SSD sektörleri neden sınırlı bir yazı dayanıklılığına sahip?

İnsanların SSD sektörlerinin, kötüleşmeden önce, özellikle de sektörlerin kötü gitmemesi nedeniyle mekanik arıza nedeniyle başarısız olduğu klasik (dönen disk) sabit disklerle karşılaştırıldığında, daha önce kötü yazmadan önce sınırlı sayıda yazma olduğunu söylediklerini görüyorum. Bunun neden olduğunu merak ediyorum.

Tüketici odaklı teknik bir açıklama, yani başarısız olan bileşen ve neden sık sık yazılmasının o bileşenin kalitesini etkilediğini, ancak SSD'ler hakkında aşırı miktarda bilgi gerektirmeyecek şekilde açıklanmasını istiyorum.

"Flash Neden Yıpranır ve Daha Uzun Süre Nasıl Kullanılır" dan kopyalanmıştır :

NAND flaş, “yüzer kapı” olarak adlandırılan bir bölgedeki elektron miktarını kontrol ederek bilgileri saklar. Bu elektronlar, hücre içindeki bir veya daha fazla veri bitini depolamak için kullanılan bellek hücresinin (hücreyi açıp kapatmak için gereken kapı voltajı) iletken özelliklerini değiştirir. Bu yüzden yüzer kapının bir yükü tutabilme kabiliyeti, hücrenin güvenilir bir şekilde veri saklama kabiliyeti için kritik öneme sahiptir.

Yazma ve Silme İşlemleri Aşınmaya Sebep Olabilir

Normal kullanım sırasında yazıldığında ve silindiğinde, kayan geçidi substrattan ayıran oksit tabakası bozulur ve uzun süre şarj tutma yeteneğini azaltır. Her bir katı hal depolama cihazı, güvenilmez hale gelmeden önce sınırlı miktarda bir bozulma tutabilir, yani hala çalışabilir fakat tutarlı olmayabilir. Tutarlı, öngörülebilir bir çıktıyı korurken, bir NAND cihazının yazabileceği yazma ve silme sayısı (P / E çevrimleri) dayanıklılığını tanımlar.

Bir parça düzenli kağıt ve kalem düşünün. Şimdi kağıdın tek bir yerinde istediğiniz kadar yazmak ve silmek için çekinmeyin. Gazeteden çıkmadan önce ne kadar sürer?

SSD'ler ve USB flash sürücüler bu temel konsepte sahip ancak elektron seviyesinde.

Sorun, kullanılan NAND flaş substratının her silme üzerinde bozulmaya uğramasıdır. Silme işlemi nispeten flaş hücre isabet içerir , elektrik enerjisi, büyük yük , bu çip kendisinde yarı iletken tabaka biraz düşmektedir neden olur.

Uzun vadede bu hasar, yazılımla düzeltilebilecek bit hata oranlarını artırıyor, ancak sonuçta flaş denetleyicideki hata düzeltme kodu yordamları bu hatalara ayak uyduramıyor ve flaş hücresi güvenilmez hale geliyor.

Cevabım benden daha fazla bilgiye sahip insanlardan alınır!

SSD'ler flaş bellek olarak adlandırılanı kullanır. Veriler bir hücreye yazıldığında (elektronlar içeri ve dışarı doğru hareket eder.) Fiziksel bir işlem gerçekleşir. Bu olduğunda, fiziksel yapı aşınır. Bu süreç su erozyonu gibidir; Sonunda çok fazla ve duvar yol veriyor. Bu olduğunda, hücre işe yaramaz hale gelir.

Başka bir yol, bu elektronların "sıkışıp" kalması, hücrenin doğru okunmasını zorlaştırmasıdır. Bunun benzetmesi, aynı anda konuşan birçok insan ve kimseyi duymak zor. Bir ses seçebilirsin, ama yanlış olanı olabilir!

SSD'ler yükü kullanımdaki hücrelerin arasına eşit şekilde yaymaya çalışır, böylece eşit şekilde aşınırlar. Sonunda bir hücre ölecek ve kullanılamaz olarak işaretlenecektir. SSD'ler "aşırı korunmuş hücreler", yani yedek hücreler (spordaki ikameleri düşünür) alanına sahiptir. Bir hücre öldüğünde bunun yerine bunlardan biri kullanılır. Sonunda bütün bu ekstra hücreler de kullanılır ve SSD yavaş yavaş okunamaz hale gelir.

Umarım bu tüketici dostu bir cevap oldu!

Düzenleme: Kaynak İşte

Neredeyse tüm tüketici SSD'leri NAND flash bellek adı verilen bir bellek teknolojisi kullanıyor. Yazma dayanıklılığı sınırı, flash belleğin çalışmasından kaynaklanmaktadır.

Basitçe söylemek gerekirse, flash bellek elektronları bir yalıtım bariyeri içerisine depolayarak çalışır. Bir flaş bellek hücresinin okunması, şarj seviyesinin kontrol edilmesini içerir, böylece saklanan verileri tutmak için, elektron şarjı zaman içinde sabit kalmalıdır. Depolama yoğunluğunu artırmak ve maliyeti düşürmek için, çoğu SSD, yalnızca iki olası şarj düzeyi (hücre başına bir bit, SLC) değil, dört (hücre başına iki bit, MLC), sekiz (hücre başına üç bit, TLC) arasında ayrım yapan flash bellek kullanır. ), hatta 16 (hücre başına dört bit, TLC).

Flaş belleğe yazmak, elektronları yalıtkan içinde hareket ettirmek için artan bir voltaj sürmeyi gerektirir, bu onu yavaş yavaş yıpratır. Yalıtım aşınırken, hücre elektron yükünü sabit tutamaz ve sonunda hücrenin verileri alıkoymasına neden olmaz. TLC ve özellikle QLC NAND ile, hücreler, çok bitlik veri depolamak için daha fazla seviye arasında ayrım yapma ihtiyacı nedeniyle sürüklenen bu yüke karşı özellikle duyarlıdır.

Depolama yoğunluğunu daha da arttırmak ve maliyeti azaltmak için, flash bellek üretmek için kullanılan işlem, bugün 15nm'e kadar dramatik bir şekilde küçültüldü ve daha küçük hücreler daha hızlı tükeniyor. Düzlemsel NAND flaşı için (3D NAND değil), bu, SLC NAND'ın onlarca, hatta yüzbinlerce yazma döngüsüne dayanabildiği halde, MLC NAND'ın tipik olarak sadece yaklaşık 3.000 döngü ve TLC'ye sadece 750 ila 1.500 döngü için iyi olduğu anlamına gelir.

NAND hücrelerini üst üste istifleyen 3D NAND, hücreleri küçültmeksizin küçülmek zorunda kalmadan daha yüksek depolama yoğunluğu sağlayabilir ve bu da daha yüksek yazma dayanıklılığı sağlar. Samsung, 3D NAND için 40nm'lik bir sürece geri dönerken, Micron gibi diğer flash bellek üreticileri, maksimum depolama yoğunluğu ve minimum maliyet sağlamak için yine de küçük işlemleri kullanmaya karar verdi (düzlem NAND kadar küçük olmasa da). 3D TLC NAND için tipik dayanıklılık değerleri, yaklaşık 2.000 ila 3.000 döngü arasındadır, ancak işletme sınıfı cihazlarda daha yüksek olabilir. 3D QLC NAND tipik olarak yaklaşık 1000 döngü için derecelendirilir.

Intel ve Micron tarafından geliştirilen 3D XPoint adlı yeni ortaya çıkan bir bellek teknolojisi, flash belleğin dayanıklılık sınırlamalarına tabi olmayan verilerin depolanmasında tamamen farklı bir yaklaşım kullanıyor. 3D XPoint ayrıca flash bellekten çok daha hızlıdır, DRAM'ı sistem belleği olarak değiştirebilecek kadar hızlıdır. Intel, Optane markası altında 3D XPoint teknolojisini kullanan cihazlar satarken, Micron, QuantX markası altında 3D XPoint cihazları pazarlayacak. Bu teknolojiye sahip tüketici SSD’leri 2017’de piyasaya girebilir, ancak maliyet nedenleriyle 3D NAND’in (öncelikle TLC çeşidinin) önümüzdeki birkaç yıl için baskın toplu depolama olacağına olan inancım.

Bir flaş hücresi statik elektriği depolar . Şişirilmiş bir balonda saklayabileceğiniz aynı tür şarjdır: üzerine birkaç elektron yerleştirirsiniz ^∗ .

Statik elektriğin özel yanı , yerinde kalmasıdır . Normalde elektronikte, her şey iletkenlere bir şekilde her şeyle bağlanır ve bir balon ile zemin arasında büyük bir direnç olsa bile, şarj oldukça hızlı bir şekilde kaybolur . ^† . Bir balonun şarjlı kalmasının nedeni, havanın aslında bir yalıtkan olmasıdır: sonsuz dirençlidir.

Normalde, öyle. Bütün mesele bu yana ^‡ elektronlar ve atom rumps oluşur yapabilirsiniz yapmak yeterli enerjiyi uygulamak ve elektronların bazılarının daha da gevşek sallamak ve (kısa bir süre için) balon yaklaşmak için özgür olmak, ya olacak: için herşeyi bir iletken o. Bu aslında statik elektrikle havada gerçekleşiyor: Bu işlemi yıldırım olarak biliyoruz !

Yıldırımın oldukça şiddetli bir süreç olduğunu vurgulamak zorunda değilim. Bu elektronlar maddenin kimyasal yapısının çok önemli bir parçasıdır. Hava durumunda, yıldırım, ozon ve azot dioksite dönüştürülmüş bir miktar oksijen ve azot bırakır. Sadece hava hareket etmeye ve karışmaya devam ettiğinden ve bu maddeler nihayetinde oksijene ve nitrojene geri döndüğü için “kalıcı bir zarar” olmaz ve hava hala bir yalıtkandır.

Öyle bir flaş hücresi durumunda değil: burada yalıtkanın daha kompakt olması gerekir. Bu sadece katı hal oksit tabakaları ile mümkündür. Sağlam malzeme, ancak iletken malzemeden biraz yüklenmeye zorlanma etkilerinden de etkilenmez. Durumunu çok sık değiştirirseniz, sonunda flaş hücreyi mahveder.

Buna karşılık, bir DRAM hücresi içinde uygun yalıtkanlara sahip değildir. Bu yüzden bilgi kaybetmemek için saniyede birçok kez periyodik olarak yenilenmesi gerekir; ancak, hepsi normal iletken yükün taşınması nedeniyle, bir RAM hücresinin durumunu değiştirirseniz genellikle çok kötü bir şey olmaz. Bu nedenle RAM, flaştan çok daha fazla okuma / yazma döngüsüne dayanır.

^* _{Ya da, olumlu bir ücret karşılığında, sen kaldırmak molekül bağlarından bazı elektronları. Bunu bu kadar az almak gerekir bu saptanabilir şekilde kimyasal yapısını etkilemez.}

^† _{Bu statik yükler aslında çok küçük . Yıllarca dayanan en küçük saat bataryası bile, yüzlerce balonu şarj etmek için her saniye yeterli bir şarj sağlıyor! Sadece kayda değer herhangi bir potansiyel bariyeri delmek için yeterli gerilime sahip değil.}

^‡ _{En azından, dünyadaki tüm maddeler ... nötron yıldızlarına giderek işleri karmaşıklaştırmayalım.}

Daha az teknik ve OP’nin ne demek istediğine bir cevap "İnsanların SSD’lerin kendi sektörlerinde, kötüleşmeden önce, özellikle çoğu sürücünün arıza yaptığı klasik döner disk sabit diskleriyle karşılaştırıldığında, sınırlı miktarda yazma hakkı bulunduğunu söylediklerini görüyorum. mekanik arıza, sektörler kötü gitmiyor. "
OP sorusunu “SSD'ler pas döndürmekten çok daha fazla başarısız olduklarından birini kullanmak makul bir güvenilirlik sağlayabilir” şeklinde yorumlayacağım.

İki tür güvenilirlik ve başarısızlık vardır. Bunlardan biri yaş, kalite, kötüye kullanım vb. Nedeniyle tamamen başarısız olan bir şeydir. Veya çok sayıda okuma / yazma nedeniyle sektörde bir hata olabilir.

Tüm medyada sektör hataları oluyor. Sürücü denetleyicisi (SSD veya eğirme) arızalı bir sektör verilerini yeni bir sektöre yeniden eşler. Tamamen başarısız olmuşsa, yine de yeniden eşleşebilir, ancak veriler kaybolur. SSD'de sektör büyüktür ve çoğu zaman tamamen başarısız olmaktadır.

SSD'ler bir veya iki tür güvenilirliğe sahip olabilir. Okuma / yazma döngüsü sorunları
daha büyük bir sürücüye sahip olmakta yardımcı olabilir . Küçük bir sürücünüz varsa ve Windows gibi işletim sistemi için kullanıyorsanız, o zaman çok sayıda okuma / yazma döngüsü elde edersiniz. Aynı işletim sistemi çok daha büyük kapasiteli bir sürücüde daha az devire sahip olacaktır. Bu nedenle, her sektör sık ​​sık silinmezse, sadece "birkaç" çevrimi olan bir sürücü bile birkaç bin çevrime sahip olabilir.
Verilerin dengelenmesi - SSD'ler, verileri sık kullanılan sektörlerden daha az kullanılanlara taşıyacaktır. İşletim sistemini tekrar düşünün ve çektiğiniz bir fotoğrafla güncelleyin, çektiğiniz bir fotoğraf ve yalnızca saklayın. Bir noktada SSD, döngüleri dengelemek için fotoğrafın ve bir işletim sisteminin fiziksel konumlarını değiştirebilir.
Sıkıştırma - verileri sıkıştırmak daha az yer kaplar, böylece daha az yazı yazar.

O zaman bileşenlerin kalitesi var. Bulabileceğiniz en ucuz SSD veya USB'yi almak bir süre işe yarayabilir, ancak kurumsal kullanım için yapılan kalite, yalnızca silme çevrimlerinde değil, toplam kullanımda da çok daha uzun sürebilir.

Sürücüler büyüdükçe ve büyüdükçe (100-1000GB gibi), daha az yazmaya devam etmelerine rağmen silme döngüleri daha az sorun yaratır. Bazı sürücüler, yazma yazma döngüsünü düşürmek için DRAM'i önbellek olarak kullanır. Bazıları önbellek için yüksek kaliteli bir SSD, düşük maliyetli ve büyük boyut için düşük kalite kullanacak.

Modern kaliteli tüketici SSD'leri, bir tüketici makinesinde uzun sürebilir. Hala işe yarayacak 5 yaşım var. Ayrıca birkaç ay sonra başarısız olan birkaç tane ucuz, yenisi var. Bazen sadece (kötü) şanstır.