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透過超容量快取 (OP) 維持效能與耐用性

為了避免固態硬碟被填滿無效的分頁檔,SSD 控制器垃圾資料回收功能會將超容量快取當做臨時的工作空間,以管理排定的有效分頁檔合併工作,並回收填滿無效 (或已刪除) 分頁檔的區塊。

接著會將任何回收的分頁檔/區塊加入超容量快取儲存容量中,以便進行 SSD 控制器的寫入作業並在尖峰流量負載期間發揮出最大的效能,因為讀取、抹寫和修改所有的有效分頁檔、並將其重新寫入已部分填滿無效分頁檔的區塊,會影響到效能,也就是拖慢速度。

垃圾資料回收功能獨立運作而不受作業系統影響,而且會在低活動期間自行啟動、定期自動執行,或藉由發出個別的 ATA 資料集管理執行 TRIM 指令,以排定回收垃圾的時間。

如果透過超容量快取儲存容量而隨時都有空白區塊可用,有助於持續在 NAND 快閃記憶體上有效地進行平均抹寫,因為 SSD 控制器可聰明地將寫入作業均勻地重新分散於所有 NAND 快閃記憶體晶片之間,而不影響固態硬碟在尖峰流量負載期間的整體效能。

此外,還可藉由回收任何無效分頁檔和未使用的儲存容量,將 ATA Data Set Management TRIM 指令新增至 SSD 的可用空間。

為了瞭解 OP 的效果,我們可以透過檢視 Kingston 企業 SSD、DC400 SSD 並以圖例說明。這些 SSD 配備高達 1.8TB 的容量,而且使用者可透過Kingston SSD Manager 工具以調整超容量快取空間。
我們可以調整7%或更高的 OP 等級來檢視效能及耐用性的表現。

格式化的硬碟容量 超容量快取 (OP) 尺寸 連續讀/寫頻寬 (MB/s) 穩定狀態隨機 4k 讀取/寫入 IOPS TBW
(JEDEC 企業 [1])
DWPD[2]
400GB 28% OP 555 / 535 85K / 35K 422TB 0.57
480GB 7% OP 555 / 535 85K / 11K 257TB 0.30
800GB 28% OP 555 / 530 78K / 32K 860TB 0.58
960GB 7% OP 555 / 520 78K / 11K 564TB 0.32
1,600GB 28% OP 555 / 510 78K / 32K 1678TB 0.57
1,800GB 14%OP
(高讀取)*
555 / 500 67K / 18K 1432TB 0.43

圖 3 依據儲存容量與應用等級所決定的超容量快取

在圖 3,我們會將 DC400 (400/480GB、800/960GB、1600/1800GB) 的不同配對容量與不同 OP 等級進行比較。

比較每個配對容量時,我們可以檢視下列內容:

  • 每個配對中較大容量的硬碟 (較少 OP) 可維持相同的傳輸速度 (頻寬),但隨機每秒寫入 IO (IOPS) 則會大幅降低。表示較低 OP 的硬碟可在讀取密集型應用程式中表現良好,但在寫入密集型應用程式 (與 28% OP 的硬碟相較之下) 中執行速度則較緩慢。
  • 較低超容量快取也代表每個硬碟上的資料寫入總位元組數 (TBW) (以 TB 為單位) 較低。
OP 百分比越高,SSD 就越持久。960GB DC400 可容納高達 564TB 的寫入資料,其中 800GB DC400 可達到 860TBW。Kingston 會以 JEDEC 作業量作為TBW數字的來源參考 [1] 。
  • 將 TBW 數字換算為保固期間的硬碟每日寫入量 (DWPD) 時,我們可以看到 28% OP 的硬碟幾乎可達到每天兩倍的寫入量。這也是建議將 28% OP 用於較為密集寫入型應用程式的原因。

參考內容

  1. JESD219:固態硬碟 (SSD) 耐用作業量,JEDEC 委員會 (http://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd219a)。這些客戶及企業的作業量代表業界衡量其 SSD的標準,以及其 SSD 支援的額定 TBW來源。請注意,因為應用程式獨特的 WAF,您的作業量可能有所不同,而且額定 TBW 規格可能隨時間而超過或低於作業量。

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