Entre 2010 y 2015, IDC predice que se espera que los envíos de unidades de estado sólido aumenten a una tasa de crecimiento anual compuesta del 52 por ciento a nivel mundial. El aumento correspondiente en la adopción de almacenamiento y servidores empresariales significa que una comprensión más profunda de los componentes críticos, como la administración de medios y el uso de unidades nuevas frente a unidades usadas, puede ayudar a los administradores a administrar mejor los recursos de almacenamiento.
Los SSD pueden parecer muy similares a los discos duros giratorios convencionales, pero la similitud es solo superficial. Un examen del funcionamiento interno de una SSD revela que las SSD en realidad tienen muy poco en común con las unidades heredadas. Un ejemplo clave es la diferencia en la forma en que cada tipo de unidad sobrescribe los datos existentes: las unidades giratorias sobrescriben en un solo paso, mientras que las SSD basadas en NAND Flash requieren pasos adicionales. Este resumen examina el "proceso de escritura de varios pasos" para SSD.
Antecedentes: los fundamentos del diseño de SSD
Lo primero que debe entender acerca de cómo los SSD sobrescriben los datos es cómo se construyen los SSD. Cualquier SSD tiene los siguientes componentes básicos:
- Interfaz de host
- Placa de circuito impreso
- controlador NAND
- NAND
Diferencias de proceso de escritura
La fecha se escribe en NAND de manera diferente a como se escribe en un disco duro giratorio: primero se debe borrar NAND que contiene datos (ya sean válidos o no válidos); solo entonces puede tener nuevos datos escritos en él. En pocas palabras, el proceso de borrado primero borra un bloque completo; solo entonces las páginas en ese bloque pueden tener nuevos datos escritos en ellas.
Debido a que NAND que ya tiene datos debe borrarse antes de que se puedan escribir nuevos datos, la secuencia de escritura para un dispositivo que está lleno (sin páginas vacías/borradas) es muy diferente de la de un dispositivo que está vacío (o tiene suficientes páginas vacías/borradas para absorber el tráfico de escritura entrante).
Páginas vacías/borradas disponibles
Supongamos que pudiéramos asegurarnos de tener páginas vacías/borradas listas en todo momento. A medida que la escritura llega a la SSD, el flujo del proceso sería similar al de una unidad giratoria:
- Los datos ingresan al SSD desde la interfaz del host, lo que resulta en una solicitud de escritura (que eventualmente se escribirá en la NAND).
- "¿Hay páginas vacías/borradas" (es decir, páginas que están listas para escribir)? En la Figura 1, las páginas vacías/borradas están disponibles.
- Escriba los datos en las páginas disponibles.
Este proceso de escritura se logra en un solo paso, al igual que las unidades giratorias. Por lo general, esto es mucho más rápido que escribir en un SSD sin páginas vacías/borradas (como se muestra en la Figura 2).
No hay suficientes páginas vacías/borradas disponibles
Supongamos ahora que tenemos un SSD con suficientes páginas vacías/borradas. A medida que se escriben nuevos datos en el SSD, se requiere que las celdas se borren inmediatamente antes de que ocurra la escritura:
- Los datos ingresan al SSD desde la interfaz del host, lo que resulta en una solicitud de escritura (que eventualmente se escribirá en la NAND).
- “¿Hay suficientes páginas vacías/borradas” (es decir, páginas que están listas para escribir)? En la Figura 2, no hay suficientes páginas vacías/borradas disponibles.
- Ubique un bloque cuyos datos hayan sido invalidados o cuyos datos válidos se puedan mover, convirtiéndolo en un buen candidato para borrar, y luego llame a la rutina de recolección de elementos no utilizados (consulte la sección Unidades nuevas frente a unidades usadas a continuación) para habilitar el borrado de este bloque. .
- Borra este bloque. (Repita según sea necesario para almacenar los datos en la solicitud de escritura).
- Escriba los datos en las páginas recién borradas/vacías.
El paso 4 puede tardar en completarse porque borrar NAND lleva mucho más tiempo que escribirlo: cualquier ciclo de borrado de NAND es "lento" (normalmente, se tarda 250 microsegundos [µs] en escribir en una celda MLC, pero 1500 µs en borrarla).
Unidades nuevas frente a unidades usadas
Si está utilizando un SSD nuevo, el proceso de escritura procede de la misma manera que en la Figura 1. Un SSD nuevo está vacío; todas sus páginas estarán vacías y listas para recibir nuevos datos, por lo que el paso de borrado rara vez se realiza mientras se escriben los datos. Sin embargo, a medida que se llena la unidad, el número de estas páginas vacías/borradas disminuye y eventualmente se consumirán.
Existe un proceso en segundo plano en los SSD que libera páginas cuyos datos se han invalidado, lo que las convierte en buenas candidatas para borrar. Este proceso en segundo plano se denomina "recolección de basura".
Conclusión
Si un SSD basado en NAND está lleno, escribir nuevos datos en él es un proceso muy diferente en comparación con escribir en un SSD vacío. Si la unidad está vacía, el proceso de escritura es muy similar a la rotación de unidades. Sin embargo, si el SSD ya contiene datos, se requieren pasos adicionales:
- El SSD debe determinar si existe suficiente espacio libre para aceptar los datos.
- Si no, llama a su rutina de recolección de basura para agrupar y mover datos válidos para que se pueda borrar un bloque completo (para que las páginas del bloque puedan recibir nuevos datos).
- El bloque se borra.
- Los datos están escritos.
Todos estos pasos adicionales son manejados por el controlador SSD sin la intervención del host, pero dan como resultado una variación en el rendimiento.
Para obtener más información, consulte el documento técnico " Estados de rendimiento de las unidades SSD " en Micron.com.
doug rollins (Ingeniero sénior de aplicaciones, unidades de estado sólido empresariales, tecnología Micron)
Doug Rollins se unió a Micron en 2009 como ingeniero de aplicaciones en el grupo Enterprise SSD Products. Antes de unirse a Micron, el Sr. Rollins pasó 17 años trabajando en el diseño y la fabricación de sistemas de servidores, dispositivos de red y plataformas de almacenamiento/protección de datos, y almacenamiento de estado sólido. El Sr. Rollins es el inventor nombrado en 13 patentes de EE. UU. y ha sido reconocido tanto por la Storage Networking Industry Association (SNIA) como por Intel Corporation por sus destacados logros técnicos. El Sr. Rollins obtuvo su licenciatura en matemáticas de la Universidad Estatal de Humboldt.
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