Технология Over-Provisioning в SSD

#Over-Provisioning

Технология Over-Provisioning (OP) – технология, использующаяся в твердотельных накопителях (SSD) для резервирования свободного места под специфическую деятельность контроллера. Использование OP позволяет продлить срок жизни SSD, увеличить стабильность его работы, но уменьшает доступное пользователю свободное пространство диска.

Для того чтобы понять как именно наличие свободного места влияет на перечисленные выше факторы, вспомним как работает твердотельный накопитель. Массив памяти в любом SSD состоит из микросхем NAND памяти. Единая физическая матрица памяти NAND Flash обычно разделена на блоки размером 512 Кб или 256 Кб, а каждый блок обычно поделен на страницы, размером 4 Кб. Пользователь может осуществлять запись и чтение с отдельных страниц, при условии, что они пусты. Однако, как только в страницу была записана информация, ее невозможно перезаписать – необходимо сначала стереть целый блок страниц, и только после этого возможна повторная запись. Такая последовательность носит название цикл Program/Erase.

Кроме того, каждая ячейка NAND памяти имеет ограниченный ресурс и может быть перезаписана ограниченное количество раз. В зависимости от технологии (SLC, MLC или TLC) ресурс разнится от 100 000 до 1000-3000 циклов P/E (write endurance). Для сохранения равномерного износа всех ячеек памяти контроллер SSD постоянно перемещает блоки информации с места на место при записи. При чтении ресурс ячеек памяти SSD не снижается. Из-за необходимости поддерживать одинаковую степень износа ячеек памяти возникает феномен WAF – фактически записывается больше информации, чем поступило от пользователя.



Технология Over-Provisioning резервирует область твердотельного накопителя и делает ее недоступной пользователю. Так как эта область всегда свободна от пользовательских данных ее полностью может использовать контроллер для перемещения данных, выравнивания износа ячеек памяти и замены вышедших из строя блоков памяти на новые. Чем больше область OP, тем проще контроллеру выполнять возложенные на него функции – уменьшается количество WAF информации и улучшается показатель случайного чтения и случайной записи. Производители SSD почти всегда используют OP и резервирует для этого 7% объема. При этом процент OP от общего объема накопителя зависит от предполагаемого применения SSD.

Физическая емкость	Емкость доступная пользователю	% Over-Provisioning	Типичное применение
64 Гб	60 Гб	7%	Домашнее использование
96 Гб	90 Гб	7%	Домашнее использование
128 Гб	120 Гб	7%	Домашнее использование
128 Гб	100 Гб	28%	Корпоративное использование и сервера
256 Гб	240 Гб	7%	Домашнее использование
256 Гб	200 Гб	28%	Корпоративное использование и сервера
512 Гб	480 Гб	7%	Домашнее использование
512 Гб	400 Гб	28%	Корпоративное использование и сервера

Следует помнить, что влияние OP на работу SSD зависит от контроллера. В качестве примера можно привести влияние размера OP в процентах от общей емкости накопителя на стабильность скорости случайной записи блоков по 4К. Во всех тестах использовался один и тот же SSD. При увеличении размера OP до 25 процентов стабильность заметно повышается. Это значит, что вы получаете более отзывчивую систему, которая, при этом, использует меньше ресурса ячеек памяти.

Запись при 0% OP Запись при 12% OP Запись при 25% OP Запись при 50% OP

При желании пользователь может самостоятельно увеличить объем памяти, использующийся для Over-Provisioning. Некоторые производители предусмотрели специальную утилиту, например Samsung Magician или Intel SSD Toolbox. Однако для увеличения раздела OP совсем не обязательно использовать утилиты, достаточно просто оставить часть накопителя не размеченной, то есть не создавать на ней никакого раздела.
Внешний вид утилиты Samsung Magician
Неразмеченный раздел в 23.85 Гб будет использован для OP
Если же у вас установлена операционная система с поддержкой TRIM, например Windows 7/8, то вам достаточно просто оставлять на SSD достаточное количество свободного места – оно будет использовано контроллером как «рабочее пространство» для перемещения данных и выравнивания уровня износа. В зависимости от ваших повседневных задач, следует не размечать или не занимать 10 — 20% от доступного вам объема накопителя. Такой подход позволит получить наибольшую отдачу при наименьшей потери в емкости.

О данной особенности работы твердотельных накопителей следует вспомнить, прежде чем купить SSD. Важно рассчитать объем будущего накопителя не только с учетом всех ваших системных и личных файлов, которые нужно хранить на быстром твердотельном накопителе, но и с учетом 10% буфера из свободного места.