Muistin kestävyyden mittaus

Muistin kestävyys: onko sillä merkitystä?

SSD-asemien kirjoituskertojen määrästä puhutaan paljon ja niiden riittävyydestä huolestutaan, vaikka harvalla käyttäjällä SSD-asema olisi ikinä kulunut loppuun.

Jos koneestasi löytyy SSD-asema, kirjoituskertojen riittävyyden pohtimisen ei kannata antaa viedä yöuniaan. On erittäin epätodennäköistä, että normaali käyttäjä kirjoittaisi asemalle päivittäin niin paljon dataa, että flash-muistin solut kuluisivat käyttökelvottomiksi. Micronin ja Intelin arvioiden mukaan keskiverto työpöytäkäyttäjä kirjoittaa asemalle 7 – 10 gigatavua dataa päivittäin. Vaikka arvio laskettaisiin yläkanttiin, pienen laskennan perusteella käy nopeasti selville, että aseman kestävyysrajaa on jopa hankalaa ylittää ainakaan sen takuuaikana. Ongelmia aiheuttaa huomattavasti todennäköisemmin muistiohjaimen ohjelmiston bugi kuin muistin loppuun kuluminen.



Muistin kestävyyden muuttuminen valmistusprosessien kutistuessa ja valmistajien toimet sen suhteen ovat silti mielenkiintoisia seurattavia. OCZ:n mukaan Vector-asemassa käytetään IMFT:n valmistamaa 25 nm ONFi 2.x -yhteensopivaa NAND-muistia. Aikaisemmin olemme nähneet saman muistin luokiteltuna sekä 3000 että 5000 uudelleenkirjoituskertaa kestäväksi ja haluaisimme tietää kumpi arvioista on lähempänä OCZ:n aseman tasoa.

Arviomme perustuvat aseman kulumista mittaavan MWI-arvon (media wear indicator) seurannasta. MWI kertoo kulumisen määrän asteikolla sadasta yhteen. Koska flash-muistin solujen kirjoituskertojen määrä on rajallinen, MWI-arvon on tarkoitus olla suuntaa antava arvio kestävyydestä.

Kun MWI-arvo saavuttaa viimeisen lukunsa, aseman uudelleenkirjoituskerrat ovat ainakin teoriassa luetut. Asema ei välttämättä lakkaa toimimasta heti laskurin saavutettua matalimman arvonsa, mutta kukaan ei silti halua säilyttää korvaamatonta dataansa asemalla, jonka luotettavuus on saavuttanut nollatason. Erityisesti yrityksissä MWI-arvoon kiinnitetään huomiota, sillä se kertoo aseman käytön "turvarajat".

Vähemmän kirjoituskertoja, onko sillä väliä?

Peräkkäiset operaatiot, jononsyvyys=1, 2 MB
	Intel SSD 320	OCZ Vector	Samsung 840 Pro
NAND-muistin tyyppi	Intel 25 nm MLC	Intel 25 nm MLC	Samsung 21 nm MLC
NAND-muistin kapasiteetti	320 GB	256 GB	512 GB
Käyttäjälle vapaa kapasiteetti	300 GB	256 GB	512 GB
Varalle jätetyn tilan määrä	7%	0%	0%
Havaittu uudelleenkirjoituskertojen määrä (IDEMA)	5460	2965	2512
Havaittu uudelleenkirjoituskertojen määrä (Laskettu)	5119	2965	2512
1% kulumiseen vaadittu kirjoitusmäärä järjestelmästä (MWI)	16.38 TB	7.59 TB	12.86 TB

Analyysimme mukaan 256 gigatavun Vector-asema kestää noin 759 teratavun verran peräkkäisiä kirjoitusoperaatioita. Jos MWI-arvoa on uskominen, pienellä laskutoimituksella ([Kirjoituksen määrä per prosentin alenema MWI-arvoss * 100) / kapasiteetilla]) saadaan selville, että Vectorin muisti on määritelty kestämään 3000 uudelleenkirjoituskertaa. Kyseessä ei ole paras mahdollinen muisti, mutta siitä ei silti kannata huolestua. Jos oletetaan, että asemalle kirjoitetaan kymmenen gigatavua päivässä, kestäisi yli 200 vuotta, että aseman NAND flash -muistit kuluisivat loppuun.



Aseman kokonaiskesto ei kuitenkaan anna täyttä kuvaa siitä, paljonko asemalle todellisuudessa voidaan kirjoittaa. Uudelleenkirjoituskertojen määrä on laskettu yksittäisten flash-muistisolujen osalta. Koska suuremmissa asemissa on yksinkertaisesti enemmän muistia, niiden solujen täyttäminen kokonaan kestää kauemmin, mikä tarkoittaa enemmän uudelleenkirjoituskertoja. OCZ kuitenkin antaa kaikille Vector-sarjan asemille vain yhden kestävyyslukeman: 36,5 teratavua. Se tarkoittaa käytännössä noin 20 gigatavun päivittäistä kirjoitusta viiden vuode ajan (mikä on asemien normaali takuuaika).

OCZ:n käytäntö herättää kysymyksiä. Yhtiön laskema 36,6 TB on huomattavasti vähemmän kuin 759 teratavua, johon meidän laskuissamme päädyttiin ja 20 gigatavua päivässä on huomattavasti enemmän kuin 7- 10 gigatavua, joita pidetään yleisinä keskiarvoina.

Meidän käyttämissämme laskuissa pyritään saamaan selville NAND-muistin varsinainen kestävyys. Tosielämässä kuitenkin tietokone kirjoittaa asemalle eri kokoisia datamääriä erilaisilla jononsyvyyksillä. Sen seurauksena käyttöjärjestelmän muistiohjaimelle välittämä datamäärä on yleensä vain murto-osa siitä, mitä flash-muistiin lopulta kirjoitetaan. Tämä ilmiö tunnetaan kirjoituksen voimistumisena (write amplification) eli järjestelmän kirjoittama data per muistiin kirjoitettu data. 256 gigatavun Vector-asemalla 759 teratavun kestävyyslukema yksinkertaisella kirjoituksen voimistumisella vastaa 36,5 teratavun kirjoittamista suurin piirtein 20 kertaisella voimistumisella.

Kirjoituksen voimistuminen ei kuitenkaan yleensä kohoa niin korkeaksi. Seuraavassa esimerkissä kirjoitetaan asemalle sekoitus satunnaista ja peräkkäistä dataa:

Intelin SSD 520 -asemalla kirjoituksen voimistuminen nousee välillä jopa 2,9 kertaiseksi, kun käsiteltävänä on täysin pakkautumatonta dataa. Toisaalta taas parhaassa mahdollisessa tilanteessa SandForcen pakkaustekniikan ansiosta muistiin kirjoitettu datamäärä on vain 17 prosenttia järjestelmän kirjoittamasta datasta.

Satunnaisten kirjoitusoperaatioiden vaikutus kirjoituskestävyyteen
Työmäärien suhde: 35% 128 KB peräikkäisoperaatioita, 65% 4 KB satunnaisia operaatioita 128 KB peräkkäiset: 66% lukuja 34% kirjoituksia 4 KB satunnaiset: 66% lukuja, 34% kirjoituksia Koko alue, jononsyvyys=1, noin 3 tuntia	Kirjoituksen voimistuminen
Intel SSD 520, pakkkautumatonta dataa	2.9x
Intel SSD 520, pakkautuvaa dataa	0.17x
OCZ Vector	2.8x

OCZ:n Barefoot 3 -ohjain ei selvästikään hyödynnä pakkausta samaan tapaan kuin SandForcen ohjain. Se tarkoittaa, että ainakin teoriassa kirjoituksen voimistuminen on parhaimmillaankin yksinkertainen kun kyseessä on suuri peräkkäistä dataa sisältävä tiedosto. Tosielämässä peräkkäiset ja satunnaiset siirrot kuitenkin sekoittuvat jatkuvasti. Vaikka kirjoituspyyntöjä sekoitetaan keskenään, voimistuminen nousee pahimmillaan 2,8 kertaiseksi. Silläkin arvolla kestäisi kuitenkin noin 40 vuotta kuluttaa 256 GB Vector-aseman kirjoituskerrat loppuun, jos päivittäisen kirjoituksen määräksi oletetaan kymmenen gigatavua. Koska kestävyys on suoraan verrannollinen aseman kapasiteettiin, jopa 128 gigatavun Vector-aseman pitäisi kestää 20 vuotta kirjoittamista. Jos et jatkuvasti kuluta asemaa samaan tapaan kuin meidän testeissämme tehdään, aseman kestävyydestä ei kannata huolestua.