilustración. Los SSDs se envían en capacidades de hasta 1.8TB, y le permiten a los usuarios usar la herramienta Kingston SSD Manager para ajustar el sobre-aprovisionamiento. Al ajustar el tamaño del OP, usando niveles de OP de 7% o mayores, podemos ver los efectos sobre el rendimiento y la durabilidad.

Capacidad de la unidad formateada Tamaño del sobre-aprovisionamiento (OP) Ancho de banda de lectura/escritura secuencial (MB/seg) 4k de IOPS aleatorios de Lectura/escritura constantes TBW
(JEDEC Enterprise [1])
DWPD[2]
400GB 28% de OP 555 / 535 85K / 35K 422TB 0.57
480GB 7% DE OP 555 / 535 85K / 11K 257TB 0.30
800GB 28% de OP 555 / 530 78K / 32K 860TB 0.58
960GB 7% de OP 555 / 520 78K / 11K 564TB 0.32
1600GB 28% de OP 555 / 510 78K / 32K 1678TB 0.57
1800GB 14% DE OP
(Lectura constante)*
555 / 500 67K / 18K 1432TB 0.43

Figura 3 Exceso de sobre-aprovisionamiento basado en capacidad y clase de aplicación

En la Figura 3, comparamos las diferentes capacidades emparejadas de la DC400 (400/480GB, 800/960GB, 1600/1800GB), con los diferentes niveles de OP.

Cuando comparamos las capacidades emparejadas, podemos ver los siguiente:

  • Las unidades de más alta capacidad (menos OP) en cada pareja pueden mantener las mismas velocidades (Banda ancha), pero la escritura aleatoria de IOS por segundo (IOPS) se reduce significativamente. Esto quiere decir que las unidades con menos OP se desempeñarán bien para aplicaciones de lectura intensiva, pero pueden ser más lentas para aplicaciones de escritura intensiva, comparadas con dispositivos con 28% de OP.
  • Un menor sobre-aprovisionamiento quiere decir también que el Total de bytes escritos (TBW) en Terabytes en cada unidad será menor. Entre más grande el porcentaje de OP, más puede durar un SSD. Un DC400 de 960GB puede acomodar hasta 564TB de datos escritos, mientras que una DC400 de 800GB puede alcanzar los 860TBW. Los números de los TBW se derivan del uso de Kingston de las cargas de trabajo JEDEC como referencia[1].
  • Cuando los números de TBW se traducen a Operaciones de escritura a la unidad por día (DWPD) a lo largo del período de garantía, podemos ver que las unidades con 28% de OP casi alcanzan el doble de cantidad de escrituras por día. Por esta razón, un 28% de OP es recomendado para aplicaciones de escritura más intensiva.

Referencias

  1. JESD219: Cargas de trabajo de resistencia de la unidad de estado sólido (SSD), Comité de JEDEC, (http://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd219a). Estas cargas de trabajo tipo cliente y empresarial representan un estándar, basado en el cual la industria clasifica sus SSDs, y del cual se derivan los TBW compatibles con sus SSDs. Tenga en cuenta que su carga de trabajo puede variar y las especificaciones de los TBW clasificadas pueden estar con el paso del tiempo por encima o por debajo de sus cargas de trabajo, debido a el WAF único de su aplicación.

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