高寿命NVMe SSD应用场景实践.pdfVIP

高寿命NVMeSSD应用场

景实践

01

什么是SSD寿命？

SSD寿命是指在生命周期内允许的数据写入量。按照JEDEC固态

技术协会制定的标准JESD218中定义，企业级SSD在到达标称寿命临

界值前，必须满足以下条件：

SSD标称寿命（建议使用JESD219定义的寿命测试工作负载)；

SSD的用户容量保持恒定（保证OP不变）；

在正常寿命使用期内，不可修复错误率（UBER，Uncorrectable

BitErrorRate）≤10E-16；

SSD关机后，40℃的室温下，数据可以保持3个月。

因为SSD使用NAND作为存储介质，SSD的寿命本质上受限于NAND

的寿命。NAND寿命的量化指标叫P/ECycles，也就是写入/擦除

（program/erase）次数，因为NAND是以页（page）为单位写入数

据，以块（block）为单位擦除，对于已经写入数据的block，必须

将原有数据进行搬移，SSD是通过“垃圾回收”（GarbageCollection，

GC）的机制来回收被无效数据占用的空闲空间，GC额外搬移的数据

需要用到SSD的OP（Over-provisioning）预留空间。对整个block

的数据擦除后才能允许新数据写入。一写一擦就会消耗NAND一个P/E。

在NAND还是2D平面时代，TLCNANDPE只有500~1000，但在NAND

进入3D堆叠时代后，用于企业级SSD的3DeTLC可以达到5000~10,000

PE。

02

如何计算SSD寿命？

SSD寿命的单位有两种，PBW（或TBW）和DWPD。

PBW/TBW：全称是Petabytes/TerabytesWritten，也就是在SSD

的生命周期内允许的主机端数据写入量。1PBW=1000TBW；

DWPD：全称是DriveWritesPerDay。也就是在生命周期内（一

般为5年），SSD每天允许全盘写入的次数。DWPD和PBW/TBW可以

相互换算，公式如下：

如果用户或OEM厂商知道业务场景下每天的数据写入量是需要

对整盘容量写几遍，就可以根据寿命指标，如0.8，1或3DWPD选型

SSD。如果知道工作负载的数据总写入量，就可以根据PBW的寿命指

标进行选型。

DWPD的计算和几年生命周期有关，一般生命周期也是产品保修

期。以PBlaze5926系列为例，每天3.4DWPD写入量对应5年更长

的生命周期，但如果每天有5.7DWPD的写入量，生命周期就会减短

到3年。MemblazePBlaze系列SSDDWPD和PBW寿命标称均是JESD219

工作负载下测试得出。

03

影响SSD寿命的因素有哪些？

企业应用的工作负载千差万别，而不同工作负载对固态硬盘的寿

命有着巨大的影响，其中顺序、纯4K随机和JESD219中定义的IO模

型（IOpattern）是三种比较典型的工作负载。而不同工作负载因为

数据分布的不同触发“垃圾回收”（GC）的粒度不同。GC在进行无效

数据的搬移时会引入额外的系统数据写入，带来写放大WA（Write

Amplification），也就是实际用户写一笔数据，真正写入到SSD的可

能需要2-3笔。写放大因子（WriteAmplificationFactor，简称

WAF）是NAND总写量除以用户预期的数据写入量的比率，通过WAF可

以对WA引入的多余写入量进行量化。

从上表也可以清晰看出，不同工作负载测试下SSDWAF不同。

WAF=1是最理想状态，但实际的业务场景很少有纯顺序工作负载。因

此JESD219对企业级SSD寿命测试工作负载进行了统一，包含从512

bytes到64K，不同权重IO分布的组合，以小块4KIO为主，占有

67%的访问，512bytes占了4%