DWPD指标：为何不再适用于大容量SSD？

news2024/9/22 6:40:05

固态硬盘（Solid State Drives, SSD）作为计算机行业中最具革命性的技术之一，凭借其更快的读写速度、增强的耐用性和能效，已经成为大多数用户的首选存储方案。然而，如同任何其他技术一样，SSD也面临自身的挑战，其中首要问题之一便是数据可靠性。由于电源故障、电压波动以及磨损和老化等因素，存储在SSD中的数据可能会遭到破坏。

SSD的存储介质是什么，它就是NAND闪存。那你知道NAND闪存是怎么工作的吗？其实，它就是由很多个晶体管组成的。这些晶体管里面存储着电荷，代表着我们的二进制数据，要么是“0”，要么是“1”。NAND闪存原理上是一个CMOS管，有两个栅极，一个是控制栅极(Control Gate), 一个是浮栅(Floating Gate). 浮栅的作用就是存储电荷，而浮栅与沟道之间的氧化层(Oxide Layer)的好坏决定着浮栅存储电荷的可靠性，也就是NAND闪存的寿命。

但是呢，这些晶体管的电荷可不是永久存在的。它们就像一群顽皮的孩子，喜欢跑来跑去。如果你经常让它们进行“擦除”和“写入”的操作（NAND闪存中，P/E Cycle，也称为擦除次数），它们就会觉得累，电荷的存储能力也会逐渐下降（浮栅与沟道之间的氧化层被磨损的越来越严重，导致浮栅中电子的控制越来越艰难）。直到有一天，它们再也不想存储电荷了，那这个时候，你的SSD的寿命也就差不多了。

所以呢，SSD寿命评估的底层机理，其实就是计算NAND闪存的擦除和写入次数（P/E Cycle）。每个晶体管都有一个固定的擦除和写入次数，就像我们的腿一样，跑多了会累，会磨损。当这些晶体管达到一定的磨损程度时，它们就再也存储不了电荷了，这时候你的SSD可就要退休了哦！

目前市面上主要流通的就是4种NAND类型：SLC、MLC、TLC、QLC。随着每个寿命从高到低依次是SLC>MLC>TLC>QLC，随着单个cell含有的bit数越多，NAND的可靠性也会有所降低。

SSD寿命评估的指标主要包括两个：DWPD（Drive Writes Per Day）和TBW（Total Bytes Written）。

DWPD，即每天可以写入SSD的数据量，是衡量SSD寿命的重要指标之一。一般来说，DWPD越大，SSD的寿命越长。另一个评估指标是TBW，即SSD在寿命周期内可以承受的总写入数据量。

DWPD和TBW都是用来衡量SSD寿命的指标，DWPD更关注每天的使用频率，而TBW则关注硬盘的总写入能力。一般来说，DWPD越大，TBW越大，SSD的寿命也越长。然而，这些指标只是评估SSD寿命的参考值，实际使用寿命还受到其他因素的影响，如工作负载、环境温度、SSD的写入策略等。

近期STH论坛公布了一项数据，他们从二手渠道购买了1347块从数据中心退役的企业级SSD。从厂商分布来看，大部分盘来自Solidigm（Intel前身SSD）

按照接口协议，这些样本主要是NVME SSD：

具体型号分布如下：

这些SSD对应的DWPD规格都集中在1-3。

按照实际使用的DWPD分布，研究发现，大多数SSD的实际DWPD远低于它们的标称DWPD值。这意味着大多数SSD的实际使用情况远没有达到制造商规定的最恶劣情况下的工作负载。

按照不同容量对应的实际DWPD数据分析：

400GB SSD：400GB容量的SSD几乎达到了其标称的耐久性评级，但实际使用中仍然略低于标称值。这表明即使是较小容量的SSD，在实际使用中的耐久性仍然接近于标称值。
3.84TB SSD：3.84TB容量的SSD是研究中最大容量点，实际最大DWPD低于1 DWPD。这表明对于这种大容量SSD，一旦文件被写入并在之后被多次读取，对于高耐久性SSD的需求就会大大降低。

随着SSD容量的增加，传统的DWPD评级越来越不适用。耐久性仍然是一个重要指标，但在大规模SSD上，当前的DWPD体系感觉不太合适。大容量SSD不太可能经历连续的4KB随机写入，更多的读取和更接近顺序写入的工作负载更可能发生。4KB随机写作为最恶劣情况下的工作负载，并不是大多数SSD所经历的真实工作负载。实际上，SSD更可能经历大量的读取和更接近顺序写入的工作负载，尤其是在更大容量的SSD上。

现在是时候转向新的评价体系了，特别是在更大容量的SSD上，我们应该对传统的DWPD评级的重要性有新的认识。随着技术的发展，我们可能需要重新评估如何衡量SSD的耐久性和性能，以更好地适应现代工作负载的要求。

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