एसएसडी विश्वसनीयता: धीरज परीक्षण परिणाम

एक राय है कि सॉलिड-स्टेट ड्राइव की सबसे महत्वपूर्ण कमियों में से एक उनकी परिमित और, इसके अलावा, अपेक्षाकृत कम विश्वसनीयता है। दरअसल, फ्लैश मेमोरी के सीमित संसाधन के कारण, जो इसकी अर्धचालक संरचना के क्रमिक क्षरण के कारण होता है, कोई भी एसएसडी जल्दी या बाद में सूचनाओं को संग्रहीत करने की अपनी क्षमता खो देता है। यह कब हो सकता है, इसका सवाल कई उपयोगकर्ताओं के लिए एक महत्वपूर्ण बना हुआ है, इसलिए कई खरीदार ड्राइव चुनते समय उनकी गति से इतना अधिक निर्देशित नहीं होते हैं जितना कि विश्वसनीयता संकेतक द्वारा। निर्माता स्वयं भी संदेह की आग में ईंधन डालते हैं, जो, विपणन कारणों से, अपने उपभोक्ता उत्पादों के लिए वारंटी शर्तों में अनुमत रिकॉर्डिंग की अपेक्षाकृत कम मात्रा निर्धारित करते हैं।

हालांकि, व्यवहार में, मुख्यधारा के एसएसडी उपयोगकर्ता डेटा को स्टोर करने के लिए विश्वसनीय से अधिक विश्वसनीय हैं। कुछ समय पहले TechReport वेबसाइट द्वारा एक प्रयोग किया गया था जिसमें उनके संसाधन की परिमितता के बारे में चिंता करने के वास्तविक कारणों की अनुपस्थिति को दिखाया गया था। उन्होंने एक परीक्षण किया जिसमें दिखाया गया कि, सभी संदेहों के बावजूद, एसएसडी सहनशक्ति पहले से ही इतनी बढ़ गई है कि आपको इसके बारे में बिल्कुल भी सोचने की ज़रूरत नहीं है। प्रयोग के हिस्से के रूप में, यह व्यावहारिक रूप से पुष्टि की गई थी कि उपभोक्ता ड्राइव के अधिकांश मॉडल विफलता से पहले लगभग 1 पीबी सूचना के रिकॉर्ड को स्थानांतरित करने में सक्षम हैं, और विशेष रूप से सफल मॉडल, जैसे सैमसंग 840 प्रो, जीवित रहते हैं, 2 पीबी को पचा लेते हैं। जानकारी। इस तरह के रिकॉर्डिंग वॉल्यूम एक पारंपरिक पर्सनल कंप्यूटर में व्यावहारिक रूप से अप्राप्य हैं, इसलिए एक सॉलिड स्टेट ड्राइव का जीवन पूरी तरह से अप्रचलित होने से पहले समाप्त नहीं हो सकता है और इसे एक नए मॉडल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा।

हालांकि, यह परीक्षण संशयवादियों को समझाने में विफल रहा। तथ्य यह है कि यह 2013-2014 में किया गया था, जब प्लानर एमएलसी नंद के आधार पर निर्मित सॉलिड-स्टेट ड्राइव, जो 25-एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग करके निर्मित होता है, उपयोग में था। ऐसी मेमोरी अपने क्षरण से पहले लगभग 3000-5000 प्रोग्रामिंग-इरेज़ चक्रों का सामना करने में सक्षम है, और अब पूरी तरह से विभिन्न तकनीकों का उपयोग किया जा रहा है। आज, तीन-बिट सेल के साथ फ्लैश मेमोरी बड़े पैमाने पर एसएसडी मॉडल में आ गई है, और आधुनिक प्लानर निर्माण प्रक्रियाएं 15-16 एनएम के संकल्प का उपयोग करती हैं। इसी समय, मौलिक रूप से नई त्रि-आयामी संरचना के साथ फ्लैश मेमोरी व्यापक हो रही है। इनमें से कोई भी कारक विश्वसनीयता के साथ स्थिति को मौलिक रूप से बदल सकता है, और कुल मिलाकर, आधुनिक फ्लैश मेमोरी केवल 500-1500 पुनर्लेखन चक्रों के संसाधन का वादा करती है। क्या मेमोरी के साथ-साथ स्टोरेज डिवाइस खराब हो रहे हैं, और आपको उनकी विश्वसनीयता के बारे में फिर से चिंता करने की ज़रूरत है?

शायद ऩही। तथ्य यह है कि अर्धचालक प्रौद्योगिकी में परिवर्तन के साथ-साथ फ्लैश मेमोरी को नियंत्रित करने वाले नियंत्रकों में निरंतर सुधार होता है। वे अधिक उन्नत एल्गोरिदम पेश करते हैं जो नंद में होने वाले परिवर्तनों की भरपाई करनी चाहिए। और, जैसा कि निर्माता वादा करते हैं, मौजूदा एसएसडी मॉडल कम से कम अपने पूर्ववर्तियों की तरह विश्वसनीय हैं। लेकिन संदेह के वस्तुनिष्ठ आधार अभी भी बने हुए हैं। वास्तव में, मनोवैज्ञानिक स्तर पर, पुराने 25-एनएम एमएलसी नंद पर आधारित ड्राइव 3000 पुनर्लेखन चक्रों के साथ आधुनिक एसएसडी मॉडल की तुलना में 15/16-एनएम टीएलसी नंद के साथ अधिक ठोस दिखते हैं, जो अन्य सभी चीजें समान होने पर, केवल 500 की गारंटी दे सकते हैं चक्रों को फिर से लिखना। TLC 3D NAND की बढ़ती लोकप्रियता, जो कि बड़े तकनीकी मानकों के अनुसार निर्मित है, बहुत उत्साहजनक नहीं है, कोशिकाओं के मजबूत पारस्परिक प्रभाव के अधीन है।

यह सब देखते हुए, हमने अपना स्वयं का प्रयोग करने का निर्णय लिया, जो हमें यह निर्धारित करने की अनुमति देगा कि फ्लैश मेमोरी के सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले प्रकारों के आधार पर, आज प्रासंगिक ड्राइव के किस प्रकार के धीरज मॉडल गारंटी दे सकते हैं।

नियंत्रक तय करते हैं

फ्लैश मेमोरी पर निर्मित ड्राइव के जीवन की सूक्ष्मता लंबे समय से किसी के लिए आश्चर्य की बात नहीं है। हर कोई लंबे समय से इस तथ्य का आदी रहा है कि नंद मेमोरी की विशेषताओं में से एक पुनर्लेखन चक्रों की एक गारंटीकृत संख्या है, जिसके बाद कोशिकाएं जानकारी को विकृत करना शुरू कर सकती हैं या बस विफल हो सकती हैं। यह ऐसी मेमोरी के संचालन के सिद्धांत द्वारा समझाया गया है, जो इलेक्ट्रॉनों के कब्जा और एक फ्लोटिंग गेट के अंदर चार्ज के भंडारण पर आधारित है। सेल अवस्थाओं में परिवर्तन फ्लोटिंग गेट पर अपेक्षाकृत उच्च वोल्टेज के अनुप्रयोग के कारण होता है, जिसके कारण इलेक्ट्रॉन एक दिशा या दूसरे में पतली ढांकता हुआ परत को पार कर जाते हैं और सेल में बने रहते हैं।

नंद सेल की अर्धचालक संरचना

हालांकि, इलेक्ट्रॉनों का ऐसा आंदोलन टूटने के समान है - यह धीरे-धीरे इन्सुलेट सामग्री को खराब कर देता है, और अंततः यह पूरे अर्धचालक संरचना का उल्लंघन करता है। इसके अलावा, एक दूसरी समस्या है, जो सेल के प्रदर्शन में क्रमिक गिरावट पर जोर देती है - जब टनलिंग होती है, तो इलेक्ट्रॉन ढांकता हुआ परत में फंस सकते हैं, जिससे फ्लोटिंग गेट में संग्रहीत चार्ज की सही पहचान को रोका जा सकता है। इसका मतलब यह है कि वह क्षण जब फ्लैश मेमोरी कोशिकाएं सामान्य रूप से काम करना बंद कर देती हैं, अपरिहार्य है। नई तकनीकी प्रक्रियाएं केवल समस्या को बढ़ाती हैं: उत्पादन मानकों में कमी के साथ ढांकता हुआ परत केवल पतली हो जाती है, जिससे नकारात्मक प्रभावों के प्रतिरोध में कमी आती है।

हालांकि, यह कहना पूरी तरह से सच नहीं होगा कि फ्लैश मेमोरी कोशिकाओं के संसाधन और आधुनिक एसएसडी की जीवन प्रत्याशा के बीच सीधा संबंध है। सॉलिड स्टेट ड्राइव का संचालन फ्लैश मेमोरी सेल में सीधा लिखना और पढ़ना नहीं है। तथ्य यह है कि नंद-स्मृति का एक जटिल संगठन है और इसके साथ बातचीत के लिए विशेष दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। कक्षों को पृष्ठों में समूहीकृत किया जाता है, और पृष्ठों को ब्लॉकों में समूहीकृत किया जाता है। डेटा लिखना केवल रिक्त पृष्ठों के लिए संभव है, लेकिन पृष्ठ को साफ़ करने के लिए, आपको संपूर्ण ब्लॉक को रीसेट करना होगा। इसका मतलब यह है कि लेखन, और इससे भी बदतर - डेटा बदलना, एक कठिन बहु-चरण प्रक्रिया में बदल जाता है, जिसमें पृष्ठ को पढ़ना, इसे बदलना और इसे खाली स्थान में फिर से लिखना शामिल है, जिसे पहले साफ किया जाना चाहिए। इसके अलावा, खाली स्थान की तैयारी एक अलग सिरदर्द है जिसके लिए "कचरा संग्रह" की आवश्यकता होती है - उन पृष्ठों से ब्लॉकों का निर्माण और सफाई जो पहले से ही उपयोग किए जा चुके हैं, लेकिन अप्रासंगिक हो गए हैं।

एक ठोस राज्य ड्राइव की फ्लैश मेमोरी के संचालन की योजना

नतीजतन, फ्लैश मेमोरी में लिखने की वास्तविक मात्रा उपयोगकर्ता द्वारा शुरू किए गए संचालन की मात्रा से काफी भिन्न हो सकती है। उदाहरण के लिए, यहां तक ​​​​कि एक बाइट को बदलने से न केवल एक संपूर्ण पृष्ठ लिखना पड़ सकता है, बल्कि एक साफ ब्लॉक को पूर्व-रिलीज़ करने के लिए कई पृष्ठों को एक साथ फिर से लिखने की आवश्यकता भी हो सकती है।

उपयोगकर्ता द्वारा किए गए लेखन की मात्रा और फ्लैश मेमोरी पर वास्तविक भार के बीच के अनुपात को राइट एम्पलीफिकेशन फैक्टर कहा जाता है। यह गुणांक लगभग हमेशा एक से अधिक होता है, और कुछ मामलों में यह बहुत अधिक होता है। हालांकि, आधुनिक नियंत्रकों ने बफरिंग संचालन और अन्य बुद्धिमान दृष्टिकोणों के माध्यम से सीखा है कि प्रभावी ढंग से लेखन प्रवर्धन को कैसे कम किया जाए। कोशिकाओं के जीवन का विस्तार करने के लिए उपयोगी एसएलसी कैशिंग और वियर लेवलिंग जैसी प्रौद्योगिकियां व्यापक हो गई हैं। एक ओर, वे मेमोरी के एक छोटे से हिस्से को एक बख्शते SLC मोड में स्थानांतरित करते हैं और इसका उपयोग छोटे असमान संचालन को समेकित करने के लिए करते हैं। दूसरी ओर, वे मेमोरी एरे पर लोड को अधिक समान बनाते हैं, जिससे एक ही क्षेत्र के अनावश्यक एकाधिक ओवरराइट को रोका जा सके। नतीजतन, फ्लैश मेमोरी एरे के दृष्टिकोण से दो अलग-अलग ड्राइव पर समान मात्रा में उपयोगकर्ता डेटा को सहेजना पूरी तरह से अलग लोड का कारण बन सकता है - यह सब प्रत्येक विशेष मामले में नियंत्रक और फर्मवेयर द्वारा उपयोग किए गए एल्गोरिदम पर निर्भर करता है।

एक और पक्ष है: कचरा संग्रहण और टीआरआईएम प्रौद्योगिकियां, जो प्रदर्शन में सुधार करने के लिए, फ्लैश मेमोरी पृष्ठों के स्वच्छ ब्लॉकों को पूर्व-तैयार करती हैं और इसलिए बिना किसी उपयोगकर्ता के हस्तक्षेप के डेटा को एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित कर सकती हैं, एक अतिरिक्त और महत्वपूर्ण योगदान देती हैं। नंद सरणी पहनें। लेकिन इन तकनीकों का विशिष्ट कार्यान्वयन भी काफी हद तक नियंत्रक पर निर्भर करता है, इसलिए एसएसडी अपने स्वयं के फ्लैश मेमोरी संसाधन को कैसे प्रबंधित करते हैं, इसमें अंतर यहां भी महत्वपूर्ण हो सकता है।

अंत में, इसका मतलब यह है कि एक ही फ्लैश मेमोरी के साथ दो अलग-अलग ड्राइव की व्यावहारिक विश्वसनीयता केवल अलग-अलग आंतरिक एल्गोरिदम और अनुकूलन के कारण बहुत ही भिन्न हो सकती है। इसलिए, एक आधुनिक एसएसडी के संसाधन के बारे में बोलते हुए, आपको यह समझने की आवश्यकता है कि यह पैरामीटर न केवल मेमोरी कोशिकाओं के धीरज से निर्धारित होता है, बल्कि नियंत्रक द्वारा उन्हें कितनी सावधानी से संभालता है।

SSD नियंत्रकों के संचालन के लिए एल्गोरिदम में लगातार सुधार किया जा रहा है। डेवलपर्स न केवल फ्लैश मेमोरी में लिखने की मात्रा को अनुकूलित करने की कोशिश कर रहे हैं, बल्कि डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग के अधिक कुशल तरीकों को भी लागू कर रहे हैं और त्रुटि सुधार पढ़ रहे हैं। इसके अलावा, उनमें से कुछ एसएसडी पर एक बड़े आरक्षित क्षेत्र के आवंटन का सहारा लेते हैं, जिसके कारण नंद कोशिकाओं पर भार और कम हो जाता है। यह सब संसाधन को भी प्रभावित करता है। इस प्रकार, एसएसडी निर्माताओं के हाथों में उनके उत्पाद का अंतिम सहनशक्ति प्रदर्शित करने के लिए उनके हाथों में बहुत अधिक लाभ होता है, और फ्लैश मेमोरी संसाधन इस समीकरण में केवल एक पैरामीटर है। यही कारण है कि आधुनिक एसएसडी का धीरज परीक्षण इस तरह की रुचि का है: अपेक्षाकृत कम सहनशक्ति के साथ एनएएनडी मेमोरी के व्यापक परिचय के बावजूद, मौजूदा मॉडलों को अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में कम विश्वसनीयता की आवश्यकता नहीं है। नियंत्रकों में प्रगति और उनके काम करने का तरीका आज की फ्लैश मेमोरी की चंचलता को पूरा कर सकता है। और यह वही है जो वर्तमान उपभोक्ता एसएसडी पर शोध के लिए दिलचस्प है। एसएसडी की पिछली पीढ़ियों की तुलना में, केवल एक चीज अपरिवर्तित रहती है: सॉलिड-स्टेट ड्राइव का संसाधन किसी भी मामले में सीमित है। लेकिन हाल के वर्षों में यह कैसे बदल गया है - बस हमारे परीक्षण को दिखाना चाहिए।

परीक्षण पद्धति

SSD धीरज परीक्षण का सार बहुत सरल है: आपको ड्राइव में डेटा को लगातार अधिलेखित करने की आवश्यकता है, अभ्यास में उनके धीरज की सीमा निर्धारित करने का प्रयास करना। हालांकि, एक साधारण रैखिक संकेतन परीक्षण के लक्ष्यों को पूरी तरह से पूरा नहीं करता है। पिछले खंड में, हमने इस तथ्य के बारे में बात की थी कि आधुनिक ड्राइव में तकनीकों का एक पूरा समूह है, जिसका उद्देश्य लेखन प्रवर्धन कारक को कम करना है, और इसके अलावा, वे कचरा संग्रह करते हैं और लेवलिंग प्रक्रियाओं को अलग तरह से करते हैं, और TRIM ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए अलग तरह से प्रतिक्रिया भी करते हैं। आदेश.. यही कारण है कि वास्तविक संचालन के प्रोफाइल की अनुमानित पुनरावृत्ति के साथ फाइल सिस्टम के माध्यम से एसएसडी के साथ बातचीत करना सबसे सही तरीका है। केवल इस मामले में हम एक ऐसा परिणाम प्राप्त करने में सक्षम होंगे जिसे सामान्य उपयोगकर्ता एक मार्गदर्शक के रूप में मान सकते हैं।

इसलिए, हमारे धीरज परीक्षण में, हम एनटीएफएस फाइल सिस्टम के साथ स्वरूपित ड्राइव का उपयोग करते हैं, जिस पर दो प्रकार की फाइलें लगातार और वैकल्पिक रूप से बनाई जाती हैं: छोटी - 1 से 128 केबी के यादृच्छिक आकार के साथ और बड़ी - 128 केबी से यादृच्छिक आकार के साथ 10 एमबी तक। परीक्षण के दौरान, ये बेतरतीब ढंग से भरी हुई फाइलें तब तक गुणा करती हैं जब तक कि ड्राइव पर 12 जीबी से अधिक खाली जगह न रह जाए, जब यह सीमा पूरी हो जाती है, तो सभी बनाई गई फाइलें हटा दी जाती हैं, एक छोटा विराम किया जाता है, और प्रक्रिया फिर से दोहराई जाती है। इसके अलावा, परीक्षण किए गए ड्राइव पर तीसरे प्रकार की फाइलें भी मौजूद हैं - स्थायी। 16 जीबी की कुल मात्रा वाली ऐसी फाइलें मिटाने-पुनर्लेखन प्रक्रिया में शामिल नहीं हैं, लेकिन ड्राइव के सही संचालन और संग्रहीत जानकारी की स्थिर पठनीयता की जांच के लिए उपयोग की जाती हैं: प्रत्येक एसएसडी भरने चक्र, हम इनके चेकसम की जांच करते हैं फ़ाइलें और इसकी तुलना एक संदर्भ, पूर्व-परिकलित मान से करें।

वर्णित परीक्षण परिदृश्य विशेष प्रोग्राम एनविल के स्टोरेज यूटिलिटीज संस्करण 1.1.0 द्वारा पुन: प्रस्तुत किया गया है, क्रिस्टलडिस्कइन्फो उपयोगिता संस्करण 7.0.2 का उपयोग करके ड्राइव की स्थिति की निगरानी की जाती है। परीक्षण प्रणाली एक कंप्यूटर है जिसमें ASUS B150M प्रो गेमिंग मदरबोर्ड, एक कोर i5-6600 प्रोसेसर है जिसमें एकीकृत Intel HD ग्राफिक्स 530 और 8 GB DDR4-2133 SDRAM है। SATA इंटरफ़ेस वाली ड्राइव्स मदरबोर्ड चिपसेट में निर्मित SATA 6 Gb / s कंट्रोलर से जुड़ी होती हैं और AHCI मोड में काम करती हैं। Intel रैपिड स्टोरेज टेक्नोलॉजी (RST) ड्राइवर 14.8.0.1042 का उपयोग किया जाता है।

हमारे प्रयोग में भाग लेने वाले SSD मॉडल की सूची में वर्तमान में पाँच दर्जन से अधिक आइटम शामिल हैं:

1. (AGAMMIXS11-240GT-C, फर्मवेयर SVN139B);
2. ADATA XPG SX950 (ASX950SS-240GM-C, फर्मवेयर Q0125A);
3. ADATA अल्टीमेट SU700 256GB (ASU700SS-256GT-C, फर्मवेयर B170428a);
4. (ASU800SS-256GT-C, फर्मवेयर P0801A);
5. (ASU900SS-512GM-C, फर्मवेयर P1026A);
6. महत्वपूर्ण BX500 240GB (CT240BX500SSD1, फर्मवेयर M6CR013);
7. महत्वपूर्ण MX300 275 जीबी (CT275MX300SSD1, फर्मवेयर M0CR021);
8. (CT250MX500SSD1, फर्मवेयर M3CR010);
9. गुडराम सीएक्स300 240 जीबी ( SSDPR-CX300-240, फर्मवेयर SBFM71.0);
10. (SSDPR-IRIDPRO-240, फर्मवेयर SAFM22.3);
11. (SSDPED1D280GAX1, फर्मवेयर E2010325);
12. (SSDSC2KW256G8, फर्मवेयर LHF002C);