Dieser Artikel beschreibt die Bedeutung und korrekte Berechnungsmethode der DWPD (Drive Writes Per Day = Schreibzugriffe pro Tag) bei SSDs. Es werden verschiedene Faktoren analysiert, die die DWPD beeinflussen und erhöhen, und zeigt auf, welche Anwendungsbereiche eine größere DWPD erfordern.

Zur Bestimmung des Nutzwerts einer SSD ist neben der Kapazität und der Leistung die Lebensdauer ein sehr wichtiger Indikator. Die Lebensdauer einer SSD hängt normalerweise von der Gesamtanzahl der Schreibzugriffe ab - je häufiger Schreibzugriffe stattfinden, desto schneller wird die SSD beschädigt. Im Wesentlichen gibt es zwei Hauptindikatoren zur Bestimmung der Lebensdauer einer SSD. Eine davon ist die TBW (Total Bytes Written = die Gesamtanzahl geschriebener Bytes), womit die insgesamt schreibbaren Bytes gemeint sind, bevor eine SSD beschädigt wird. Da die meisten SSDs eine Kapazität von Dutzenden bis Hunderten von Terabyte aufweisen, wird TBW auch als Terabytes Written interpretiert. Womit dann die Gesamtmenge an Terabytes, die auf eine SSD geschrieben werden können, gemeint ist. Der andere Hauptindikator ist die DWPD, also die Schreibzugriffanzahl pro Tag innerhalb der Garantiezeit. Angenommen, die Kapazität der SSD beträgt 256 GB und die DWPD 1,5. Solange die durchschnittliche Gesamtanzahl der Datenschreibzugriffe 256 GB x 1,5 = 384 GB pro Tag nicht überschreitet, wird die SSD während der Garantiezeit nicht beschädigt werden.

TBW- und DWPD-Werte unterschiedlicher SSDs ergeben sich normalerweise auf Basis der SSD-Firmware-Algorithmen, NAND-Flash-Typen und SSD-Reservespeicher. Im Allgemeinen lautet diese Formel wie folgt:

Die NAND-Größe (TB) bezieht sich auf die Gesamtkapazität des NAND-Flash einer SSD in Terabyte-Einheiten; der PE-Zyklus bezeichnet die Gesamtanzahl der Schreib- und Löschvorgänge; WAF (Write Amplification Factor) ist das Schreibverstärkungsverhältnis und Wear Level Factor ist der Verschleißausgleichsparameter. WAF und Wear Level Factor beziehen sich hauptsächlich auf den Algorithmus der SSD-Firmware, SSD Capacity (TB) ist die Kapazität, also das Fassungsvermögen, der SSD und Warranty Day bezeichnet die Garantiefrist. Anhand der oben aufgeführten Formel erkennt man, dass es zur Erhöhung der DWPD einer SSD (Schreibzugriffe pro Tag) neben der Verbesserung des Firmware- Algorithmus nur zwei Ansätze gibt. Einer besteht darin, einen NAND-Flash mit einem höheren PE-Zyklus zu verwenden. So liegt der PE-Zyklus von SLC-NAND normalerweise bei 20.000 – 60.000, während der von TLC-NAND ist nur bei 1.000 – 2.000 liegt. Allerdings ist auch der Preis von SLC-NAND wesentlich höher als der von TLC-NAND. Eine andere Methode besteht darin, den Reservespeicher der SSD (auch OP oder Over Provisioning genannt) zu erhöhen. Beide Ansätze erhöhen allerdings die Kosten einer SSD. Daher sind SSDs mit höherer DWPD in der Regel deutlich teurer.

Um die Leistung und Stabilität zu verbessern, verwenden aktuelle SSDs häufig bestimmte Blöcke des TLC-NAND als Pseudo-SLC, die als SLC-Cache verwendet werden. Beim SLC-Cache wird auch zwischen statischem SLC und dynamischem SLC unterschieden. Wie in der obigen Abbildung gezeigt, sind beim statischen SLC diese Blöcke immer Pseudo-SLCs; beim dynamischen SLC ist es hingegen möglich, dynamisch zu TLC zu wechseln. Da sich die Pseudo-SLC- und TLC-PE-Zyklen sehr voneinander unterscheiden, ist die obige Methode zur Berechnung von DWPD etwas problematisch. Auch bei der WAF-Berechnung sind die Algorithmen und inwiefern diese den Einfluss des SLC-Caches miteinbeziehen bei jedem Controller-Hersteller unterschiedlich. Um diese Probleme zu vermeiden, sollte die folgende Formel verwendet werden, um DWPD zu berechnen:

Die beiden Bereiche statischer SLC und TLC werden nach der oben aufgeführten Formel jeweils getrennt voneinander berechnet. Da es zwischen den beiden Bereichen keinen gegenseitigen Verschleißausgleich gibt, bedeutet das Erreichen des PE-Zyklus eines einzelnen Bereiches auch das Ende der Lebensdauer der gesamten SSD. Daher wird der geringste TBW-Wert der zwei Bereiche herangezogen, und schließlich die DWPD berechnet. Hier gilt zu beachten: Da der PE-Zyklus des dynamischen SLC-Bereichs derselbe wie der des TLCs sein sollte und der Verschleißausgleich mit dem TLC-Block durchgeführt wird, muss der TBW kombiniert berechnet werden. Einige SLC-Caches nutzen die Lastenverteilung (round robin), bei der die Löschvorgangsanzahl jedes Blocks gleich ist, so dass der Verschleißausgleichsfaktor gleich 1 ist. Bitte beachten Sie, dass, wenn die obige Formel nur einen Bereich umfasst, diese mit der Formel auf der vorherigen Seite übereinstimmt.

Zur Berechnung der DWPD hat JEDEC zwei unterschiedliche Workloadmodelle, also Arbeitslastmodelle, definiert. Das eine ist die Client-Workload, die zum Konsumenten-Anwendungsfeld gehört, die andere ist die Enterprise-Workload, die hauptsächlich für SSDs auf Unternehmensebene verwendet wird. Der Bereich der zufälligen Schreibvorgänge dieser beiden Arbeitslasten hat einen großen Einfluss auf die WAF einer SSD.

Zur Überprüfung der Berechnung des DWPD stehen verschiedene Methoden zu Verfügung:

1. Die Durchführung von Schreibzugriffen auf der SSD bis es zu Schäden kommt. Nachteil dieser Methode ist allerdings ein sehr langer Testzeitraum.
2. Der Einsatz eines NAND-Protokollanalysegeräts, um zu testen ob die tatsächliche Löschanzahl des NANDs mit der vom SSD-Controller gelieferten Löschanzahl übereinstimmt.
3. Das vorübergehende Deaktivieren der Verschleißausgleichsfunktion der SSD, bei der sich dann die Schreibzugriffen auf einen kleinen Bereich konzentrieren. Die Genauigkeit dieser Methode hängt jedoch eng mit dem SSD-Algorithmus zusammen.

Normalerweise erfordern Cloud- und Überwachungsanwendungen aufgrund der häufigen Schreibvorgänge eine SSD mit einem höheren DWPD-Wert, der sich in der Regel zwischen 1 bis 3 bewegt. Für den Normalanwender oder für Anwendungen, die überwiegend auf Lesezugriffen basieren, also nicht täglich im riesigen Maße Schreibzugriffe tätigen, ist eine SSD mit einem DWPD-Wert von 0,2 bis 0,5 durchaus ausreichend.