サーマルスロットリングとは
サーマルスロットリングは、ドライブが熱くなりすぎた場合の安全機能です。温度センサーは、重要なコンポーネントの動作温度を監視します。ファームウェアのサーマル・スロットリング・アルゴリズムは、動作温度が安全なレベルまで下がるまで入出力トランザクションのパフォーマンスを低下させることで、温度が最大閾値を超えないようにする必要がある場合に起動されます。
なぜサーマルスロットリングなのか？
SSDs ドライブが重いワークロードを引き受けたり、高周波プロセッサで作られた NVMe SSD がより多くの電力を消費したりすると、SSD ドライブから大量の熱が発生します。過熱すると、電子部品の損傷やシステム障害が発生する可能性があります。
サーマルスロットリングはどのように機能しますか？
SMARTのSSDドライブには、SSDの温度を監視する温度センサーが組み込まれており、SSDの温度がしきい値を超えると全体のパフォーマンスが制限されます。SMARTのサーマルスロットリングアーキテクチャは、安全性とパフォーマンスのバランスを最適化するための優れたアルゴリズムを提供します。
- 状態 A: SSD がフルパワーで負荷の高い作業を引き受けているため、SSD の温度が一定時間高いままになります。
- 状態 B: サーマルスロットリングが有効になっており、SSD のパフォーマンスを低下させることで潜在的な熱の上昇を抑制します。
- 状態 C: SSD の温度が下がるのを待って、SSD のパフォーマンスは一定の速度を維持します。そうしないと、SSD ドライブを保護するためのパフォーマンス調整が 2 回目に試行され、サーマルスロットリングが再び有効になります。
- 状態D：サーマルスロットリングは正常に温度を通常状態に低下させました。
- 状態 E: 温度が下がり始めると、SSD のパフォーマンスは徐々に回復します。内蔵の温度センサーは、SSDの温度を監視し続けます。
疑似SLCとは何ですか?
疑似シングルレベルセル（pSLC）は、マルチレベルセル（MLC）またはトリプルレベルセル（TLC）NANDフラッシュを使用して、各セルに格納されるビット数を1に減らす新しいテクノロジーです。各セルに格納されるビットの量を1に減らすと、NANDフラッシュメモリの信頼性と寿命が向上します。
なぜ擬似SLCなのか
ビデオ監視、機械学習、HPCなど、書き込みの多いアプリケーションの多くは、高いプログラムサイクルと消去サイクルを必要とします。SLC NANDフラッシュは、他のNANDフラッシュタイプよりも耐久性とパフォーマンスが優れていますが、ビットあたりのコストは高くなります。
疑似SLCの仕組み
NAND テクノロジーがギガバイトあたりのコスト主導型になるにつれて、3D TLC NAND はコストと製品寿命のバランスが非常に優れています。SMARTのPseudo-SLC（pSLC）製品は、より高いレベルのデータ整合性と期待される製品寿命を必要とするアプリケーションの耐久性とパフォーマンスを向上させます。フラッシュコントローラーファームウェアにNANDベンダー固有のコマンドとアルゴリズムを実装することにより、3D TLC NANDを1ビットpSLCモードで動作させることができます。このモードでは、耐久性とパフォーマンスの動作がネイティブSLC NANDと一致します。SMARTのpSLCテクノロジーは、コストとパフォーマンスのバランスを最適化するように設計されています。
ウェアレベリングとは
ウェアレベリングとは、特定のNANDブロックが他のNANDブロックよりも頻繁に書き込まれたり消去されたりしないようにする方法を指します。Wear-Levelingは、デバイスの故障やデータ損失につながる可能性のある特定のブロックの過剰使用を防ぐことで、フラッシュ製品の寿命と耐久性を向上させます。
なぜウェアレベリングなのか？
NANDフラッシュのアプリケーションでは、プログラム/消去サイクル（P/Eサイクル）に制限があります。各ブロックのP/Eサイクルが最大値に達すると、これらのブロックは機能しなくなります。特定のブロックが過剰に書き込まれたり消去されたりすると、これらのブロックのP/Eサイクルが急速に消費され、NANDフラッシュが早期に故障します。
ウェアレベリングの仕組み
ウェアレベリングの原則は、同じブロックで連続してP/Eサイクルが行われないようにするために、すべてのセルに同じ数の書き込みを行うことです。ウェアレベリングアルゴリズムは通常、データをプログラムするたびに使用する物理ブロックを決定するために、フラッシュコントローラによって管理されます。ウェアレベリングを使用すると、特にエンタープライズシステムアプリケーション向けのストレージデバイスの信頼性と寿命を向上させることができます。
ガベージコレクションとは
フラッシュベースのストレージデバイスは、従来のディスクと比較して、以前に削除されたデータを処理する方法が異なります。SSDs の同じブロックに新しいデータを書き込むには、まずデータを消去する必要があります。ガベージコレクションは、使用中のデータを新しいブロックにコピーし、古いブロックからすべてのデータを削除します。
なぜガベージコレクションなのか？
フラッシュベースのストレージデバイスは、物理的に同じ場所にある古いデータを新しいデータが上書きすることが多い従来のハードディスクドライブとは異なります。SSDs では、開いているフラッシュメモリブロックに新しいデータが書き込まれ、論理アドレスに関連する対応する古いデータは無効になります。ガベージコレクションは、新しい有効なデータを連続したメモリ位置に統合し、物理フラッシュメモリから無効なデータを削除して、新しいデータ用にメモリブロックを解放します。
ガベージコレクションの仕組み
フラッシュセルはページで構成され、複数のページがブロックを構成します。SSDs はデータをページとして読み書きし、ブロックレベルでデータを消去します。使用済みのブロックに新しいデータを書き込むには、SSD コントローラは最初にすべての有効なデータをコピーし、それを別のブロックの空のページに書き込む必要があります。次に、新しく消去されたブロックを新しいデータに書き込む前に、現在のブロック内の有効なデータと無効なデータの両方を消去します。このプロセスはガベージコレクションと呼ばれます。
TRIM コマンドとは何ですか?
TRIMは、オペレーティングシステムがSSDに、どのブロックが不要で削除できるか、または書き換え可能なブロックとしてマークされているかを伝えるのに役立つコマンドです。TRIMコマンドを使用すると、書き込みアンプ係数（WAF）が低下するだけでなく、データアクセス速度も向上します。
なぜTRIMコマンドなのか？
フラッシュベースのデバイスはコントローラにプログラムされたブロックレベルの物理構造ですが、オペレーティングシステムには独自の構成スキーム、つまりファイルシステムがあります。SSD コントローラは、どのブロックが使用中か、どのブロックが空いているかを認識しますが、どのブロックがどのファイルに対応しているかはわかりません。SSDまたはOSがファイルを削除すると、事態は複雑になります。
TRIM コマンドはどのように機能しますか?
TRIM コマンドはファイルレベルからブロックレベルへのブリッジとなり、OS が SSD にファイルを削除することを伝えたり、削除されるファイルを次回のガベージコレクション実行時に削除するようにマークしたりできるようになります。
TRIMコマンドがないと、ガベージコレクションはどのファイルがOSによって削除されたかを認識できないため、削除されたデータを含むページを適切なページとともに移動し続けるため、書き込みの増幅が増加します。ここで TRIM コマンドが機能します。SSDコントローラーは、削除されたデータを含むページの収集を停止するようにTRIMから指示されます。そうすれば、それらのページは取り残され、ブロックの他の部分と一緒に消去されます。
TRIM コマンドは、ガベージコレクションプロセスを改善し、書き込み増幅を減らし、SSD の寿命とパフォーマンスを延ばすことができます。
オーバープロビジョニングとは
オーバープロビジョニングとは、メモリの物理容量の一部を、ガベージコレクション、ウェアレベリング、および不良ブロック管理のために確保する技術です。これにより、書き込み増幅の特性が効果的に低下し、SSD の寿命が延びます。
なぜオーバープロビジョニングなのか？
SSD ドライブの容量の一部は、さまざまな内部メモリ管理機能を実行するために確保されています。過剰にプロビジョニングされた領域は、ユーザーが使用したりアクセスしたりすることはできず、ホストオペレーティングシステムからは見えません。
オーバープロビジョニングの仕組み
SSD メーカーは通常、ガベージコレクションやウェアレベリングなどのバックグラウンドアクティビティに備えて、物理ストレージスペースの 7% を確保しています。例として、256 GB の未フォーマット時容量の SSD を取り上げます。本質的に、組み込みのオーバープロビジョニング用に未フォーマット時の容量が 7% 確保され、実際のユーザー容量は240 GBになります。オーバープロビジョニング率が高いほど (例:28%)、パフォーマンスと SSD 製品の寿命がさらに向上します。
ガベージコレクションがトリガーされると、散在するデータの規模に応じて SSD の書き込みパフォーマンスに影響します。NAND フラッシュに分散するデータが少なく、オーバープロビジョニングの割合が高いほど、ガベージコレクションの作業サイクルが短くなるため、パフォーマンスが影響を受ける可能性が低くなります。つまり、書き込み増幅が減少するため、SSDの寿命が延びます。以下の図は、さまざまなオーバープロビジョニングレベルでの耐久性強化の結果を示しています。
SMART Modular Technologiesは、統合メモリソリューションの設計、開発、高度なパッケージングを通じて、世界中のお客様がハイパフォーマンスコンピューティングを実現できるよう支援します。当社のポートフォリオは、今日の最先端のメモリテクノロジーから、標準および従来のDRAMおよびフラッシュストレージ製品まで多岐にわたります。30 年以上にわたり、当社は成長著しい市場における多様なアプリケーションのニーズを満たす標準、高耐久性、カスタムのメモリおよびストレージソリューションを提供してきました。 詳細については、今すぐお問い合わせください。
