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华为攻克SSD致命弱点:寿命延长30~50%

时间:2024-07-01 阅读量:45

如今的SSD容量越做越大,企业级SSD容量已达30TB、60TB的、甚至120TB。

但是,SSD寿命一直是“致命伤”,越大容量的盘,出现故障后,丢失的数据就越多。

近日, 华为揭开了华为全闪分布式存储让SSD大盘更“长寿”的秘诀。

SSD闪存实际是由半导体元件、NAND Flash颗粒组成。通过对盘上颗粒不断的擦和写,来完成对数据的增、删、改、查。

这个过程中,颗粒捕获电子的能力会逐渐减弱,当减弱到一定程度后、也就是超过颗粒最大擦写次数,便可能出现“电子逃逸”现象,也就是硬盘写穿、数据错误、寿命耗尽。

 

盘上全部颗粒可支持的总擦写次数和使用期间用户写入的数据量。只要后者小于前者,那么就能保证寿命无忧!

下面这个公式就能一目了然:

所以,想延长SSD寿命,就要减少“写放大”。

为了降低分母,就要减少罪魁祸首——“写放大”。

写放大的意思是,比如,在写入16KB的业务数据时,呈现到盘上却变成写入64KB物理数据量,被放大了,消耗了数倍的擦写次数,加速颗粒老化。

“写放大”的源头来自于以下三点:

1、后台垃圾回收

SSD是无法覆盖写的,要想修改数据必须擦除颗粒、重新写入,Block就是擦除的最小单元。当少量数据修改时, SSD就会将原Block上的全部有效数据读取后,写入新的Block位置,再擦除原Block。

这个过程,就像整理房间一样,要先把老房间的东西全部搬出来,再放到新房间里重新布置。换句话说,少量的数据更新,会引发更大面积颗粒的擦写。

 

2、小I/O补齐

SSD可读写的最小单元是Page(一般是512个byte)。

在用户层面写入数据时,当用户写入的I/O大小不足一个Page容量,为了能管理它,就需要额外寻找另一份数据,来和原数据拼凑成一整个Page的大小,再写入到颗粒中。

“这个不够、别的来凑”,这用来凑齐的无效数据,就会造成写放大。

 

3、元数据变化

在SSD上,元数据是描述数据的索引,一般紧密地存放在一些Block区域。

当用户在频繁修改数据时,对应的每份元数据也必须跟着被修改、重定向,造成多次读写、擦写,牵一发而动全身。

 

华为OceanStor Pacific分布式存储采用了一个创新的机制——小I/O聚合,将小I/O在写盘前聚合在保电内存中,只有达到一定粒度后才会写入SSD,消除了小I/O补齐导致的写放大。

这对元数据变化也非常友好。聚合后的小I/O更容易被集中修改,极大减少元数据被频繁擦写的概率。

同时,华为还采用了业界独创的多流技术,即智能识别数据的冷热程度并优化数据布局,减少不必要的重复擦写和数据搬移。

 

 

除了分母,也要增大分子

华为是采用额外的编码纠错技术,在达到颗粒的标称擦写次数后,对数据持续校验或修正,彻底避免数据错误、业务出错,变相地增大了颗粒的总擦写次数。

华为开发了一套更加强大的组合拳——LDPC算法与SmartFSP 3.0算法,一方面对Flash介质进行监测,寻找更精确的读取电位,另一方面保证高性能的校验纠错性能,提供更加精准的盘内冗余纠错精度。

一个纠得正,一个查得准,二者配合,华为就将SSD数据的误码率从10-17降低至10-18,整整降低一个数量级,延长30~50%的SSD寿命

今年2月份,华为在数据存储新春新品发布会上推出了坤灵eKitStor Xtreme系列高性能M.2闪存条,也就是固态硬盘。

根据华为官网显示,目前该系列已经上架官网,并公开详细配置和价格。

华为eKitStor Xtreme M.2闪存条提供512GB、1TB、2TB、4TB四种规格,售价分别为608.4元、967.2元、1887.6元和3793.4元。

eKitStor Xtreme 200采用PCIe Gen 4x4传输接口,NVMe 2.0协议,支持主机内存缓冲区(HMB)技术,预计采用DRAM-less无外置缓存方案。

最大顺序读写速率7400/6700MB/s,最大随机读写速率1100K/1000K IOPS。

不同容量版本在性能上略有差异,但整体保持在业界领先水平。

功耗方面,读取最大有效功率为5W,写入最大有效功率为4.8W,闲置功耗为20mW。

耐用性方面,华为坤灵eKitStor Xtreme 200承诺平均故障间隔时间(MTBF)为150万小时,并提供长达5年的质保服务,显示出华为对产品质量的信心。其总写入字节数(TBW)从512GB版本的550TB到4TB版本的4400TB。

此外,该固态硬盘还特别加入了用户数据深度恢复模式,为用户数据安全提供了额外一层保护伞。

官方宣称拥有3大算法加持,让性能提升15%、寿命提升10%、可靠性提升30%。

 

需要注意的是,该系列产品并不独立销售单品,而是专门面向分销市场,按箱售卖,一箱900条。

另外,华为这款固态盘还是全国产打造,自家主控配合长江存储颗粒。


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