Verwendung von Overprovisioning mit SSDs

Author Joe Leng | 12. Februar 2021 | Alle, Verbraucher, Unternehmen, Technologie

Um die Taktik der Überbereitstellung zu veranschaulichen, stellen Sie sich ein Fünf-mal-Fünf-Frame-Puzzle vor. Wenn 24 Puzzleteile den Rahmen füllen, ist es schwierig, die Position einzelner Teile zu ändern, da nur noch 1/25 des Platzes verfügbar ist. Wenn jedoch nur 12 Puzzleteile in den Rahmen eingelegt werden, ist es einfacher und schneller, die Positionen dieser Teile zu ändern. Mit anderen Worten: Je mehr freier Platz vorhanden ist, desto einfacher ist es, Figuren in kürzerer Zeit an eine bestimmte Position zu bewegen.

Das Gleiche gilt auch für SSDs. Wenn mehr Blöcke in der SSD erhalten bleiben, sollte es schneller gehen, Daten an eine bestimmte Position zu schreiben. Durch die Reduzierung der Anzahl der Verschiebungsaktionen beim Organisieren von Daten wird die Garbage Collection effizienter. Diese Strategie verbessert sowohl die Leistung als auch die Ausdauer. Wir nennen diesen Prozess der Erhaltung von mehr freiem Speicherplatz „Overprovisioning“.

Overprovisioning-Techniken

Es gibt drei Möglichkeiten, Overprovisioning auf eine SSD anzuwenden.

1. Binäre bis dezimale Überbereitstellung. Während NAND-Komponenten mit binärer Kapazität aufgebaut sind, sind SSDs mit dezimaler Kapazität aufgebaut, was bedeutet, dass in SSDs zusätzliche 7% an nicht nutzbarer NAND-Kapazität vorhanden sind, wie in der Abbildung oben dargestellt.

2. Überprovisionierung des Herstellerdesigns. Normalerweise wird der Prozentsatz der Überversorgung bei der Low-Level-Formatierung im SSD-Werk festgelegt und der typische Prozentsatz der Überversorgung liegt bei null Prozent, sieben Prozent bzw. 28 Prozent. Bei einer 128-GB-SSD werden 128 GB mit null Prozent Überversorgung, 120 GB mit sieben Prozent Überversorgung und 100 GB mit 28 Prozent Überversorgung ausgeliefert.

Dies ist ein Beispiel für dieselbe SSD mit unterschiedlichem „Benutzerbereich“. Das Mindestmaß an Überbereitstellung für eine SSD ist werkseitig festgelegt, Benutzer können jedoch mehr Speicherplatz für eine bessere Leistung zuweisen. In jedem Fall ist ein mäßiges Verständnis der Überbereitstellung erforderlich, um bessere SSD-Kaufentscheidungen zu treffen und Laufwerke für jede einzelne Umgebung und jeden Anwendungsfall so vorteilhaft wie möglich zu konfigurieren.

Die Leistung von SSDs beginnt ab etwa 50 Prozent des freien Speicherplatzes zu sinken, weshalb einige Hersteller die für Nutzer nutzbare Kapazität reduzieren und als zusätzliche Überbereitstellung zurückstellen.

Ein Hersteller könnte 28 GB von 128 GB einsparen und die SSD als 100-GB-SSD verkaufen, wobei 28 Prozent davon überdimensioniert sind. Tatsächlich kommen diese 28 Prozent zusätzlich zu den integrierten 7,37 Prozent hinzu, daher ist es gut zu wissen, wie Anbieter mit diesen Begriffen umgehen. Nutzer sollten außerdem bedenken, dass eine SSD im Betrieb selten vollständig ausgelastet ist. SSDs machen sich diese ungenutzte Kapazität zunutze und nutzen sie dynamisch als zusätzliche Überbereitstellung. Das internationale Diskettenlaufwerk

Die Equipment and Materials Association (IDEMA) hat einen Standard (LBA 1-03) für Laufwerkskapazitäten veröffentlicht, dem die meisten Festplatten- und SSD-Hersteller folgen. Die in der Tabelle oben aufgeführten Kapazitäten von 128 GB und 512 GB.

3. Bekannter freier Speicherplatz auf dem Laufwerk. Dies ist die dritte Ursache für Überbereitstellung und entsteht durch bekanntermaßen freien Speicherplatz auf dem Laufwerk, Ausdauer und Leistung werden auf Kosten der Meldung ungenutzter Teile und/oder auf Kosten aktueller oder zukünftiger Kapazitäten gewonnen. Dieser freie Speicherplatz wird vom Betriebssystem mit dem TRIM-Befehl identifiziert. Alternativ bieten einige SSDs ein Dienstprogramm, mit dem der Endbenutzer zusätzliche Überbereitstellung auswählen kann.

Übermäßige Bereitstellungseffizienz

Die Effizienz der Überbereitstellung hängt davon ab, wie auf die SSD geschrieben wird, und es gibt zwei gängigste Methoden: Bei sequentiellen Schreibvorgängen gibt es keinen Nutzen aus dem freien Speicherplatz, da die Speicherbereinigung für diese Blöcke ausgeführt wird, wenn die Daten der gefüllten Blöcke nicht mehr gültig sind . Es gibt keine gültige Seite (oder Seiten) aus den Blöcken, die programmiert werden müssen.

Bei zufälligen Schreibvorgängen sind ungültige Seiten das Hauptproblem. Immer wenn die Garbage Collection aktiviert wird, muss der Controller gültige Seiten in andere nicht verwendete Blöcke schreiben. Durch die Hintergrund-Lese-/Schreibanforderungen und Host-Lese-/Schreibanforderungen nimmt die Gesamtleistung des Laufwerks ab.

- Over-Provision-Vorteil: Reduzierung der WA bei gleichzeitiger Steigerung von Ausdauer und Leistung.
- Nachteil der Überbereitstellung: Verlust der Benutzerkapazität.

Durch Überbereitstellung werden mehr Ersatzblöcke bereitgestellt, die eine Datenverschiebung mit höherer Effizienz, geringerer Schreibverstärkung (Write Amplification, WA) und besserer Ausdauer ermöglichen. Daher kommen wir zu dem Schluss, dass eine Überbereitstellung die Lebensdauer einer SSD verlängern wird.