Zachraňujeme dáta zo zlyhávajúceho disku. Zn. zadarmo

Nič nevydrží večne (FLASH)

Flash pamäte sú trochu iná kategória, mechnické bolesti pevných diskov ich netrápia a znesú trochu hrubšie zaobchádzanie, za to majú svoje špecifické problémy. V popise sme si uviedli, že FLASH pamäť využíva tunelového efektu pre zápis dát. Problémom je, že tento efekt má deštruktívny vplyv na materiál izolujúci plávajúcu bázu (dioxid kremíka), ktorý začne postupom času elektróny pohlcovať, čím sa zmenšuje rozdiel medzi prahovými napätiami, ktoré odpovedajú úrovniam pre logickú 0 a 1. Tým pádom ostane pamäťová bunka, po určitom počte zápisov, trvale v stave logickej jednotky (nemá náboj. t.j. neblokuje čítacie napätie), prípadne v nedefinovanom stave, kedy prečítané napätie neodpovedá ani jednému z definovaných stavov.

FLASH bunky majú životnosť zhruba 100 000 zápisových cyklov (SLC, 1 bit na bunku, 1 napäťová úroveň), okolo 5000 pre MLC (= bežné SSD, 2 bity na bunku, 2 napäťové úrovne), TLC (tri bity na bunku) len okolo 1000 (napr. taký Samsung 840 non-Pro, 840Pro je MLC). Prečo tendencia klesá je celkom jasné - ako sa materiál unavuje, klesá schopnosť rozpoznať stavy, a na čím viac napäťových úrovní chceme nastaviť na plávajúcej báze, tým užšie sú intervaly medzi nimi menšie a tým rýchlejšie môže dôjsť k chybe, resp. konečnému štádiu opotrebovania. Preto odporúčam vyvarovať sa SSD s TLC pamäťami pre náročné použitie, pre domáce použitie možno postačuje, v náročných podmienkach aspoň MLC. Pri zápise 20-30GB dát Vám aj TLC potenciálne vydrží roky (spomínaný Samsung 840 s TLC pamäťami vydržal v teste na xtremesystems.org 432TB zápisu). Paradoxom vývoja SSD je, že so zmenšujúcim sa výrobným procesom klesá aj životnosť pamäťových buniek - kým 34nm MLC zvládnu 5000 P/E cyklov, 25nm už len 3000. Nižší výrobný proces znamená nižšie napätie, užšie intervaly pre jednotlivé stavy.

Práve preto má každý radič FLASH pamätí integrovanú techniku pre vyrovnávanie záťaže medzi jednotlivé bunky, aby sa všetky opotrebovávali približne rovnomerne. Nakoľko SSD sú spomedzi FLASH zariadení vyťažované asi najviac, postupne bol do radičov SSD diskov pre zvýšenie životnosti implementovaný garbage collector a príkaz TRIM.

V prvom rade, SSD nie je organizované tak, ako pevný disk - je delené na bloky a tie ďalej na tzv. pages, stránky. Veľkosť stránky je obvykle 4kB (podobne ako v operačnom systéme), blok pozostáva zo 128 stránok, celkovo má teda 512kB. Problém u SSD je, že pokiaľ máme na disku určité dáta a tie zmeníme, nenastane ich prepis, ako na klasickom HDD. Tieto dáta musia byť najprv zmazané a až potom zapísané. Dáta môžu byť zapisované do jednotlivých stránok, no problém je, že mazané môžu byť len celé bloky. Preto SSD, pri prepise dát, pôvodné dáta označí ako neplatné a nové dáta uloží na iné voľné miesto, aj kvôli snahe opotrebovávať bunky rovnomerne. Pokiaľ však chceme zmazať blok a označiť ho ako voľný, musíme platné stránky z tohto bloku niekam presunúť, čím dochádza k tzv. write amplification - teda dáta, ktoré sme dávnejšie zapísali, sú v skutočnosti zapísané na niekoľkých miestach na disku (platná je vždy jedna kópia). WA sa matematicky dá vyjadriť ako pomer medzi množstvom reálne zapísaných dát ku dátam, ktoré zapísal operačný systém. Navyše keď zmažeme súbor, SSD samo o sebe nevie, že sme ho vymazali. Operačný systém totiž len označí v tabuľke súborov dotyčnú časť disku ako voľné miesto, no fyzicky tam dáta stále sú a SSD ich vedie ako platné stránky.

Príkaz TRIM je práve určený na to, aby operačný systém zdelil SSD-čku, že môže dáta po vymazaní súboru fyzicky zneplatniť. Tým nám na disku neostávajú zombie-súbory a garbage collectoru, ktorý sa stará práve o mazanie neplatných blokov a presun platných stránok, to uľahčuje život. A samozrejme sa tým znižuje write amplification, nakoľko nedochádza k presunu stránok, ktoré by boli ináč označené ako platné, no v skutočnosti patria vymazanému súboru. Pre detailnejší popis, ako aj dopad na výkon, odporúčam článok Problémy SSD na našom webe.

Smrť SSD môže byť v určitých prípadoch rýchlejšia ako smrť pevného disku. Elektronika v SSD môže umrieť v podstate z minúty na minútu, bez varovania. Prípadne pre chybu vo firmware sa radič jednoducho zablokuje, a máte po dátach. Riešenie? Niekedy pomôže len odpájkovať kontrolér a priletovať nový. Pokiaľ je SSD interne hardwarovo kryptované, po zlyhaní radiča nezachránite vôbec nič, nakoľko kryptovacie kľúče su pre každý disk unikátne. Preto radšej siahnite po SSD bez vstavaného šifrovania a pre kryptovanie použite napr. TrueCrypt. Firmware však u nových SSD nebýva problém, pôrodné bolesti novej technológie sú zdá sa za nami. Okrem toho sú smrteľné kŕče SSD podobné tým u pevných diskov - BSOD, I/O chyby, nemožnosť čítať súbory...

Pokiaľ SSD zlyháva, garbage collector môže presúvať dáta, ktoré sú zapísané na fungujúcich stránkach, na stránky chybné. A hoci sa počet zlých buniek z krátkeho časového hľadiska meniť nemusí, budete postupne prichádzať o viac a viac dát. Taktiež pozor na výpadky napájania - SSD (FLASH pamäť vo všeobecnosti) je na ne citlivejšia.