Żywotność dysków SSD – czy jest się czym martwić?

W ciągu jednego sezonu Formuły 1 w każdym bolidzie startującym w wyścigach silnik jest wymieniany 4 razy. Krótsza żywotność jednostek napędowych to cena, jaką płaci się za wysoką wydajność.

Pod wieloma względami dyski SSD przypominają bolidy, które można podziwiać na torach wyścigowych. Są szybkie, droższe niż dyski HDD i mają mniejszą pojemność. Jak jest z ich żywotnością?

Każdej komórce po równo

Żywotność dysków półprzewodnikowych rzeczywiście jest mniejsza niż nośników talerzowych. Fakt ten wynika bezpośrednio z ich konstrukcji. Każda komórka pamięci flash może zostać zapisana ograniczoną liczbę razy. Dla nośników w popularnej technologii MLC (Multi Level Cell) liczba cykli zapisu wynosi około 10 000. Po wyczerpaniu limitu skasowanie danych i ponowny zapis stają się niemożliwe. Komórkę można wtedy jedynie odczytać.

Wytrzymałość komórki na poziomie 10 000 cykli to niewiele, dlatego producenci starają się wycisnąć z nośników trochę więcej. Jednym ze sposobów jest tzw. równoważenie zużycia (ang. wear leveling). Dane na dysku zapisywane są równomiernie tak, aby uniknąć sytuacji, w której pewne komórki są używane częściej od innych.

Dzięki temu żywotność całego dysku SSD wzrasta. Średni czas bezawaryjnej pracy (ang. Mean Time Between Failures – MTBF) popularnych modeli dostępnych na polskim rynku wynosi od 1 do 3 mln godzin. Co to oznacza w praktyce?

Test żywotności dysków SSD

To pytanie zadali sobie redaktorzy serwisu Tech Report. Postanowili sprawdzić ile tak naprawdę wytrzymują dyski półprzewodnikowe. W tym celu przeprowadzili genialny w swej prostocie eksperyment.

Próbie poddano 6 dysków SSD od trzech znanych producentów. Nośniki zapełniano danymi, następnie kasowano i zapisywano ponownie. I tak w kółko przez… 18 miesięcy. Okazało się, że najsłabsze nośniki odpadły po zapisaniu około 1 petabajta danych (czyli miliona gigabajtów). Najlepsze dyski uzyskały wyniki zbliżone do 2,4 PB.

Dla porównania, autorzy eksperymentu szacują, że przeciętny użytkownik komputera PC zapisuje kilka terabajtów danych rocznie. Z kolei firma Intel przy okazji premiery jednego ze swoich modeli chwaliła się, że na 80-gigabajtowym dysku można zapisywać po 20 GB dziennie przez 5 lat bez martwienia się o poprawność danych.

Zdrowe komórki schowane na czarną godzinę

Jak widać, wyeksploatowanie dysku SSD w komputerze osobistym nie jest zadaniem łatwym ani krótkotrwałym. Montując w komputerze nowy nośnik dobrej jakości można mieć pewność, że posłuży długo. Pojawia się jednak pytanie, co z dyskami SSD stosowanymi w serwerach? W końcu aktywując konto hostingowe klient nie wie, czy jego pliki trafią na dysk świeżo zamontowany w serwerze, czy na nośnik, który ma za sobą tysiące cykli zapisu.

Zacznijmy od tego, że serwery z dyskami SSD korzystają z innych nośników niż te, które znajdziemy w laptopach czy desktopach. Różnica tkwi między innymi w wielkości tzw. spare area. To obszar na dysku, który nie jest dostępny dla użytkownika i stanowi swoistą pulę zapasową zdrowych komórek pamięci.

W momencie, gdy dana komórka osiąga limit cykli zapisu lub zostanie uszkodzona w inny sposób, dane są kopiowane do komórek znajdujących się w spare area. W dyskach SSD przeznaczonych na rynek konsumencki wielkość tego obszaru zapasowego wynosi zwykle 7% całego dysku. W nośnikach stosowanych w serwerach to nawet 30% powierzchni.

To znacznie wydłuża żywotność profesjonalnych dysków półprzewodnikowych. Mimo to administratorzy w firmach hostingowych nie czekają z wymianą dysku na moment, gdy wyzionie ducha. Sygnał do wymiany dostają od samego nośnika.

Co dzieje się ze stroną WWW, gdy pada dysk w serwerze?

W dyskach SSD i nośnikach talerzowych stosuje się technologię S.M.A.R.T. To system monitorujący pracę dysku poprzez analizę 30 – 40 różnych atrybutów (np. temperatura, czas pracy, liczba uszkodzonych sektorów).

Dyski półprzewodnikowe z racji swojej konstrukcji pozwalają na znacznie dokładniejsze wskazanie momentu, gdy liczba zapasowych komórek w spare area wyczerpuje się lub dysk osiągnął limit cykli zapisu, określony przez producenta. Wtedy administrator otrzymuje komunikat o konieczności wymiany nośnika.

Cała operacja odbywa się to w sposób niezauważalny dla użytkownika. Dyski w serwerach działają bowiem w macierzach RAID. Liczba i układ nośników różni się w zależności od zastosowania macierzy. Przykładowo, w Kei.pl dyski SSD w serwerach pracują w układzie RAID 1 lub RAID 1+0.

Całość składa się zatem z parzystej liczby dysków półprzewodnikowych. Każdy nośnik ma zapewniony dysk, na którym przechowuje się kopie lustrzane plików (tzw. mirrory). To rozwiązanie nie należy zatem do najtańszych.

Przykładowo, na macierzy składającej się z czterech dysków o pojemności 120 GB każdy można zapisać tylko 240 GB danych. Drugie tyle jest bowiem rezerwowane na mirrory. Gdy dodamy do tego fakt, że nośniki SSD są droższe od dysków talerzowych, widać skąd bierze się wyższa cena hostingu SSD. To rozwiązanie pozwala jednak osiągnąć dobry stosunek bezpieczeństwo danych do wydajności całego układu.

O autorze