Der wahre Faktor, der die Lebensdauer von SSDs beeinflusst: Schreibverstärkung
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Da TLC-Flash-Speicherpartikel nach und nach die Oberhand auf dem Markt gewinnen, ist die Debatte über die Lebensdauer von Solid-State-Laufwerken erneut auf den Plan getreten und hat zu Diskussionen geführt – genau wie damals, als SLC immer schwächer wurde und MLC sich durchsetzte. Es stimmt, dass „ich ihm dabei zusah, wie er das hohe Gebäude hinaufging, ich ihm dabei zusah, wie er Gäste bewirtete, und ich ihm dabei zusah, wie sein Gebäude einstürzte.“ Dies gilt für alles. Alles Neue, das das Alte ersetzt, durchläuft einen Prozess vom Hinterfragen über die Wiederholung bis hin zur Akzeptanz. Natürlich werden wir heute nicht die Frage diskutieren, was besser ist, SLC/MLC/TLC, aber da wir über die Lebensdauer von Solid-State-Laufwerken sprechen, ist neben der deterministischen Rolle der physikalischen Eigenschaften der Flash-Speicherpartikel selbst auch die Existenz des Schreibverstärkungsmechanismus im Hauptcontroller ein Schlüsselfaktor, der die Lebensdauer des Solid-State-Laufwerks beeinflusst. Schreibverstärkungsmechanismus Was ist also der Schreibverstärkungsmechanismus? Welchen Einfluss hat die Schreibverstärkung auf die Lebensdauer von Solid-State-Laufwerken? Als Nächstes werde ich mit Ihnen über Schreibverstärkung sprechen. Schreibverstärkung, im Englischen auch als Write Amplification bekannt, wurde erstmals um 2008 von Intel und Silicon Systems (2009 von Western Digital übernommen) vorgeschlagen und in öffentlichen Dokumenten verwendet. Dieser Begriff beschreibt tatsächlich eine multiple Beziehung zwischen dem Zielschreibwert und dem tatsächlichen Schreibwert des Solid-State-Laufwerks und wird in arabischen Ziffern ausgedrückt. Je kleiner der Schreibverstärkungswert ist, desto mehr kann die Lebensdauer des Solid-State-Laufwerks verbessert werden. Um die Schreibverstärkung vollständig zu verstehen, müssen wir zunächst den Lese- und Schreibmechanismus von Solid-State-Laufwerken verstehen. Wir wissen, dass die Speichereinheit eines Solid-State-Laufwerks aus Flash-Speicherpartikeln besteht und es unmöglich ist, Daten physisch zu überschreiben. Es kann nur gelöscht und dann beschrieben werden, wobei der Vorgang wiederholt wird . Daher können wir uns vorstellen, dass beim eigentlichen Lese- und Schreibvorgang die Daten zwangsläufig mehrmals gelöscht und auf die Flash-Speicherpartikel geschrieben werden, insbesondere wenn einige Blöcke vollständig gefüllt sind. Das Verhältnis dieser Mehrfachoperationen zur Anzahl der zusätzlichen Schreibvorgänge und der ursprünglich erforderlichen Anzahl an Schreibvorgängen wird als Schreibverstärkung bezeichnet. Daher verkürzt ein hoher Schreibverstärkungswert die Lebensdauer des Solid-State-Laufwerks. (Solid-State-Drive-Flash-Speicherpartikel haben einen P/E-Nennwert, der die maximale Anzahl von Lese- und Schreibvorgängen angibt. Die Schreibverstärkung ist hoch, der P/E-Verschleiß ist schnell und die Lebensdauer ist kurz.) Details und Einflussfaktoren zur Schreibverstärkung Wenn ich beispielsweise im schlimmsten Fall 4 KB große Daten schreiben möchte und der Zielblock zufällig keinen freien Seitenbereich hat, ist eine GC-Wiederherstellung erforderlich. Als nächstes analysieren wir den Schreibverstärkungswert dieses Prozesses. Zuerst liest der Master den 512-KB-Zielblock, dann fordert der GC 512 KB zurück und löscht sie. Anschließend schreibt er den leeren 512-KB-Bereich neu, um die ursprünglich geschriebenen 4-KB-Daten zu speichern. Das heißt, die ursprünglich geschriebenen Daten sind nur 4 KB groß, die tatsächlich geschriebenen Daten sind 512 KB groß und der Schreibverstärkungswert beträgt 512/4 = 128. Anhand der obigen Beispiele sollten wir ein allgemeines Verständnis des Konzepts der Schreibverstärkung und der damit verbundenen Gefahren erlangen. Welche Faktoren können also die Schreibverstärkung beeinflussen? Der GC-Recycling-Mechanismus erfordert, wie im obigen Beispiel gezeigt, das vollständige Löschen des gesamten Blocks, wodurch die Schreibverstärkung der gesamten Daten erhöht wird. Wear Leveling (WL) ist ein Mechanismus, der durch Ausgleich aller Flash-Speicherpartikel die Gesamtlebensdauer verlängert, aber dennoch die Gesamtschreibverstärkung erhöht. Der Trim-Mechanismus und die ATA-Anweisungen vermeiden unnötige GC-Recyclingzeiten und reduzieren so die Schreibverstärkung. Zusätzlich zum oben erwähnten Master-Steuerungsmechanismus, der den Schreibverstärkungswert beeinflussen kann, hat auch die Größe des reservierten OP-Speicherplatzes im Solid-State-Laufwerk einen erheblichen Einfluss auf die Schreibverstärkung. Je größer der vom OP reservierte Speicherplatz ist, desto mehr leere Flash-Blöcke stehen zur Verfügung. Selbst im schlimmsten Fall (d. h. alle Flash-Blöcke sind voll) muss der Master-Controller keine GC-Wiederherstellung durchführen, was natürlich die Anzahl unnötiger Lese- und Schreibvorgänge erheblich reduziert und somit die Schreibverstärkung erheblich verringert. Nach so vielen Gesprächen werden einige Freunde sicherlich sagen: „Was nützt es, die Schreibverstärkung zu kennen? Wir können die Schreibverstärkung nicht verhindern.“ Tatsächlich können wir als normale Benutzer wie wir den reservierten OP-Speicherplatz ändern und nutzlose Daten rechtzeitig auf dem Solid-State-Laufwerk bereinigen, um mehr freien Speicherplatz zu hinterlassen und so unnötiges Löschen und Schreiben zu reduzieren. Dadurch wird der Schreibverstärkungswert des Solid-State-Laufwerks verringert und die Lebensdauer des Solid-State-Laufwerks erhöht . Noch wichtiger ist, dass die Schreibverstärkung der wichtigste Faktor bei der Messung der Leistung eines Hauptcontrollers ist. Beim Kauf eines Solid-State-Laufwerks können wir anhand des Schreibverstärkungswerts die Leistung des Hauptcontrollers messen und auf die Gesamtleistung des Solid-State-Laufwerks schließen.Als Gewinner des Qingyun-Plans von Toutiao und des Bai+-Plans von Baijiahao, des Baidu-Digitalautors des Jahres 2019, des beliebtesten Autors von Baijiahao im Technologiebereich, des Sogou-Autors für Technologie und Kultur 2019 und des einflussreichsten Schöpfers des Baijiahao-Vierteljahrs 2021 hat er viele Auszeichnungen gewonnen, darunter den Sohu Best Industry Media Person 2013, den dritten Platz beim China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, den Guangmang Experience Award 2015, den dritten Platz im Finale des China New Media Entrepreneurship Competition 2015 und den Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018. |
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