Как наши твердотельные накопители созданы для максимального срока службы и производительности

Давайте будем честными: каждый производитель твердотельных накопителей скажет вам, что их накопители служат долго.. Это практически обязательное требование для маркетинговой брошюры.. Но что это на самом деле означает? И что еще более важно, какие конкретные инженерные решения необходимы для создания твердотельного накопителя, который действительно превосходит конкурентов? С тех пор мы занимаемся разработкой и производством твердотельных накопителей в Шэньчжэне. 2014, доставка дисков в 80+ стран в совершенно разных условиях — от серверных комнат с климат-контролем в Стокгольме до пыльных промышленных панелей в Саудовской Аравии.. Этот опыт научил нас, какие именно дизайнерские решения имеют значение для продолжительности жизни, а какие — всего лишь театральные спецификации..

Обеспечение долговечности каждого твердотельного накопителя Qootec — от выбора NAND до теплового проектирования

Выбор класса NAND: Где начинается продолжительность жизни

Мы не можем подчеркнуть это достаточно: флэш-память NAND внутри вашего SSD является основным фактором, определяющим, как долго он прослужит. Каждый чип NAND имеет ограниченное количество операций программирования/стирания. (Цена/прибыль) циклов, прежде чем клетки изнашиваются. Но вот чего большинство людей не знает — не все чипы из одной и той же пластины одинаковы..

Во время изготовления, вафли тестируются и распределяются по сортам. Лучшие клетки переходят к классу А — полные характеристики выносливости., удержание, и частота ошибок. Тогда есть категория B, восстановленный, и переработанная NAND, извлеченная из списанных накопителей. Разница в цене существенная, именно поэтому некоторые производители используют ярлыки.

В Qootec, мы используем только NAND оригинального качества от поставщиков первого уровня. Для нашего промышленные твердотельные накопители M.2, это означает, что чипы специально разделены на группы для повышенных температур и большего количества циклов P/E.. Для нашего коммерческие диски NVMe, мы выбираем флэш-память, которая сочетает в себе долговечность и стоимость, поскольку не каждому приложению требуется NAND промышленного уровня., и мы не будем брать с вас плату за то, что вам не нужно.

Выбор между MLC и TLC NAND еще одно важное решение. MLC обеспечивает 3 000–10 000 циклов P/E.. TLC предлагает большую мощность за доллар, но обычно 1000–3000 циклов.. Мы предлагаем оба, и мы всегда скажем, что соответствует вашей рабочей нагрузке.

Чрезмерное выделение ресурсов: Скрытый множитель выносливости

Вот дизайнерское решение, о котором большинство покупателей даже не задумываются: избыточное обеспечение (ОП). Это означает резервирование процента необработанной емкости NAND, который пользователь никогда не увидит.. Это зарезервированное пространство дает диспетчеру возможность выполнять хозяйственные работы — выравнивание износа., сбор мусора, управление плохими блоками — без ущерба для полезной емкости.

Думайте об этом как о парковке. Если каждое пространство постоянно заполнено, передвижение машин становится кошмаром. Держать 10% открыть, и все течет. SSD работают так же.

Наш промышленный твердотельный накопитель M.2, разработанный с учетом агрессивного избыточного выделения ресурсов для рабочих нагрузок с большим объемом записи.

Настраиваем разные уровни ОП по линейке продуктов. Потребительские диски работают 7% — стандартный. Коммерческие приводы повышаются до 12–15 %.. Наш твердотельные накопители промышленного класса идти так высоко, как 28% для приложений, требующих интенсивной записи. В реальных цифрах? Промышленный SSD с 28% OP может обеспечить в 2–3 раза большую длительность записи по сравнению с идентичным диском при 7% ОП. Для производственные системы работают 24/7, это годы дополнительного срока службы.

Алгоритмы выравнивания износа: Распределение нагрузки

Даже с отличным NAND и щедрым OP, Срок службы SSD будет сильно ограничен без эффективного выравнивания износа.. Операционные системы неоднократно записывают по одним и тем же логическим адресам.. Без вмешательства, некоторые физические блоки изнашивались гораздо быстрее, чем другие, и диск преждевременно выходил из строя, хотя в большинстве ячеек еще оставалась жизнь.

Существует два основных типа: динамическое выравнивание износа перемешивает только активно записываемые блоки, при этом выравнивание статического износа тоже периодически перемещается “холодный” данные в сильно изношенные блоки, освобождение более свежих блоков для активной записи. В нашей прошивке реализовано глобальное статическое выравнивание износа.. В промышленное применение особенно, значительная часть емкости содержит статические данные. Без статического выравнивания износа, активные блоки сгорают, а холодные почти не используются.

Мы также настроили сбор мусора, чтобы он работал разумно наряду с выравниванием износа.. Агрессивная сборка мусора фактически сокращает срок службы NAND, вызывая ненужное усиление записи.. Наша прошивка сочетает в себе поддержание производительности с максимальный срок службы.

Управление температурным режимом по дизайну

Тепло убивает SSD. Не резко — дыма нет. It’s slow and insidious. Повышенные температуры ускоряют деградацию клеток, увеличить частоту ошибок по битам, и заставить контролёра усерднее работать над исправлением ошибок, который генерирует больше тепла. Порочный круг.

Наш подход к управление температурным режимом начинается с проектирования печатной платы. Стратегически размещаем тепловыделяющие компоненты — контроллер, ДРАМ, регуляторы мощности — для максимального рассеивания тепла через медные слои. Мощные компоненты оснащены специальными термопрокладками.

Обзор теплового дизайна печатной платы — каждое решение о размещении компонента влияет на долговечность накопителя

Для нашего 2.5-дюймовые твердотельные накопители SATA, металлический корпус действует как радиатор с проводящими прокладками, создавая эффективные тепловые пути. Для форм-факторов M.2, проектируем планировки, позволяющие распределить тепло по максимально возможной площади. И по поводу прошивки, наше многоступенчатое регулирование постепенно снижает производительность по мере повышения температуры — никаких грубых двоичных переключателей, просто изящная адаптация.

Защита от потери мощности: Защита от неожиданностей

Что происходит с вашими данными, когда во время записи отключается питание? На диске без защиты от потери питания, ничего хорошего. Данные в кэше DRAM теряются. Частично написанные страницы повреждают слой флэш-перевода.. Худший случай: кирпичный диск.

Для наших коммерческих и промышленных линий, реализуем аппаратную PLP с использованием танталовых конденсаторов. Когда мощность падает, они обеспечивают контроллеру достаточно энергии для безопасной очистки кеша в NAND.. Наш CFast-карты и широкотемпературные модули mSATA включать PLP в стандартную комплектацию — этого требуют приложения, которые они обслуживают.

Мы проверяем PLP посредством повторного тестирования энергопотребления.. Диски сталкиваются с сотнями внезапных сбоев в разных состояниях записи. Если хотя бы один тест приведет к потере данных, дизайн возвращается к инженерному делу. Для любого SSD, входящего в корпоративная среда или промышленный контроллер, это не обязательно — это важно безопасность данных.

Оптимизация прошивки: Невидимый двигатель производительности

Наш разработка прошивки полностью собственный, что дает нам контроль, которого нет у производителей, использующих готовые прошивки. Коррекция ошибок — прекрасный пример: современная NAND требует сложных алгоритмов LDPC.. Наша прошивка динамически настраивает мощность ECC в зависимости от возраста и износа каждого блока.. Свежие блоки становятся легче над головой (Быстрее). Блоки старения получают более сильную защиту (надежный).

Прочтите также вопросы управления беспорядками. Каждая прочитанная страница NAND слегка нагружает соседние ячейки.. Более миллиона прочтений, это приводит к переворачиванию битов в данных, которые никогда не записывались. Наша прошивка отслеживает количество чтений и активно обновляет данные до того, как накапливаются ошибки.. Большинство пользователей даже не подозревают, что это происходит, но это основная причина, по которой наши диски сохраняют целостность на протяжении многих лет..

Все эти дизайнерские решения — выбор NAND, ОП, выравнивание износа, управление температурным режимом, ПЛП, прошивка — работа как единая система. Отличный алгоритм не может компенсировать плохую NAND. Отличная NAND не спасет плохую систему охлаждения. Вот почему мы подходим к этому комплексно, и почему наш отчет бизнес-клиентов значительно более низкие коэффициенты замены. The будущее технологии NAND только сделает эти дисциплины более важными.

Часто задаваемые вопросы

Сколько выносливости (TBW) могу ли я ожидать от ваших промышленных SSD?

Это зависит от продукта, емкость, и тип NAND. Промышленные твердотельные накопители M.2 с использованием MLC 28% OP может обеспечить в 3–5 раз больший объем общего разрешения, чем эквивалентные потребительские накопители TLC.. Мы публикуем подробные характеристики каждого страница продукта, и наша команда может рассчитать прогнозируемый срок службы на основе вашей фактической рабочей нагрузки.

Предлагаете ли вы защиту от потери питания для всех форм-факторов??

PLP является стандартом для коммерческих и промышленных линий во всех форм-факторы — 2,5 дюйма, М.2, Msata, CFast. Потребительские накопители используют встроенную функцию очистки при отключении питания., более низкий уровень защиты по более доступной цене. Если PLP критичен, дайте нам знать, и мы укажем вам правильный продукт.

Можно ли настроить прошивку для конкретных профилей рабочей нагрузки??

Абсолютно — это одно из наших ключевых отличий.. Регулируем агрессивность сборки мусора, тепловые пороги дроссельной заслонки, Коэффициенты ОП, и стратегии ECC, соответствующие вашей рабочей нагрузке. Мы разработали специальные сборки для наблюдения, POS-терминалы, промышленная автоматизация, и многое другое. Свяжитесь с нашей командой инженеров обсудить требования.

Создайте свой следующий проект на твердотельных накопителях, рассчитанных на длительный срок службы

Срок службы и производительность не являются счастливыми случайностями — они являются результатом целенаправленной разработки на каждом уровне.. Если вы устали от преждевременных сбоев или нестабильной работы поставщиков дженериков, нам следует поговорить. Узнайте, как выбрать правильный SSD, ознакомьтесь с полным ассортиментом нашей продукции, или обратиться напрямую — наши инженеры любят поковыряться над этими вещами.

Инженерная команда Qootec
Шэньчжэнь, Китай · Производитель твердотельных накопителей с 2014

Мы команда инженеров SSD, разработчики прошивок, и специалисты по качеству, которые с тех пор разрабатывают и производят твердотельные накопители для мировых рынков. 2014. Благодаря продуктам, развернутым в 80+ страны, мы привносим практический опыт производства в каждую статью, которую пишем. Узнайте больше о Qootec.