SSD megbízhatóság: Tartóssági tesztek eredményei

Úgy gondolják, hogy a szilárdtestalapú meghajtók egyik legjelentősebb hátránya a véges és ráadásul viszonylag alacsony megbízhatóságuk. Valójában a flash memória korlátozott erőforrása miatt, amelyet a félvezető szerkezetének fokozatos leromlása okoz, minden SSD előbb-utóbb elveszíti információtárolási képességét. A kérdés, hogy ez mikor történhet meg, továbbra is kulcsfontosságú kérdés sok felhasználó számára, így sok vásárlót a meghajtók kiválasztásakor nem annyira a sebesség, mint inkább a megbízhatósági mutatók vezérlik. Maguk a gyártók is olajat öntenek a kétségek tüzére, amelyek marketing okokból relatíve kis mennyiségben írják elő a fogyasztási cikkek garanciális feltételeiben megengedett rögzítést.

A gyakorlatban azonban a mainstream SSD-k több mint elég megbízhatóak ahhoz, hogy megbízhatóak legyenek a felhasználói adatok tárolásában. Egy kísérletet, amely kimutatta, hogy nincs valódi ok az erőforrásuk végessége miatti aggódásra, egy ideje végzett a TechReport webhelye. Elvégeztek egy tesztet, amely kimutatta, hogy minden kétség ellenére az SSD-tűrőképesség már annyira megnőtt, hogy egyáltalán nem kell rá gondolni. A kísérlet részeként gyakorlatilag bebizonyosodott, hogy a fogyasztói meghajtók legtöbb modellje körülbelül 1 PB információ rekord átvitelére képes a meghibásodás előtt, és különösen a sikeres modellek, mint például a Samsung 840 Pro, életben maradnak, miután 2 PB-t megemésztettek. adat. Az ilyen felvételi mennyiségek gyakorlatilag elérhetetlenek egy hagyományos személyi számítógépben, így a szilárdtestalapú meghajtók élettartama egyszerűen nem érhet véget, mielőtt teljesen elavult lenne, és egy új modell váltja fel.

Ez a teszt azonban nem győzte meg a szkeptikusokat. Az tény, hogy 2013-2014-ben valósították meg, amikor a 25 nm-es folyamattechnológiával gyártott planáris MLC NAND-ra épített szilárdtest-meghajtók voltak használatban. Egy ilyen memória körülbelül 3000-5000 programozási-törlési ciklust képes kibírni a leromlása előtt, és mára teljesen más technológiákat alkalmaznak. Mára a hárombites cellával rendelkező flash memória eljutott a tömeges SSD-modellekhez, a modern síkgyártási eljárások pedig 15-16 nm-es felbontást használnak. Ezzel párhuzamosan egyre terjed az alapvetően új, háromdimenziós szerkezetű flash memória. Ezen tényezők bármelyike ​​gyökeresen megváltoztathatja a helyzetet a megbízhatósággal, és összességében a modern flash memória csak 500-1500 újraírási ciklus erőforrását ígéri. A tárolóeszközök a memóriával együtt romlanak, és újra aggódnia kell a megbízhatóságuk miatt?

Valószínűleg nem. A helyzet az, hogy a félvezető-technológia változásával párhuzamosan a flash memóriát vezérlő vezérlők folyamatosan javulnak. Fejlettebb algoritmusokat vezetnek be, amelyek kompenzálják a NAND-ban végbemenő változásokat. És ahogy a gyártók ígérik, a jelenlegi SSD-modellek legalább olyan megbízhatóak, mint elődeik. De objektív okok továbbra is fennállnak a kételyeknek. Valójában pszichológiai szinten a régi, 25 nm-es MLC NAND-ra épülő meghajtók 3000 átírási ciklussal sokkal szilárdabbnak tűnnek, mint a modern, 15/16 nm-es TLC NAND-dal rendelkező SSD-modellek, amelyek minden más körülmény mellett csak 500-at garantálnak. ciklusok újraírása. A TLC 3D NAND növekvő népszerűsége, amely bár nagyobb technológiai szabványok szerint készült, de nem túl biztató, a sejtek erősebb kölcsönös hatásának van kitéve.

Mindezek ismeretében úgy döntöttünk, hogy saját kísérletet végzünk, amely lehetővé teszi, hogy meghatározzuk, hogy a leggyakrabban használt flash memóriatípusok alapján a meghajtók milyen tartóssági modelljeit garantálják.

Az irányítók döntenek

A flash memóriára épített meghajtók élettartamának végessége már régóta senkit nem okozott meglepetésnek. Mindenki már régóta megszokta, hogy a NAND memória egyik jellemzője az újraírási ciklusok garantált száma, amelynek túllépése után a cellák elkezdhetik torzítani az információkat, vagy egyszerűen meghibásodhatnak. Ezt egy ilyen memória működési elve magyarázza, amely az elektronok befogásán és a töltés lebegő kapun belüli tárolásán alapul. A cellaállapotok változása az úszókapu viszonylag nagy feszültségének hatására következik be, aminek következtében az elektronok egyik vagy másik irányban legyőzik a vékony dielektromos réteget, és a cellában maradnak.

Egy NAND cella félvezető szerkezete

Az elektronok ilyen mozgása azonban a lebontáshoz hasonlít - fokozatosan elhasználja a szigetelőanyagot, és végül ez a teljes félvezető szerkezet megsértéséhez vezet. Emellett van egy második probléma is, ami a cella teljesítményének fokozatos romlásával jár – alagútképződés esetén az elektronok megakadhatnak a dielektromos rétegben, ami megakadályozza az úszókapuban tárolt töltés helyes felismerését. Mindez azt jelenti, hogy elkerülhetetlen az a pillanat, amikor a flash memória cellák normálisan leállnak. Az új technológiai eljárások csak súlyosbítják a problémát: a dielektromos réteg a gyártási szabványok csökkenésével csak vékonyabbá válik, ami csökkenti a negatív hatásokkal szembeni ellenállását.

Nem lenne teljesen igaz azonban azt állítani, hogy közvetlen kapcsolat lenne a flash memória cellák erőforrása és a modern SSD-k várható élettartama között. A szilárdtestalapú meghajtó működése nem egyszerű írás és olvasás a flash memória cellákban. A tény az, hogy a NAND-memória meglehetősen összetett szervezettel rendelkezik, és a vele való interakció speciális megközelítést igényel. A cellák oldalakba, az oldalak pedig blokkokba vannak csoportosítva. Adatok írása csak üres oldalakra lehetséges, de az oldal törléséhez vissza kell állítani a teljes blokkot. Ez azt jelenti, hogy az írás, és ami még rosszabb, az adatok megváltoztatása nehéz többlépcsős folyamattá válik, beleértve az oldal elolvasását, megváltoztatását és újraírását a szabad helyre, amelyet előzőleg törölni kell. Sőt, a szabad terület előkészítése külön fejfájás, amely "szemétgyűjtést" igényel - blokkok kialakítását és tisztítását a már használt, de lényegtelenné vált oldalakról.

A szilárdtestalapú meghajtó flash memóriájának működési sémája

Ennek eredményeként a flash memóriába való írások tényleges mennyisége jelentősen eltérhet a felhasználó által kezdeményezett műveletek mennyiségétől. Például egyetlen bájt megváltoztatása nemcsak egy teljes oldal megírását vonhatja maga után, hanem akár több oldalt is át kell írni egyszerre egy tiszta blokk előzetes kiadásához.

A felhasználó írási mennyisége és a flash memória tényleges terhelése közötti arányt íráserősítési tényezőnek nevezzük. Ez az együttható szinte mindig nagyobb, mint egy, és bizonyos esetekben sokkal magasabb. A modern vezérlők azonban a pufferelési műveletek és más intelligens megközelítések révén megtanulták, hogyan lehet hatékonyan csökkenteni az íráserősítést. Széles körben elterjedtek az olyan technológiák, mint az SLC gyorsítótár és a kopáskiegyenlítés, amelyek hasznosak a cellák élettartamának meghosszabbításában. Egyrészt a memória egy kis részét takarékos SLC módba helyezik át, és kis, eltérő műveletek konszolidálására használják. Másrészt egyenletesebbé teszik a memóriatömb terhelését, megakadályozva, hogy ugyanazt a területet többszörösen felülírják. Ennek eredményeként, ha egy flash memória tömb szempontjából azonos mennyiségű felhasználói adatot mentünk két különböző meghajtóra, teljesen eltérő terheléseket okozhat - minden a vezérlő által használt algoritmusoktól és az egyes esetekben a firmware-től függ.

Van egy másik oldala is: a szemétgyűjtő és a TRIM technológiák, amelyek a teljesítmény javítása érdekében előre előkészítik a flash memória oldalak tiszta blokkjait, és így felhasználói beavatkozás nélkül képesek az adatokat egyik helyről a másikra továbbítani, további és jelentős mértékben hozzájárulnak a a NAND tömb kopása . De ezeknek a technológiáknak a konkrét megvalósítása is nagymértékben függ a vezérlőtől, így itt is jelentősek lehetnek az SSD-k saját flash memória-erőforrásának kezelésében mutatkozó különbségek.

Végeredményben mindez azt jelenti, hogy két különböző, azonos flash memóriával rendelkező meghajtó gyakorlati megbízhatósága csak az eltérő belső algoritmusok és optimalizációk miatt térhet el nagyon észrevehetően. Ezért, ha a modern SSD erőforrásairól beszélünk, meg kell értenie, hogy ezt a paramétert nemcsak és nem annyira a memóriacellák tartóssága határozza meg, hanem az is, hogy a vezérlő milyen gondosan kezeli őket.

Az SSD-vezérlők működési algoritmusait folyamatosan fejlesztik. A fejlesztők nemcsak a flash memóriába írt mennyiséget próbálják optimalizálni, hanem hatékonyabb digitális jelfeldolgozási és olvasási hibajavítási módszereket is bevezetnek. Ezen túlmenően néhányuk nagy tartalékterület kiosztásához folyamodik az SSD-n, aminek köszönhetően a NAND cellák terhelése tovább csökken. Mindez az erőforrást is érinti. Így az SSD-gyártók nagy befolyással rendelkeznek a kezükben annak befolyásolására, hogy termékük milyen végső tartósságot mutat, és a flash memória erőforrása csak egy paraméter ebben az egyenletben. Ezért is érdekes a modern SSD-k tartóssági tesztelése: a viszonylag alacsony tartósságú NAND memória széles körű bevezetése ellenére a jelenlegi modelleknek nem kell feltétlenül kisebb megbízhatósággal rendelkezniük, mint elődeik. A vezérlők és működésük fejlődése pótolhatja a mai flash memória gyengeségét. És pontosan ez az, ami miatt a jelenlegi fogyasztói SSD-k kutatása érdekes. Az SSD-k korábbi generációihoz képest csak egy dolog maradt változatlan: a szilárdtestalapú meghajtók erőforrása mindenképpen véges. De hogyan változott ez az elmúlt években – csak a tesztünknek kell megmutatnia.

Vizsgálati módszertan

Az SSD-tesztelés lényege nagyon egyszerű: folyamatosan felül kell írni a meghajtókban lévő adatokat, a gyakorlatban próbálva beállítani az élettartam határát. Egy egyszerű lineáris jelölés azonban nem egészen felel meg a tesztelés céljainak. Az előző részben beszéltünk arról, hogy a modern meghajtók egy csomó olyan technológiával rendelkeznek, amelyek az írási erősítési tényező csökkentését célozzák, emellett eltérően hajtják végre a szemétgyűjtési és kopáskiegyenlítési eljárásokat, és eltérően reagálnak a TRIM operációs rendszerre. parancs.. Éppen ezért a leghelyesebb megközelítés az SSD-vel való interakció a fájlrendszeren keresztül, a valós műveletek profiljának hozzávetőleges megismétlésével. Csak ebben az esetben kaphatunk olyan eredményt, amelyet a hétköznapi felhasználók útmutatónak tekinthetnek.

Ezért tartóssági tesztünkben NTFS fájlrendszerrel formázott meghajtókat használunk, amelyeken folyamatosan és váltakozva kétféle fájl készül: kicsi - 1-től 128 KB-ig véletlenszerű mérettel és nagy - véletlenszerű méretű 128 KB-tól. 10 MB-ig. A teszt során ezek a véletlenszerűen kitöltött fájlok addig szaporodnak, amíg több mint 12 GB szabad hely marad a meghajtón, amikor ezt a küszöböt eléri, az összes létrehozott fájl törlődik, rövid szünetet tart, és a folyamat megismétlődik. Ezenkívül a harmadik típusú fájlok is jelen vannak a tesztelt meghajtókon - állandó. Az ilyen, összesen 16 GB-os állományok nem vesznek részt a törlési-újraírási folyamatban, hanem a meghajtók helyes működésének és a tárolt információk stabil olvashatóságának ellenőrzésére szolgálnak: minden SSD töltési ciklusban ellenőrizzük ezek ellenőrző összegét. fájlokat, és hasonlítsa össze egy referencia, előre kiszámított értékkel.

A leírt tesztforgatókönyvet az Anvil's Storage Utilities 1.1.0-s verziójú speciális program reprodukálja, a meghajtók állapotát a CrystalDiskInfo segédprogram 7.0.2-es verziója figyeli. A tesztrendszer egy ASUS B150M Pro Gaming alaplappal, Core i5-6600 processzorral, integrált Intel HD Graphics 530 kártyával és 8 GB DDR4-2133 SDRAM-mal ellátott számítógép. A SATA interfésszel rendelkező meghajtók az alaplapi lapkakészletbe épített SATA 6 Gb / s vezérlőhöz csatlakoznak, és AHCI módban működnek. Az Intel Rapid Storage Technology (RST) 14.8.0.1042-es illesztőprogramja használatos.

A kísérletünkben részt vevő SSD-modellek listája jelenleg több mint öt tucat elemet tartalmaz:

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