ตรวจสอบรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลกระทบจากโควิด-19 ต่อธุรกิจของเราได้โดยคลิกที่นี่.

ข้อดีของ Over-Provisioning (OP)

OP ส่งผลต่อประสิทธิภาพของ SSD อย่างไร

ดายหน่วยความจำ NAND Flash แต่ละตัวประกอบไปด้วยบล็อคข้อมูลเป็นจำนวนมากที่ทำหน้าที่จัดเก็บเพจข้อมูลอีกเป็นจำนวนมาก

สามารถอ่านและเขียนข้อมูลไปยัง NAND Flash ได้ในระดับเพจ แต่การลบจะต้องทำเป็นบล็อคเท่านั้น

หากเพจข้อมูลใดต้องมีการแก้ไขหรือลบข้อมูลภายในเพจที่เขียนโปรแกรมไว้แล้วในบล็อคเดียวกัน ข้อมูลในบล็อคทั้งหมดที่จัดเก็บเพจเป็นจำนวนมากจะถูกอ่านข้อมูลไปยังหน่วยความจำชั่วคราวก่อน จากนั้นจึงทำการลบข้อมูล ก่อนที่จะสามารถเขียนโปรแกรมข้อมูลบล็อคใหม่ไปยังที่อยู่บล็อคเดียวกัน

กรณีเดียวที่สามารถเขียนข้อมูลเพจโดยตรงไปยังบล็อค NAND Flash ได้โดยตรงโดยไม่ผ่านขั้นตอนการแก้ไขการอ่านและเขียนข้อมูลนี้คือในกรณีที่เพจว่างอยู่แล้ว

การปล่อยบล็อคเป็นจำนวนมากว่างไว้และสำรองพื้นที่ผ่านการจัดสรรทรัพยากรส่วนเกินจะช่วยทำให้ประสิทธิภาพในการทำงานดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับงานเขียนแบบสุ่มที่มีอัตราการเขียนข้อมูลซ้ำซ้อน (WAF) มากที่สุด1

OP ส่งผลต่อความทนทานของ SSD อย่างไร

เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับสาเหตุที่ SSD ถูกกำหนดค่าให้มีการจัดสรรทรัพยากรส่วนเกิน และประโยชน์ที่จะเกิดขึ้นกับชุดควบคุม SSD เราจำเป็นต้องศึกษาการทำงานของ SSD และข้อจำกัดต่าง ๆ ของหน่วยความจำ NAND Flash แบบไม่ลบเลือน

เซลล์ NAND Flash แต่ละตัวมีอายุการใช้งานที่จำกัดตามความทนทานในการเขียนโปรแกรมและลบข้อมูล (P/E) ซึ่งจะถูกประเมินระหว่างกระบวนการผลิตโดยผู้ผลิต NAND Flash เนื่องจากขั้นตอนการเขียนโปรแกรมหรือลบข้อมูลในเซลล์ NAND Flash จะส่งผลกระทบต่อขีดความสามารถของเซลล์ในการจัดเก็บประจุไฟฟ้าอย่างมีเสถียรภาพ ซึ่งจะส่งผลต่อความสมบูรณ์ของข้อมูล

ทั้งนี้โครงสร้าง NAND ได้ปรับเปลี่ยนจาก 2D เป็น 3D ทำให้ความทนทานของ NAND มีมากขึ้น ความหนาแน่นของดายเพิ่มขึ้นและลดต้นทุนในการผลิตลง ทำให้ SSD มีราคาประหยัดมากขึ้น

โดยสรุป มีปัจจัยสำคัญสามอย่างที่ส่งผลต่อความทนทานของ SSD ได้แก่
  • โปรแกรมแฟลช NAND/ความทนทานในการลบและการอ่านข้อมูลเชิงโครงสร้าง/ความซับซ้อนในการลบข้อมูล (โครงสร้างในที่นี้ครอบคลุมทั้งเทคโนโลยีการผลิต 2 มิติและ 3 มิติ)
  • ความจุของ SSD
  • ขีดความสามารถของชุดควบคุม SSD และประสิทธิภาพในการทำงาน (ระบบจัดเก็บข้อมูลขยะ การเขียนข้อมูลซ้ำซ้อน การจัดการบล็อคข้อมูล การกระจายการสึกหรอ และการแก้ไขข้อผิดพลาด)

การควบคุมประสิทธิภาพและความทนทานผ่าน Over-Provisioning (OP)

เพื่อป้องกันกรณีที่ SSD ถูกเขียนข้อมูลเต็มความจุเป็นเพจที่มีข้อมูลผิดพลาด การจัดสรรทรัพยากรส่วนเกินจะถูกใช้โดยระบบจัดเก็บข้อมูลขยะของชุดควบคุม SSD เพื่อทำหน้าที่เป็นพื้นที่ชั่วคราวสำหรับจัดการการผสานเพจที่ต้องการและคืนพื้นที่บล็อคข้อมูลที่มีข้อมูลเพจที่ไม่ถูกต้อง (หรือที่ถูกลบทิ้ง)

เพจ/บล็อคที่ถูกคืนพื้นที่จะถูกเพิ่มเป็นความจุพื้นที่จัดสรรส่วนเกินเพื่อรองรับการเขียนข้อมูลจากชุดควบคุม SSD และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานระหว่างช่วงการรับส่งข้อมูลเป็นจำนวนมากที่มักส่งผลต่อความเร็วในการอ่าน ลบ แก้ไขและเขียนเพจข้อมูลที่ถูกต้องไปยังบล็อคที่มีข้อมูลอยู่แล้วบางส่วนด้วยข้อมูลเพจที่ไม่ต้องการอาจทำให้เกิดความล่าช้า

ระบบจัดเก็บข้อมูลขยะจะทำงานเป็นอิสระจากระบบปฏิบัติการ และจะเริ่มการทำงานอัตโนมัติระหว่างช่วงเวลาที่มีการทำงานต่ำ โดยทำงานเป็นช่วง ๆ หรือโดยการใช้คำสั่ง ATA Data Set Management Trim ที่เกี่ยวข้องเพื่อกำหนดเวลาการจัดเก็บข้อมูลขยะ

จำนวนบล็อคเปล่าที่มีจัดสรรไว้ตลอดเวลาผ่านความจุการจัดสรรทรัพยากรส่วนเกินช่วยให้การสึกหรอของชิ้นส่วน NAND Flash เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากชุดควบคุม SSD มีการกระจายการทำงานแบบอัจฉริยะไปยังเซลล์หน่วยความจำ NAND Flash อย่างทั่วถึงโดยไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพในการทำงานโดยรวมของ SSD ระหว่างช่วงที่มีการรับส่งข้อมูลเป็นจำนวนมาก

นอกจากนี้ ชุดคำสั่ง ATA Data Set Management TRIM ยังสามารถเพิ่มพื้นที่ใช้งานให้กับ SSD โดยการกู้พื้นที่หน้าเพจที่ไม่ถูกต้องและพื้นที่ความจุใช้งานของผู้ใช้ที่ยังไม่ได้ถูกใช้งาน

ความจุไดร์ฟที่ฟอร์แมตแล้วขนาดการจัดสรรทรัพยากรส่วนเกินแบนด์วิธการเขียน/อ่านข้อมูลตามลำดับIOPS การอ่าน/เขียนข้อมูล 4k ต่อเนื่องแบบสุ่มTBW (JEDEC Enterprise1)DWPD2
480GB (DC500R) 7% 550/500MB/s 98,000/12,000 IOPS 438 0.5
480GB (DC500M) 32% 555/520MB/s 98,000/58,000 IOPS 1139 1.3
960GB (DC500R) 7% 555/520MB/s 98,000/20,000 IOPS 876 0.5
960GB (DC500M) 32% 555/520MB/s 98,000/70,000 IOPS 2278 1.3
1920GB (DC500R) 7% 555/520MB/s 98,000/24,000 IOPS 1752 0.5
1920GB (DC500M) 32% 555/520MB/s 98,000/75,000 IOPS 4555 1.3
3840GB (DC500R) 7% 555/520MB/s  98,000/28,000 IOPS  3504  0.5
3840GB (DC500M)  32% 555/520MB/s  98,000/75,000 IOPS 9110  1.3
การจัดสรรทรัพยากรส่วนเกินตามความจุและคลาสของแอพพลิเคชั่น

เพื่อให้เข้าในเกี่ยวกับการทำงานของ OP เราจะพิจารณาจาก DC500R SSD ซึ่งเป็น SSD ระดับองค์กรจาก Kingston กันดู SSD นี้มีความจุสูงสุด 3.84TBผู้ใช้จึงสามารถใช้ Kingston SSD Manager เพื่อปรับแต่งการจัดสรรทรัพยากรส่วนเกิน (OP) เมื่อทำการปรับขนาด OP จะเห็นประสิทธิภาพที่ดีขึ้นและความทนทานที่มากขึ้นโดยใช้เกณฑ์ OP ที่ 7% หรือสูงกว่า

ขณะทำการเปรียบเทียบคู่ความจุแต่ละคู่ สิ่งที่เราพบคือ:
  1. ไดร์ฟที่มีความจุมากกว่า (OP น้อยกว่า) ในแต่ละคู่จะรักษาระดับความเร็วในการโอนข้อมูล (แบนด์วิธ) ได้เท่าเดิม แต่ IO ในการเขียนข้อมูลแบบสุ่มต่อวินาที (IOPS) จะลดลงอย่างมาก ซึ่งหมายถึงไดร์ฟที่ OP ต่ำกว่าจะเหมาะสำหรับแอพพลิเคชั่นที่ต้องอ่านข้อมูลเป็นหลัก แต่จะทำงานช้ากว่าสำหรับแอพพลิเคชั่นที่เน้นการเขียนข้อมูลเมื่อเทียบกับไดร์ฟที่มี OP 32%
  2. การจัดสรรทรัพยากรส่วนเกินที่ต่ำกว่าจะทำให้จำนวนไบต์รวมที่เขียน (TBW) เป็นเทราไบต์สำหรับไดร์ฟแต่ละตัวต่ำกว่า เปอร์เซ็นต์ OP ที่สูงกว่าจะทำให้ SSD มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 960GB DC500R สามารถรองรับการเขียนข้อมูลสูงสุดถึง 876TBW ในขณะที่ 800GB DC500R สามารถทำได้ที่ 860TBWจำนวน TBW คำนวณตามรูปแบบการทำงานของ Kingston ภายใต้มาตรฐาน JEDEC1.
  3. ขณะแปลงตัวเลข TBW เป็นจำนวนการเขียนข้อมูลไดร์ฟต่อวัน (DWPD) ระหว่างระยะเวลารับประกัน จะเห็นว่าไดร์ฟที่มี OP 32% สามารถรองรับจำนวนการเขียนข้อมูลได้ถึงเกือบสองเท่าต่อวัน ด้วยเหตุนี้ OP 32% จึงแนะนำสำหรับแอพพลิเคชั่นที่เน้นการเขียนข้อมูลเป็นหลัก

คอยติดตามข่าวสาร! สมัครรับอีเมลของเราเพื่อรับทราบข่าวสารและข้อมูลจาก Kingston