SSD Enterprise versus Klien

Banyaknya pusat data perusahaan yang membutuhkan hasil data lebih tinggi dan latensi transaksi rendah yang sebelumnya bergantung pada Hard Disk Drive (HDD) dalam server mereka, sekarang mengalami hambatan performa dan sedang mempertimbangkan Solid State Drive (SSD) sebagai solusi penyimpanan yang layak untuk meningkatkan performa pusat, efisiensi, keandalan pusat data, dan mengurangi pengeluaran operasi secara keseluruhan (OpEx).

Tahap awal untuk memahami perbedaan antar kelas SSD, kita harus membedakan kedua komponen utama SSD – Pengontrol Penyimpanan Flash (atau SSD Pengontrol) dan memori Flash NAND non-volatile yang digunakan untuk menyimpan data.

Di pasaran saat ini, penggunaan SSD dan memori Flash NAND terbagi menjadi tiga grup utama:
  • Perangkat konsumen (Tablet, kamera, dan ponsel seluler),
  • Sistem klien (Netbook, notebook, Ultrabook, AIO, komputer pribadi dekstop), tertanam/industri (Kios game, sistem yang dibuat untuk tujuan tertentu, informasi yang disampaikan dengan tampilan digital)
  • Platform komputasi perusahaan (HPC, server pusat data).

Memilih perangkat penyimpanan SSD yang tepat untuk pusat data perusahaan merupakan proses pembelajaran serta pemilihan dari berbagai jenis vendor dan produk SSD yang bisa membutuhkan waktu lama dan sulit karena tidak semua SSD dan memori Flash NAND dibuat sama.

SSD diproduksi untuk dapat diterapkan dengan mudah sebagai pengganti atau pelengkap untuk Hard Disk Drive (HDD) yang berbasis pelat magnet berotasi dan tersedia dalam beberapa faktor bentuk berbeda, termasuk protokol / antarmuka komunikasi 2.5” termasuk Serial ATA (SATA), Serial Attached SCSI (SAS), dan paling terkini adalah PCIe untuk mentransfer data ke dan dari server Unit Pemroses Pusat (CPU).

Namun, SSD yang lebih mudah untuk diterapkan tidak menjamin semua SSD akan sesuai dalam jangka panjang untuk penggunaan perusahaan yang mereka pilih; seringkali, biaya untuk memilih SSD yang salah dapat meniadakan penghematan biaya awal dan keuntungan performa yang didapatkan ketika SSD rusak lebih cepat karena aktivitas tulis yang terlalu banyak, mendapatkan performa tulis berkelanjutan lebih rendah dari jangka waktu yang diharapkan atau menambahkan latensi tambahan dalam susunan penyimpanan dan karena itu, membutuhkan pengganti lebih awal.

Kami akan membahas tiga kualitas utama yang membedakan SSD kelas enterprise dan klien untuk membantu dalam pembelian yang tepat ketika mengganti atau menambah penyimpanan lebih ke pusat data enterprise.

Performa

SSD dapat memberikan performa baca dan tulis yang tinggi untuk kedua permintaan data secara berurutan dan acak dari CPU melalui penggunaan arsitektur multi-saluran dan akses paralel dari SSD Pengontrol ke chip Flash NAND.

Dalam skenario pusat data tipikal yang termasuk memproses jutaan byte data perusahaan secara acak, termasuk kolaborasi gambaran CAD teknis, data seismik untuk analisis (misalnya, Big Data), atau mengakses data pelanggan dari seluruh dunia untuk transaksi perbankan (misalnya, OLTP), perangkat penyimpanan harus dapat diakses dengan latensi paling sedikit dan dapat melibatkan banyak jumlah klien yang membutuhkan akses ke data yang sama secara bersamaan tanpa penurunan dalam waktu tanggapan. Pengalaman pengguna berdasarkan memiliki latensi rendah, yang meningkatkan produktivitas pengguna.

Aplikasi klien hanya akan melibatkan satu pengguna atau akses aplikasi dengan delta yang lebih tinggi ditolerir antara waktu respons minimal dan maksimal (atau latensi) pada tindakan pengguna atau sistem apa pun.

Susunan penyimpanan yang rumit menggunakan SSD (misalnya, Network Attached Storage, Direct Attached Storage, atau Storage Area Network) juga terpengaruh secara negatif melalui performa yang tidak selaras dan dapat menyebabkan kekacauan pada latensi susunan penyimpanan, performa berkelanjutan dan akhirnya, kualitas layanan yang didapatkan oleh pengguna.

Tidak seperti SSD klien, SSD kelas enterprise milik Kingston dioptimalkan tidak hanya untuk performa tertinggi dalam beberapa detik pertama saat mengakses tetapi menggunakan area over-provisioned (OP), mereka juga menawarkan performa stabil berkelanjutan yang lebih tinggi dalam jangka waktu yang lama. Informasi selengkapnya tentang drive tertentu dapat ditemukan di situs web Kingston di bawah SSD Enterprise.1

Ini menjaminkan performa susunan penyimpanan tetap konsisten dengan persyaratan Kualitas Layanan (QoS) yang diharapkan oleh organisasi ketika beban lalu lintas tinggi.

Keandalan

Memori Flash NAND memiliki sejumlah isu inheren yang berkaitan dengannya, dua hal yang terpenting termasuk jangka usia yang terbatas karena sel Flash NAND dapat rusak ketika ditulis berulang kali dan tingkat kesalahan yang terjadi secara alami.

Selama proses produksi Flash NAND, setiap die dari Flash NAND dipotong dari wafer silikon yang diuji dan digolongkan dengan Rasio Kesalahan Bit (BER atau RBER).

BER menggambarkan tingkat kesalahan bit yang terjadi secara alami dalam Flash NAND tanpa bantuan dari Kode Koreksi Kesalahan (ECC) dan SSD Pengontrol mengoreksi dengan menggunakan on-the-fly Advanced ECC (biasanya disebut BCH ECC, Strong ECC, atau koreksi kesalahan LDPC menggunakan produsen SSD pengontrol yang berbeda) tanpa mengganggu akses pengguna atau sistem.

Kemampuan SSD pengontrol untuk mengoreksi kesalahan bit tersebut dapat diinterpretasikan dengan Rasio Kesalahan Bit yang Tidak Dapat Dikoreksi (UBER), “data metrik tingkat rusak sama dengan jumlah kesalahan data per bit baca setelah menerapkan metode koreksi kesalahan yang ditentukan”. 1

Seperti yang dijelaskan oleh asosiasi standar industri, JEDEC pada tahun 2010 dengan dokumen JESD218A: Persyaratan dan Metode Pengujian Daya Tahan Solid State Drive (SSD) serta JESD219: Beban Kerja Daya Tahan Solid State Drive (SSD), kelas enterprise berbeda dalam berbagai aspek dari SSD kelas klien termasuk tetapi tidak terbatas dalam kemampuan mereka untuk mendukung beban kerja tulis yang lebih berat, kondisi lingkungan yang lebih ekstrem dan pemulihan dari BER yang lebih tinggi dibandingkan SSD klien.23

Kelas
Aplikasi
Beban Kerja
(lihat JESD219)
Active Use
(power on)
Retention Use
(power off)
UBER
Requirement
Klien Klien 40° C
8 hrs/day
30° C
1 year
≤10 -15
Enterprise Enterprise 55° C
24hrs/day
40° C
3 months
≤10 -16

Tabel 1 - JESD218A: Persyaratan dan Metode Pengujian Daya Tahan Solid State Drive (SSD)
Hak Cipta JEDEC. Diprokdusi ulang dengan perizinan JEDEC.

Menggunakan persyaratan UBER yang diajukan oleh JEDEC untuk SSD enterprise versus klien, SSD kelas enterprise diharapkan hanya mengalami 1 kesalahan bit yang tidak dapat dipulihkan dengan rasio 1 bit kesalahan untuk setiap 10 kuadriliun bit (~1,11 Petabyte) dibandingkan SSD klien dengan 1 bit kesalahan untuk setiap 1 kuadriliun bit (~0,11 Petabyte) yang diproses.

SSD enterprise milik Kingston akan menambahkan teknologi tambahan yang akan memungkinkan untuk pemulihan blok data yang rusak dengan menggunakan data paritas yang disimpan di dalam die NAND lainnya (sama dengan drive RAID yang memungkinkan untuk pemulihan blok khusus yang dapat dibangun ulang dengan data paritas yang disimpan dalam blok lainnya).

Untuk melengkapi teknologi pemulihan blok data berlebihan yang dibuat di dalam SSD enterprise milik Kingston, pembuatan titik pemeriksaan berkala, Pemeriksaan Redundansi Siklik (CRC), dan koreksi kesalahan ECC juga diterapkan dalam skema perlindungan secara keseluruhan untuk menjamin integritas data dari host ke flash dan kembali ke host. Perlindungan data secara keseluruhan berarti data yang diterima dari host diperiksa atas integritasnya saat penyimpanan di dalam cache internal SSD dan ketika ditulis atau dibaca kembali dari area penyimpanan NAND.

Sama dengan perlindungan ECC dari kesalahan bit yang ditingkatkan untuk SSD kelas enterprise, SSD juga mungkin mengandung sirkuit untuk deteksi kehilangan daya yang mengelola kapasitor penyimpanan daya di SSD. Dukungan Gangguan Daya dalam perangkat keras memonitor daya yang akan masuk ke SSD, selama kehilangan daya mendadak, ia memberikan daya temporer ke sirkuit SSD dengan menggunakan kapasitor Tantalum untuk menyelesaikan tulis berlebihan yang dikeluarkan secara internal atau eksternal sebelum mematikan SSD. Sirkuit perlindungan Gangguan Daya biasanya dibutuhkan untuk penggunaan di mana data yang hilang tidak dapat dikembalikan.

Perlindungan Gangguan Daya juga dapat diterapkan pada firmware SSD dengan melakukan reset data yang rutin dalam area cache dari SSD pengontrol (misalnya, tabel FTranslation Layer) ke penyimpanan NAND – hal ini tidak menjamin data tidak akan hilang selama proses kehilangan daya, tetapi meminimalkan dampak dari pemadaman daya yang tidak aman. Perlindungan Gangguan Daya Firmware juga memastikan bahwa SSD tidak rusak setelah mengalami pemadaman yang tidak aman.

Dalam kebanyakan situasi, penggunaan Penyimpanan Berbasis Perangkat Lunak atau pengelompokan server dapat mengurangi kebutuhan dukungan Gangguan Daya berbasis perangkat keras karena semua data telah disalin ke perangkat penyimpanan yang terpisah dan independen pada server berbeda. Pusat data berskala web seringkali dikeluarkan dengan dukungan Gangguan Daya yang menggunakan Penyimpanan Berbasis Perangkat Lunak yang berlaku pada server RAID untuk menyimpan lebih banyak salinan data yang sama.

Daya tahan

Semua memori Flash NAND yang berada di dalam perangkat penyimpanan Flash menurunkan kemampuan mereka untuk menyimpan setiap bit data secara andal dengan semua program atau siklus (P/E) penghapusan dari sel memori Flash NAND hingga blok Flash NAND tidak dapat menyimpan data tersebut; pada waktu itu, blok yang menurun atau buruk dihapus dari kumpulan penyimpanan pengguna dan alamat blok logis (atau LBA) dipindah ke alamat fisik yang baru pada susunan penyimpanan Flash NAND. Blok penyimpanan yang baru menggantikan blok yang buruk menggunakan kumpulan Blok Suku Cadang yang merupakan bagian dari penyimpanan Over Provisioned (OP) di SSD.

Dengan sel yang diprogram atau dihapus secara konstan, BER juga meningkat secara linier dan karena itu teknik manajemen yang rumit harus diterapkan pada SSD Pengontrol enterprise untuk mengelola kemampuan sel tersebut dalam menyimpan data selama jangka usia SSD.4

Daya tahan P/E dari memori Flash NAND yang diberikan sangatlah bervariasi, tergantung pada proses produksi litografi dan jenis Flash NAND yang diproduksi.

Jenis memori flash NANDTLCMLCSLC
Arsitektur 3 bit ber sel 2 bit ber sel 1 bit ber sel
Capacity Kapasitas tertinggi Kapasitas tinggi Kapasitas terendah
Daya tahan (P/E) Daya tahan terendah Daya tahan menengah Daya tahan tinggi
Biaya $ $$ $$$$
Perkiraan Tingkat Kesalahan Bit (BER) NAND 10^4 10^7 10^9

Tabel 2 – Jenis memori flash NAND 56

SSD enterprise juga akan berbeda dari SSD klien terkait siklus tugas mereka. SSD kelas enterprise harus dapat menahan aktivitas baca atau tulis yang berat dalam skenario tipikal dengan server pusat data yang membutuhkan akses ke data selama 24 jam setiap harinya dalam seminggu, dibandingkan dengan SSD kelas klien yang biasanya hanya digunakan sepenuhnya selama 8 jam per hari dalam seminggu. SSD enterprise memiliki siklus tugas 24x7 dibandingkan dengan SSD klien yang memiliki siklus tugas 20/80 (20% waktu aktif, 80% dalam mode tidak aktif atau tidur selama penggunaan komputer).

Memahami daya tahan tulis untuk aplikasi atau SSD apa pun bisa menjadi rumit, oleh karena itu komite JEDEC telah mengajukan metrik pengukuran daya tahan dengan menggunakan nilai TeraByte Written (TBW) untuk menandakan jumlah data Host mentah yang dapat ditulis ke SSD sebelum Flash NAND yang berada dalam SSD menjadi media penyimpanan yang tidak dapat diandalkan dan drive perlu dihentikan.

Dengan menggunakan metode pengujian JESD218A yang diusulkan JEDEC dan beban kerja kelas perusahaan JESD219, menafsirkan penghitungan ketahanan pabrikan SSD melalui TBW menjadi tugas yang lebih mudah dan mengekstrapolasi ukuran ketahanan yang lebih dapat dipahami yang dapat diterapkan ke pusat data mana pun.

Seperti yang tertera dalam dokumen JESD218 dan JESD219, beban kerja kelas aplikasi yang berbeda dapat mengalami Write Amplification Factor (WAF) pada tingkat yang lebih tinggi daripada tulis aktual yang dikirimkan oleh host dan lebih mudah menyebabkan pemakaian Flash NAND yang tidak dapat dikelola, BER Flash NAND yang lebih tinggi dikarenakan tulis berlebihan seiring waktu dan performa yang lebih pelan karena halaman tidak valid yang telah disebarkan secara luas ke seluruh SSD.

Walaupun TBW merupakan topik penting untuk dibahas di SSD kelas enterprise dan klien, TBW hanyalah model prediksi daya tahan bertingkat Flash NAND dan Mean Time Between Failure (MTBF) perlu diamati sebagai daya tahan tingkat komponen dan model prediksi keandalan berdasarkan keandalan komponen yang digunakan pada perangkat. Ekspektasi dari komponen SSD kelas enterprise termasuk beroperasi lebih lama dan bekerja lebih keras dalam mengelola voltase di seluruh memori Flash NAND selama jangka usia SSD. Semua SSD enterprise harus setidaknya bertingkat satu juta jam MTBF, yang berarti lebih dari 114 tahun! Kingston mengawasi SSDnya dengan sangat konservatif dan tidak jarang untuk melihat spesifikasi MTBF yang lebih tinggi pada SSD; penting untuk mengingat bahwa 1 juta jam sudah lebih dari cukup untuk titik awal bagi SSD enterprise.

Pengawasan dan pelaporan S.M.A.R.T terkait SSD kelas enterprise memungkinkan untuk lebih mudah mempertanyakan perangkat ketika pra-gangguan terkait jangka usia berdasarkan faktor write amplification (WAF) saat itu dan tingkat pemakaian. Peringatan prediktif pra-kegagalan untuk gangguan seperti kehilangan daya, kesalahan bit yang terjadi dari antarmuka fisik atau distribusi pemakaian yang tidak seimbang, biasanya juga didukung. Utilitas Manajer SSD Kingston dapat diunduh dari situs web Kingston dan digunakan untuk melihat status drive.

SSD kelas klien mungkin hanya memiliki fitur hasil S.M.A.R.T minimal untuk memantau SSD selama penggunaan standar atau pasca-gangguan.

Kapasitas OP disembunyikan dari pengguna dan akses sistem operasi serta dapat digunakan sebagai buffer tulis temporer untuk performa berkelanjutan yang lebih tinggi dan sebagai pengganti dari sel memori Flash yang telah rusak dalam rentang jangka usia SSD agar meningkatkan keandalan dan daya tahan SSD (dengan jumlah Spare Blok yang lebih banyak).

Kesimpulan

Terdapat perbedaan khusus antara SSD kelas enterprise dan klien, mulai dari Program memori Flash NAND dan daya tahan Hapus hingga teknik manajemen yang rumit untuk menyesuaikan beban kerja kelas aplikasi yang berbeda.

Memahami perbedaan tersebut dalam kelas aplikasi yang berkaitan dengan performa, keandalan, dan daya tahan dapat menjadi alat yang efektif dalam meminimalkan dan mengelola risiko dari waktu henti yang mengganggu dalam lingkungan enterprise yang menuntut dan terkadang kritis dalam misi. Untuk pertanyaan lebih lanjut, hubungi perwakilan Kingston Anda atau gunakan fitur Tanyakan Ahli atau Obrolan Dukungan Teknis di Kingston.com.

Artikel dan Video

For information about how COVID-19 has affected our business operations, click here.

Tetap terhubung! Daftarkan diri ke email kami untuk berita Kingston dan lebih banyak lagi.