Beheer

Storage
Olifant verplaatst door heftruck

SSD's: robuust, maar foutgevoelig

Onderzoek naar zes jaar gebruik brengt meer duidelijkheid over de robuustheid van solid state disks.

© Shutterstock
11 juli 2016

Solid state disks zijn robuuster dan hun leveranciers beloven, en hoeven minder vaak vervangen te worden dan harde schijven. Maar ze confronteren gebruikers wel veel vaker met fouten dan harde schijven. Dat is in een notendop de conclusie van onderzoek naar SSD’s in de rekencentrumpraktijk.

SSD’s worden steeds populairder. Volgens Gartner besteedt de zaken­wereld in 2017 meer aan SSD’s dan aan HD’s. Dat heeft alles te maken met hun voordelen. De gegevensoverdracht gaat vele malen sneller, SSD gebruiken minder energie dan een harde schijf, ze produceren minder warmte en vragen dus minder koeling, ze hebben geen draaiende onderdelen die kunnen slijten en ze maken geen geluid. Daar staat ­tegenover dat SSD’s nog steeds stukken duurder zijn en dat vraagtekens gezet worden bij de duurzaamheid ervan. In chips gebakken geheugencellen hebben de hinderlijke eigenschap dat ze een gelimiteerd aantal keren overschreven kunnen worden.

Hoe de specifieke karakteristieken van SSD’s uitpakken in de praktijk van alledag, daar was nog weinig over bekend. Twee medewerkers van Google en een wetenschapper van de universiteit van Toronto brengen daarin verandering met het voor zover bekend eerste langjarige onderzoek naar het gedrag van solid state disks. De data zijn afkomstig van ­rekencentra van Google, waar al jaren met grote aantallen SSD’s wordt gewerkt. Hoeveel, dat mogen de onderzoekers niet onthullen. Maar de analyse betreft vele miljoenen ‘draaidagen’. Daarbij zijn gegevens verzameld van zowel MLC-, eMLC- en SLC-type disks, verdeeld over tien verschillende modellen van vier leveranciers. De gebruikte chips hebben spoorbreedtes die variëren van 50 tot 24 nanometer. Google gebruikt SSD’s al zes jaar; in de studie zijn alleen de drives meegenomen die ten minste 4 jaar in productie zijn. Voor eMLC-disks is dat 3 jaar, omdat die technologie wat jonger is.

Een eerste observatie is dat SSD’s inderdaad robuuster zijn dan harde schijven. Over een periode van vier jaar gemeten moet 4 tot 10 procent van de flashdrives vervangen worden. Vergeleken bij de jaarlijkse 2 tot 9 procent uitval van harde schijven die in eerdere onderzoeken gerapporteerd wordt, steekt dat gunstig af, concluderen de onderzoekers.

 

Consumenten-SSD’s even robuust

Drives die speciaal voor de zakelijke markt worden geproduceerd, blijken in de praktijk niet betrouwbaarder dan drives voor de consumentenmarkt. De laatste – van het MLC-type – garanderen wel een veel lager aantal wis/schrijfcycli dan de eMLC- en SLC-drives. Maar in de percentages schijven die vervangen moeten worden, zie je dat niet terug. Eén van de types SLC-schijven vertoonde zelfs de hoogste uitval. Ook in percentages SSD’s die reparatie behoefden, zie je het verschil tussen de zakelijke en de consumenten-SSD’s niet terug.

Opmerkelijk is ook dat de leveranciers beslist niet overdrijven bij hun claims over de levensduur van hun producten. De ‘raw bit error rate’ blijkt – tegen de verwachting in – niet snel toe te nemen met het bereiken van het maximum gegarandeerde aantal zogeheten ‘program/erase-cycles’, ofwel het aantal malen dat een sector opnieuw beschreven kan worden. Die toename blijft vrij lang min of meer lineair. Pas tegen de tijd dat drives drie maal het aantal gegarandeerde P/E-cycles hebben doorlopen, begint het aantal foute bits sterk op te lopen. De bit error rate blijft overigens ook afhankelijk van de tijd dat de SSD in het veld staat – los van de intensiteit van gebruik – en van de details van de chips. Kleinere spoorbreedtes resulteren in hogere bit error rates.

 

Relatief veel onoplosbare leesfouten

Tijdens hun levensduur vertonen de SSD’s wel relatief hoge niveaus van wat de onderzoekers niet-transparante fouten noemen: fouten die de disk niet zelf kan oplossen, en dus een bewerking doen mislukken. Daarvan is de leesfout verreweg de meest voorkomende. Afhankelijk van het type krijgt 20 tot 63 procent van de SSD’s te maken met ten minste één zo’n leesfout; op twee tot zes van elke duizend draaidagen mag men op zo’n fout rekenen.

Anders dan veelal wordt aangenomen blijkt het optreden van niet-corrigeerbare fouten niet samen te hangen met de raw bit error rate. De gedachte dat die ratio voorspellende waarde heeft voor de kans dat problemen gaan optreden, wordt in dit onderzoek niet bevestigd. De onderzoekers vonden in de data ook geen verband tussen de spoorbreedte van de gebruikte chips en het aantal niet-corrigeerbare fouten. Alleen het aantal P/E-cycles is duidelijk van invloed op het ontstaan van oncorrigeerbare fouten. Net als bij de raw bit error rate is het verband eerder lineair dan exponentieel. SSD’s blijken ook bestand tegen wisselende gebruiksintensiteit. Het maakt voor het ontstaan van fouten niet uit of het gebruik gelijkmatig is of in de loop der tijd pieken kent.

In 30 tot 80 procent van de SSD’s worden blokken geheugencellen onbruikbaar. De meeste SSD’s ontwikkelen maar een paar van dergelijke blokken. MLC’s onderscheiden zich hier wel negatief: zodra het tweede corrupte blok is ontstaan, volgen er in de regel snel (veel) meer. 2 tot 7 procent van de SSD’s krijgt te maken met kapotte chips; in twee derde van de gevallen doordat er te veel slechte blokken op die chip ontstaan. Als er geen reservechips aan boord zijn, zal die schijf dus met verminderde capaciteit draaien totdat de kapotte chip vervangen is.

Harde schijven vertonen in onderzoek onder grote populaties bij telling na 32 maanden in 3,5 procent van de gevallen problemen met onleesbare sectoren. Dat is een aanmerkelijk verschil. Een hard disk bevat namelijk vele malen meer sectoren dan er chips of blokken geheugencellen in een SSD zitten, en het effect van uitvallen ervan is dankzij de veel geringere omvang een stuk kleiner.

Details van het onderzoek zijn te vinden in het rapport Flash Reliability in Production, The Expected and the Unexpected.

 

Dit artikel verscheen eerder in AutomatiseringGids nr. 5 2015

 
Lees het hele artikel
Je kunt dit artikel lezen nadat je bent ingelogd. Ben je nieuw bij AG Connect, registreer je dan gratis!

Inloggen

Registreren

  • Direct toegang tot AGConnect.nl
  • Dagelijks een AGConnect nieuwsbrief
  • 30 dagen onbeperkte toegang tot AGConnect.nl

Ben je abonnee, maar heb je nog geen account? Laat de klantenservice je terugbellen!