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Technologien & Lösungen

Flexibles Over-Provisioning

Viele ATP Produkte der neueren Generation erlauben die Anpassung des Over-Provisionings (OP) basierend auf dem Anwendungsbereich um dadurch die garantierte Geschwindigkeit und Lebensdauer zu erhöhen und damit letztendlich Kosten zu sparen.

Durch OP wird ein bestimmter Prozentsatz des verbauten Flash-Speichers für Controller-interne Funktionen reserviert und für den Nutzer nicht adressierbar. In der Regel wird herstellerseitig ein OP von 7% bei PC-Anwendungen und 28% bei Server-Anwendungen eingestellt.

Anwendungen aus dem Embedded Bereich unterscheiden sich in der Regel von PC oder Server-Anwendungen in Bezug auf die Zugriffsprofile auf das Speichermedium. Hierfür können dann andere OP Einstellungen besser geeignet sein als die gängigen 7% oder 28% um die Leistung und Lebensdauer der SSD zu optimieren.

 

Das Problem: Abnutzung

Unterschiedliche Workloads können einen großen Einfluss auf die interne Datenverarbeitung haben und damit Lebensdauer, Mindestgeschwindigkeit und Geschwindigkeits-Varianz erheblich beeinflussen. Werksseitig fest eingestellte OP-Werte können dabei einen entscheidenden Einfluss haben und eine Anpassung sinnvoll machen.

Während man auf NAND Flash Zellen-Ebene die Lebensdauer über Program-Erase-Cycles (P/E Cycles) definiert ist auf SSD-Ebene der Terabytes Written (TBW) Wert aussagekräftiger, welcher sich aus NAND P/E Cycles, Kapazität und Wear Amplification Index (WAI) berechnen lässt.

  • TBW definiert die berechnete Lebensdauer einer SSD in Bezug auf der Datenmenge, die insgesamt auf sie geschrieben werden kann. Je höher der TBW Wert, desto länger die Lebensdauer der SSD.
  • WAI definiert die Relation zwischen der Datenmenge, die die Applikation auf die SSD schreibt und der Datenmenge, die hierbei innerhalb der SSD geschrieben wird. Dadurch ergibt sich ein im Idealfall möglichst geringer WAI, welcher allerdings vor allem in Anwendungen mit hoher Schreiblast kleiner Dateien deutlich höher ausfallen kann. Dies liegt daran, dass NAND Zellen zwar zum Teil beschrieben, allerdings nur als Ganzes gelöscht werden können, was internes hin-und-her-Schieben der Daten nötig macht und sich unter anderem auf die Lebensdauer auswirkt.

Abbildung 1. Write Amplification tritt auf, wenn die SSD intern Daten verschieben (also löschen und neu schreiben) muss um ein Schreibkommando der Anwendung umzusetzen.

Grenzen derzeitig verfügbarer Lösungen

Durch Overprovisioning wird Speicherplatz auf der SSD für Operationen des Controllers wie Garbage Collection oder TRIM bereitgehalten. Dies hilft dabei den Datenverkehr zu steuern und Datenfragmentierung zu reduzieren – was letztlich zu höherer Geschwindigkeit und Lebensdauer führt.

Derzeit werden SSDs allerdings mit einem fest eingestellten OP Prozentsatz versandt, welche die tatsächlichen Schreibvorgänge im Applikationsumfeld nur bedingt berücksichtigt und damit Geschwindigkeit und Lebensdauer beeinträchtigt.

Eine SSD mit geringerem OP mag auf den ersten Blick kostengünstiger sein, da es günstigere Kosten pro Gigabyte bietet. Allerdings bedeutet dies mittelfristig deutlich höhere Kosten in Anwendungen mit hohem Random-Write-Zugriff da der durch das niedrige OP höhere WAI direkt zu einer geringeren Geschwindigkeit und Lebensdauer führt. Die Konsequenz hieraus wären denn geringere Leistungsfähigkeit des Systems und häufigerer Austausch der SSDs.

 

ATP Lösung: Dynamisches Over-Provisioning

ATP’s Dynamisches Over-Provisioning bietet dem Nutzer die Flexibilität, das Overprovisioning basierend auf dem tatsächlichen Anwendungsumfeld selbst einzustellen. Mithilfe eines einfachen Tools können hierbei 7%, 14%, 28% und sogar 50% und mehr gesetzt werden.

Höheres OP = Bessere 4K Random Write Geschwindigkeit

Die Abbildung unten zeigt Messergebnisse eines Langzeittests für 4K random write Zugriff unter 7%, 14%, 28% and 50% OP. Die Resultate zeigen, dass bei niedrigerem OP die Geschwindigkeit deutlich mehr abfällt als bei höherem.

Abbildung 2. Schreibgeschwindigkeit bei 4K random write unter 7%, 14%, 28%, and 50% OP. 

Höheres OP = Niedrigerer WAI 

Unterschiedliche Schreibzugriffe beeinflussen den WAI, welcher wiederum direkten Einfluss auf Geschwindigkeit und Langlebigkeit hat. Abbildung 3 veranschaulicht den WAI unter verschiedenen OP % und zeigt, dass WAI und OP umgekehrt proportional zueinander sind.

 

Abbildung 3. WAI bei 7%, 14%, 28%, und 50% OP.

Höheres OP = Höherer TBW

Abbildung 4 zeigt dass OP sich proportional zu TBW verhält. Je höher das OP, desto höher der TBW Wert, was bedeutet dass die SSD länger funktioniert und dabei mehr Daten schreiben kann.

Abbildung 4. TBW bei 7%, 14%, 28%, und 50% OP.

Die folgende Tabelle fasst die Auswirkungen von OP auf Geschwindigkeit und Lebensdauer zusammen. 

 

Niedrigeres OP

Höheres OP

Geschwindigkeit (Random Write)

Sustained Performance

Niedriger / variiert

Höher / stabil

Lebensdauer

Tabelle 1. Vergleich der Auswirkungen von OP Einstellungen auf Geschwindigkeit und Lebensdauer

Folgende ATP Produktfamilien sind mit dynamischem OP verfügbar:

ATP Flash Produkte mit dynamischem OP

SlimSATA

mSATA

M.2 

2.5" SSDs

Tabelle 2. Dynamisches OP ist verfügbar für ATP’s SlimSATA, mSATA, M.2 und 2.5" SSDs

Kostenoptimierung

Niedrigeres OP bedeutet mehr Nutzerkapazität, allerdings nicht zwingend auch geringere Kosten, insbesondere bei Betrachtung der gesamten Lebensdauer der SSD. Die Grafik unten zeigt dass ein höheres OP einen niedrigeren WAI bedeutet, wodurch sich ein höherer TBW Wert ergibt. Durch die längere Lebensdauer einer SSD mit mehr OP ergeben sich geringere Kosten über die Nutzungsdauer, trotz der geringeren Nutzerkapazität.

Ein anpassbares OP je nach tatsächlichem Anwendungsumfeld erlaubt dem Nutzer, Geschwindigkeit, Lebensdauer und Kosten zu optimieren.

Abbildung 5. Kostenvergleich pro GB / pro TBW bei unterschiedlichen OP %.

Doppelte Flexibilität: Zwischenkapazitäten und dynamisches OP

Dynamisches OP ist ein Teil von ATP’s doppelt konfigurierbarer Speicherlösungen. Gemeinsam mit ATP’s

ATP Mid-Density Lösungen ermöglichen sie dem Nutzer, das eingesetzte Speichermedium optimal auf die eigene Anwendung abzustimmen.

Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen zu ATP’s dynamischem OP und den Zwischenkapazitäten.

 

 

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