Přechod na SSD je trend. A nejen u hráčů nebo koncových uživatelů, ale právě i u firem nebo datových center. Ukazují to i poslední čísla z trhu. „Pokud se podíváme na analytiky publikovaná data od všech výrobců, tak se letos jen během druhého čtvrtletí celosvětově prodalo 6,5 milionu kusů Enterprise SSD disků s rozhraním NVMe,“ říká Marcin Gaczor, zástupce společnosti Kingston pro Českou a Slovenskou republiku. „Když k tomu přičteme i SATA Enterprise SSD disky, bavíme se o necelé desítce milionů nakoupených podnikových SSD všech značek. Pokud srovnáme stejná data v kategorii Enterprise (NVme) ve stejném období, tak se letos prodal dvojnásobek toho, co minulý rok,“ dodává Gaczor.

Proč k přechodu na SSD firmy přistupují? Primárním důvodem je poptávka po stále vyšší datové propustnosti s nízkou latencí operací. Zde tradiční pevné disky (HDD) už delší dobu narážejí na své limity. Proto se hledají účinnější úložná řešení, která dokážou efektivněji a rychleji zpracovávat data, pozitivně ovlivní spolehlivost datových center a zároveň sníží provozní náklady. To vše nabízejí SSD disky. Jenže není SSD jako SSD.

Enterprise versus koncový uživatel

Disky SSD se vyrábějí tak, aby bylo možné je snadno použít jako náhradu nebo doplněk k pevným diskům založeným na rotačních magnetických talířích. Existují v mnoha variantách, které se na první pohled liší podle formátu (rozměru a fyzického provedení), rozhraní a sběrnice (SATA, PCIe), komunikačního protokolu (AHCI, NVMe).

Disky SSD se ovšem liší nejen svým provedením. Podstatné rozdíly najdeme i v jejich vlastnostech a zdaleka ne všechny SSD disky jsou z dlouhodobého hlediska vhodné i pro podnikové využití. Podnikové SSD disky pro servery a datová centra (kategorie Enterprise) jsou totiž postavené úplně jinak než SSD disky pro běžné pracovní stanice nebo notebooky. U serverových SSD se počítá s jinou pracovní zátěží i s jinými požadavky na konstrukci disků. Disky v serverech a datových centrech by měly být připraveny na vyšší zátěž, protože u nich není výjimkou stoprocentní cyklus v průběhu 24/7 po celý rok. Při výběru nesprávného SSD disku se mohou zdánlivě nízké vstupní náklady velmi rychle změnit na nevýhodnou investici. Například tehdy, když se disk předčasně opotřebí kvůli nadměrnému zápisu, sníží se trvalý výkon zápisu v průběhu jeho očekávané životnosti nebo způsobí další latenci v datovém úložišti.

Podnikové odlišují od klientských SSD disků tři hlavní vlastnosti: výkon, ochrana dat a výdrž. Právě na ně je třeba se zaměřit, když se rozhoduje o výběru řešení podnikového úložiště nebo datového pole.

Výkon

Datové centrum zpracovává najednou miliony operací. Proto v něm musejí být paměťová zařízení přístupná s tou nejmenší možnou latencí a být schopná obsluhovat zároveň velký počet klientů, kteří potřebují přístup ke stejné složce současně bez toho, aby se zpomalila odezva. Klienti chtějí přístup ke svým datům hned, každé zpoždění pro ně znamená omezení v práci.

Úložiště, která používají nevhodné SSD disky, bývají ovlivněna nerovnoměrným výkonem a mohou způsobit výkyvy v latenci úložiště či trvalém výkonu, a tím pádem i v kvalitě práce pro samotné uživatele. Na rozdíl od běžných SSD disků bývají proto SSD disky třídy Enterprise optimalizované nejen na špičkový výkon během prvních sekund přístupu, ale díky zapojení větší nadměrné zabezpečené oblasti (OP) umožňují i vyšší trvalý výkon po delší dobu.

Ochrana dat

S paměťmi NAND Flash, které tvoří každý disk SSD, jsou neoddělitelně spojeny dva problémy:

• konečná životnost, jelikož buňky NAND Flash se opotřebovávají při opakovaném zápisu,
• úroveň výskytu přirozených chyb ‒ během výrobního procesu se testuje každý výřez ze silikonových destiček a ten se vyznačuje určitou mírou bitové chybovosti (BER nebo RBER).

BER definuje rychlost, s jakou se přirozeně vyskytující bitové chyby v NAND Flash vyskytují bez kódu na korekci chyb (ECC) a kterou řadič SSD koriguje pomocí Advanced ECC (obvykle se označuje i jako chyba BCH ECC, Strong ECC nebo LDPC) bez narušení přístupu uživatele nebo systému.

Schopnost SSD řadiče opravit tyto bitové chyby je možné interpretovat pomocí Uncorrectable Bit Error Ratio (UBER). Podle definice průmyslových standardů JEDEC z roku 2010 se podniková třída liší od běžných SSD mírou schopnosti podpořit vyšší pracovní výkon, odolat extrémnějším externím podmínkám a zvládnout vyšší BER.

Metodika JEDEC pro porovnání podnikových a klientských SSD podle UBER očekává, že u SSD třídy Enterprise se vyskytne pouze jedna neopravitelná bitová chyba v poměru na každých 10 kvadrilionů bitů (~ 1,11 petabajtů). U klientského SSD je to jedna bitová chyba za každý zpracovaný 1 kvadrilion bitů (~ 0,11 petabajtů). Zjednodušeně řečeno nároky na SSD třídy Enterprise jsou o řád vyšší než u běžných disků.

Enterprise SSD disky navíc využívají i další technologie, které umožní obnovu poškozených bloků dat pomocí paritních dat uložených v dalších NAND matricích. V rámci komplexní vnitřní ochrany se na obnovu poškozených datových bloků používají periodické kontrolní součty (CRC) a oprava ECC chyb, které zaručují integritu údajů.

Kromě ochrany před bitovými chybami lze SSD disky chránit i fyzickými obvody detekce ztráty energie s kondenzátory napájení přímo v SSD discích. Funkce podpory při výpadku napájení v hardwaru monitoruje energii přicházející do jednotky SSD a v případě nečekaného výpadku poskytuje dočasné napájení SSD obvodů pomocí tantalových kondenzátorů. To umožní dokončit interní či externí zápisy před vypnutím SSD disků. Obvody pro ochranu před výpadky napájení bývají většinou zásadní u aplikací, které slouží k obnově ztracených dat nebo jejich části.

Uvedené technologie jsou dalším příkladem rozdílů mezi běžným diskem SSD a disky kategorie Enterprise.

Výdrž

Jak už bylo řečeno výše – jednou ze základních vlastností SSD je konečná životnost, jelikož buňky NAND Flash se opotřebovávají při opakovaném zápisu. S každým zápisem nebo mazáním se zkracuje životnost paměťové buňky do té doby, kdy už bloky NAND Flash nejsou schopné spolehlivě data ukládat. V tomto okamžiku se poškozený blok odstraní z uživatelsky přístupného adresáře a adresa logického bloku (LBA) se přesune na novou fyzickou adresu v úložném poli. Nový úložný blok nahradí ten nefunkční pomocí fondu náhradních bloků, které jsou součástí úložiště na SSD. Proto musí být do řadiče podnikového SSD implementována celá řada technologií, aby bylo možné řídit schopnost buňky spolehlivě ukládat data v průběhu celé životnosti SSD.

Výdrž paměti se může velmi podstatně lišit v závislosti na aktuálním procesu výroby a typu NAND Flash. Jednotka SSD kategorie Enteprise musí být schopná odolat velké zátěži i ve scénářích typických pro servery datových center s přístupem k datům 24/7. Běžný disk SSD je obyčejně v provozu okolo osmi hodin denně s pracovním cyklem 20/80 (20 % aktivního času, 80 % v pohotovostním režimu nebo režimu spánku).

Pro měření životnosti a výdrže SSD disku navrhl výbor JEDEC jako jednotnou metriku měření životnosti hodnoty a jednotku Terabytes Written (TBW). Jde o označení množství dat zapsaných v průběhu životního cyklu na SSD disk. TBW je samozřejmě pouze model sloužící k hodnocení jednotlivých komponentů, ale pomáhá i tím, že vychází z jednotných testovacích podmínek. Ukazuje také na velký rozdíl mezi podnikovými a běžnými SSD. Třída Enterprise SSD splňuje mnohem vyšší nároky na celkovou životnost.

Další rozdíly

Mezi podnikovými a běžnými SSD disky existují i další rozdíly od způsobu ukládání a mazání dat v NAND Flash paměti až po složité techniky ochrany dat. Příkladem může být monitorovací funkce a SMART hlášení na SSD discích, které umožňují přehled o životnosti zařízení i varování před možným selháním s ohledem na úroveň opotřebení. Běžné SSD disky většinou obsahují pouze minimum SMART funkcí, takže se jejich životaschopnost nesnadněji vyhodnocuje.

Poměřovat podnikové disky a běžné SSD pro koncového uživatele pouze podle kapacity a ceny proto nejde. Je to jiný systém práce s daty, s rozdílným výkonem, spolehlivostí a životností.