Wytrzymałość dysków SSD – fakty i mity

Na temat żywotności napędów SSD powstało wiele mitów. Są one niesłusznie powielane przez osoby, które nie posiadają odpowiedniej wiedzy. W praktyce okazuje się, że zwykły użytkownik nie musi się niczym martwić, a napędy półprzewodnikowe przewyższają wytrzymałością dyski talerzowe.

Gdy wybieramy dysk SSD, zwracamy przede wszystkim uwagę na jego wydajność, pojemność a także cenę. Jednak ze względu na wykorzystywanie przez producentów różnych rodzajów pamięci flash, istotna stała się także żywotność nośnika.

Wytrzymałość dysków SSD jest przedstawiana głównie za pomocą parametru TBW (z ang. Total Bytes Written), który określa maksymalną ilość danych, jaką można zapisać na nośniku do momentu utraty gwarancji. W praktyce okazuje się, że dyski pracują poprawnie nawet po… dwukrotnym przekroczeniu tej wartości. Innym parametrem, która pozwala oszacować wytrzymałość napędów SSD, jest maksymalna liczba cykli kasowania i programowania pojedynczej komórki pamięci. W modelach z układami MLC NAND waha się ona pomiędzy 3000 a 10 000 cykli, natomiast w dyskach z kośćmi TLC jest to od 500 do 3000 cykli. Dla modeli SLC jest to nawet 100 000 cykli.

W jaki sposób zużywają się komórki pamięci

Aby zapewnić równomierne zużywanie się wszystkich komórek pamięci, specjalny mechanizm, nazywany Wear Leveling, dba o rozkładanie operacji zapisu danych na całej dostępnej przestrzeni nośnika. Umożliwia to zachowanie podobnej liczby cykli kasowania i zapisywania we wszystkich segmentach pamięci, a w rezultacie wydłużenie żywotności całego dysku.

Gdy dojdzie już do przekroczenia limitu cykli zapisu w pojedynczej komórce pamięci, jest ona oznaczana jako zużyta. Informacje znajdujące się w niej są kopiowane do tzw. spare area, czyli specjalnego obszaru z pulą zapasowych komórek. W przypadku dysków konsumenckich, rozmiar tego obszaru wynosi około 7% całkowitej dostępnej pojemności. Proces ten jest sterowany przez kontroler dysku i odbywa się automatycznie. Aby zachować czytelność plików, każda operacja kopiowania danych do zapasowych komórek jest zapisywana w specjalnej tabeli mapowania, przez co dysk „wie”, gdzie znajdują się wszystkie fragmenty danego pliku.

Praktyczne testy

Serwis The Tech Report przeprowadził test, którego wyniki powinny zainteresować posiadaczy dysków SSD. Redaktorzy wybrali 6 różnych modeli, dostępnych na rynku w drugiej połowie 2013 roku. Procedura testowa polegała na ciągłym zapisywaniu, kasowaniu i ponownym zapisywaniu 10 GB pakietów danych, składających się z dużych i małych plików. Prawie dwuletni eksperyment pokazał, że dyski SSD mogą przetworzyć od 720 TB do nawet 2,4 PB danych, zanim kości pamięci odmówią posłuszeństwa! Warto tu nadmienić, że nawet najniższy zanotowany w teście wynik, to wartość nieosiągalna dla tradycyjnych dysków talerzowych.

Ponadto zwykły użytkownik jest w stanie zapisać maksymalnie kilka terabajtów danych w ciągu roku, dlatego wskaźnik TBW rzędu 100 TB, oznacza nawet 20 lat wytrzymałości komórek pamięci podczas typowego użytkowania. Należy pamiętać, że w przypadku budżetowych dysków z układami TLC, które są powszechnie uważane za mało wytrzymałe, współczynnik TBW wynosi od 80 do 320 TB.

Skąd różna wytrzymałość dysków?

W obudowie napędu SSD znajdziemy kontroler, pamięć podręczną DRAM oraz kości pamięci flash. Ostatnie z nich występują w trzech różnych wersjach, które różnią się między sobą sposobem zapisu danych, ceną i wytrzymałością. Stosowane w dyskach klasy serwerowej kości SLC oferują najwyższą wytrzymałość, ale są też jednocześnie najdroższe. W pojedynczej komórce pamięci SLC można zapisać 1 bit informacji. Dużo lepszy stosunek ceny do wytrzymałości oferuje technologia MLC, która jest obecna w większości konsumenckich dysków SSD. Gęstość zapisu to 2 bity na komórkę. W segmencie dysków budżetowych najczęściej stosowane są układy TLC, które pozwalają na zapisanie 3 bitów w pojedynczej komórce. Cechują się one niższą ceną oraz żywotnością, w porównaniu do kości MLC.

Aby wydłużyć żywotność dysków SSD z układami TLC, producenci stosują różne autorskie technologie, które mają zmniejszać liczbę operacji zapisu w komórkach pamięci. Jedną z nich jest wykorzystanie fragmentu pamięci RAM jako bufora, który przechowuje często wykorzystywane pliki przed ich zapisaniem na dysku. Istnieje oprogramowanie, które pozwala na stworzenie bufora o rozmiarze nawet 16 GB. Innym sposobem na wydłużenie żywotności dysku jest zaimplementowana w kontrolerach SandForce funkcja DuraWrite, która kompresuje dane, zapisywane w komórkach pamięci. Mniejsza ilość zapisywanych danych oznacza mniejsze zużycie komórek.

Wnioski

Oczywiście wyniki osiągnięte przez testową grupę, składającą się z 6 różnych modeli wcale nie oznaczają, że wszystkie dyski będą działać tak samo długo. Jednak wykazują one, że nawet przeciętny napęd SSD przewyższa wytrzymałością dyski talerzowe. Typowy użytkownik nie będzie w stanie „zabić” dysku zbyt dużą ilością zapisywanych danych, szczególnie, że maksymalne wartości podawane przez producentów okazują się być zaniżone. W praktyce wychodzi na to, że dysk SSD szybciej wymienimy na nowy model, niż ulegnie on uszkodzeniu.

Źródło: Plextor