Сравнение корпоративных и потребительских SSD

Один из часто задаваемых вопросов – в чем отличия потребительского SSD от корпоративного и стоит ли переплачивать в разы за тот же объём?  Конечно применение зависит исключительно от ваших нужд, объёма нагрузки и.т.д.. Лично я старюсь избегать использования оборудования, не предназначенного для корпоративных сред в составе серверов. Но давайте по порядку от менее значимых к более важным аспектам.

24/7 operation – корпоративные SSD рассчитаны на режим работы 24 часа в сутки 7 дней в неделю, в то время как потребительские максимум на 8 часов в день.

End to end CRC and ECC – в большинстве корпоративных SSD используется сквозная проверка четности и коррекция ошибок, гарантирующая сохранность данных при передаче и хранении.

QOS –  Quality of service большинство потребительских SSD значительно просаживают производительность после сколько – ни будь продолжительной нагрузки(записи) а также варьируют производительность даже в процессе обычного чтения. Корпоративные SSD обеспечивают более предсказуемый уровень производительности – большинство корпоративных SSD гарантируют QOS более 99%(типично 99.8% или 99.9%) как для чтения, так и для записи.

RAM amount – количество оперативной памяти встроенной в SSD. Контроллеры SSD(кроме самых дешевых китайских DRAMless контроллеров) используют собственную оперативную память для кэширования операций и оптимизации записи и чтения. Для хороших потребительских SSD рассчитывают 1MB оперативной памяти на 1ГБ флэш памяти – так на 250 гиговый SSD устанавливают 256МБ оперативной. Для корпоративных SSD это обычно двойной объём – так на 200 или 240гиговый SSD обычно устанавливают 512МБ оперативной памяти.

Capacitor backup – Большинство корпоративных SSD содержат специальную схему защищающую от потери питания, на тот случай если отключится питания или откажет блок питания вашего сервера все данные ожидающие записи будут благополучно записаны с помощью тока от конденсаторов.

Over provisioning and wear leveling – Overprovisioning – это резервирование части объёма флэш памяти для нужд контроллера. Overprovisioning позволяет повысить порог износостойкости и производительности флэш памяти. Возьмем в качестве примера две корпоративные модели SSD от Intel. Обе модели идентичны в плане начинки и отличаются только объёмом доступной памяти 400Гб и 480ГБ – реальный объём установленной памяти на обоих SSD составляет 512ГБ однако на первой модели для нужд контроллера зарезервировано 112ГБ а на второй 32ГБ. Теперь взглянем на спецификации производителя – для первой модели указан endurance 3 перезаписи всего объёма ежедневно в течении 5ти лет в то время как для второй только 1 перезапись ежедневно в течении 5ти лет. По производительности так же модель в 400Гб превосходит модель на 480Гб(мелкие данные 4килобайт) на 30% по чтению и более 45% по записи.

Data retention time – Это время которое SSD(обычно отключенный от питания) способен удерживать/сохранять записанные данные. Этот параметр сильно зависит от температуры хранения, типа памяти SSD и уровня ее износа. Для корпоративных SSD на MLC памяти обычно гарантируется 3 месяца хранения при температуре +30 градусов(для нового SSD разумеется этот срок будет дольше). Чем выше температура хранения, отключенного SSD тем меньше Data retention time – например тот же SSD удержит данные чуть дольше месяца при температуре +40 градусов. Для потребительских SSD на дешевой TLC или QLC памяти данный параметр обычно вообще скрывают. На заре массового внедрения TLC памяти на рынок SSD компания Samsung(одна из главных законодателей и первопроходцев на рынке флэш памяти да и памяти вообще) после анонса серии 840 evo столкнулась с массовыми жалобами на то что ее SSD на TLC памяти значительно замедлялись не только с износом, но и значительно медленнее считывались данные записанные значительное время назад(месяц или пару месяцев). Причем следует упомянуть, что речь шла не об SSD отключенных от питания продолжительное время, а обычно о моделях, работающих в составе стационарного ПК. Тестами было доказано что данные с отключенного от питания и сохраненного при комнатной температуре(22-25градусов) в течении 10ти дней TLC SSD Samsung, будут считываться со скоростью ниже на примерно 12%. У некоторых пользователей данные записанные более двух месяцев назад даже на регулярно используемом ПК считывались со скоростью примерно 20МБ в секунду. Почему такое происходит, а также почему решение данной проблемы повышает износ SSD поговорим далее. Не вдаваясь в инженерные подробности работы транзисторов с плавающим затвором на основании которых спроектирована флэш память и проблемами удержания на них заряда электронов рассмотрим два простых примера работы SLC и MLC памяти из которых станут ясны многие аспекты. Подробно типы памяти рассмотрены в отдельном разделе ниже. В простейшем случае SLC(single level cell) в одна ячейка памяти способна уместить один бит данных 0 либо 1, записанное значение определяется наличием либо отсутствием тока(вернее замеряется величина заряда и на ее основании делается вывод что именно записано в ячейку).  Память типа MLC(multi level cell) уже способна уместить два бита данных – транзистор по прежнему один но способен отслеживать больше промежуточных состояний заряда(больше уровней тока – напоминает аналоговую схему) 0.1.0.1 уже 4ре возможных значения. Это увеличивает плотность записи но значительно понижает износостойкость ячейки и надежность считывания(контроллеру уже сложнее достоверно определить конкретное значение ячейки). В случае TLC ячейка уже может принять 3 бита данных – приходится отслеживать уже 8 возможных значений. Стоит ли говорить, что износостойкость и data retention time для SSD s данным типом памяти в разы ниже даже по сравнению с MLC. Для удержания заряда на дешевых типах памяти может потребоваться его регенерация(повторная запись тех же значений) что приводит к дополнительному износу. Контроллер вынужден время от времени считывать данные, проверяя скорость считывания и корректность считанных данных, исправлять их и перезаписывать. Чем дешевле память и больше износ тем чаще контроллер регенерирует данные. С удешевлением памяти алгоритм работы флеш контроллеров постоянно усложняется. Приведу наглядный пример обзоров дешевых SSD из сети, где берется новый дешевый TLC или QLC SSD и производится последовательная запись до выхода SSD из строя. Получается что на дешевый SSD можно записать раз в 5 больше данных чем заявляет производитель. Такая методика тестирования в корне неверна, ибо не учитывает циклы регенерации данных в течении эксплуатационных лет и другие internal(self) writes осуществляемые самим контроллером. Как видно из сказанного производители предполагают что обьем таких операций будет внушителен.

Endurance – Износостойкость это один из важнейших параметров SSD напрямую связанный с типом и качеством установленной памяти.  Не секрет что флэш память рассчитана на определенное количество циклов перезаписи большинство потребительских SSD укомплектованы дешевой памятью TLC или еще хуже QLC и допускают перезапись не более 0,3 своего объёма ежедневно в течении 3-5 лет. Наибольший показатель endurance конечно же у SLC памяти, затем MLC память(причем последняя уступает SLC по этому показателю примерно в десять раз). По endurance принято разделять SSD на 3 категории. Причем разные производители по-разному позиционируют свои SSD. Одни могут обозначить SSD с endurance в 1 DWPD как mixed use, другие даже SSD с endurance в 10 DWPD как mixed use(mid endurance). Мы в обозначениях будем придерживаться классических значений

• Write intensive SSD – Высококлассные серверные SSD допускающие 10 и более перезаписей всего объёма ежедневно(DWPD – drive write per day) в течении 5ти лет. Данные SSD наиболее дороги используется SLC или MLC(eMLC) память.
• Mixed use SSD(mid endurance) – Типичные представители SSD серверного сегмента подходящие для большинства применений. Используется качественная MLC память. Допускается 3 и более DWPD в течении 5ти лет. Кстати по параметру износостойкости(количеству данных которые можно записать во время всего жизненного цикла) mixed use SSD превосходит типичные серверные SAS HDD.
• Read intensive SDD – Более 99% процентов потребительских SSD построенных на TLC или QLC памяти относятся к данному сегменту. Допускается 0,3 и менее DWPD в течении 3-5ти лет. В серверном сегменте так же распространены read intensive модели, особенно если дело касается SSD больших объёмов, однако здесь используется в основном MLC память.

Тип установленной памяти – Далее поговорим об распространённых типах флэш памяти и их основных характеристиках.

• SLC(single level cell) – Характеризуется наилучшим endurance(одну ячейку можно перезаписать от 10000 до 100000 раз), наилучшим data retention time(при нормальных условиях хранения до 10лет), высокой скоростью чтения и записи, высокой стоимостью производства, и низкой емкостью конечного накопителя. Данный тип памяти раньше превалировал в серверном сегменте, однако с увеличением объёмов накопителей уступил место MLC.
• MLC(multi level cell) – Характеризуется неплохим endurance(одну ячейку можно перезаписать до 10000 раз а иногда и больше), неплохим data retention time, высокой скоростью чтения и нормальной скоростью записи, относительно высокой стоимостью производства, и относительно низкой емкостью конечного накопителя. Данный тип памяти является сейчас стандартным при изготовлении серверных SSD. Иногда встречается термин eMLC – фактически это тот же MLC, но оптимизированный под износостойкость. Основное отличие eMLC от MLC это в среднем на 15% низкая скорость записи. Значительное количество современных серверных write intensive SSD построены на eMLC или используют близкие по значению технологии.
• TLC(triple level cell) – Самый распространенный тип памяти в потребительском сегменте. Фактически все типы памяти где в одну ячейку можно записать более одно бита можно отнести к MLC(multi level..), поэтому особо одаренные производители прибегают иногда к маркетинговым ходам и в спецификациях указывают MLC и где-нибудь мелко приписывают three level или нечто подобное. TLC характеризуется низким endurance(одну ячейку можно перезаписать от 1000 до 2000 раз иногда до 3000), низким data retention time, высокой скоростью чтения и низкой скоростью записи, низкой стоимостью производства, хорошей емкостью конечного накопителя. Далее считаю нужным раскрыть еще некоторые особенности и нюансы использования TLC и прочей дешевой памяти. Я уже говорил, что TLC память значительно уступает в скорости записи как SLC так и MLC. Рассмотрим сказанное на примере обычного SATA SSD на TLC памяти. Например, в спецификации указаны скорости как чтения, так и записи около 550МБс, однако при продолжительной записи на TLC SSD скорость линейной записи типично упадет до 80МБс(TLC от Samsung уже получше около 200МБс). Почему такое происходит? Для компенсации низкой скорости записи, уважающие себя производители используют специальный SLC или MLC буфер. Размер данного буфера зависит от емкости самого SSD, но обычно он невелик и не превышает 6ГБ даже для емких накопителей. При операциях записи данные первоначально пишутся в буфер, однако при значительной нагрузке(когда объём записываемых данных превышает размер буфера) данные пишутся уже с реальной скоростью. Подобные механизмы позволяют большинству пользователей не замечать замедления записи в 80% и более случаев, и пользователь не замечает негативных эффектов использования TLC памяти. Однако дешевая память остается дешевой памятью – ниже приведу пример с компанией Samsung. Часто копанию Samsung обвиняют в том, что она специально использует память TLC в своих флагманских смартфонах для искусственного старения аппаратов. Как я уже говорил ранее память TLC(QLC еще хуже) быстрее изнашивается и значительно замедляется с износом. Это приводит к тому что активно использованный смартфон начнет заметно тормозить уже через пару лет, хотя новые аппараты даже с более слабой начинкой будут работать нормально.

• QLC(quad level cell) – Подробно рассматривать данную память не имеет смысла – все как с TLC но намного хуже.

Спасибо за прочтение и <<Да пребудет с Вами Вычислительная Мощь!>>