JEDEC SSD 수명 표준 - 1. Enterprise Workload

이 기획 기사는 다음의 네 주제로 진행될 예정입니다.

수명 관련해서 토론할 때 기초 자료로서 역할을 하기를 바라며 써봅니다.

제안이나 수정 사항은 언제나 환영입니다.

1. Enterprise Workload (이 글)

2. 무엇이 수명의 끝인가?

3. Client Workload

4. 생각해볼 것들

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0. JEDEC이란?

JEDEC은 Joint Electron Device Engineering Council의 약자로, 미국 전자 산업 협회와 국제 전자 제조업체 협회가 세운 반도체 표준을 지정하는 곳입니다. 우리에게 잘 알려진 DDR DRAM 표준이 이 곳에서 지정되고 있으며, 이번에 다룰 수명 표준의 경우도 여기서 지정했습니다.

1. Enterprise Workload

우리는 사실 사용자 환경임에도 불구하고, 엔터프라이즈 환경 기준(Enterprise Workload)이 더 많이 알려진 기준일 것으로 보입니다. 개인용 제품은 표준 테라바이트 환산 수명(TBW)를 공개하지 않고 두리뭉실하게 하루에 몇 기가로 몇 년(3편에서 왜 이런식인지도 설명을 하도록 하겠습니다), 이렇게 표현하기 때문에 우리가 인터넷으로 검색해서 볼 수 있는 사실상의 모든 TBW 수명의 정체입니다.

먼저 수명 체크를 시작하기 전에 유효한 데이터로 전체 사용자 공간을 채워야 합니다. 예시로 볼 때, 쓰기와 동시에 진행되는 읽기의 경우 미리 기록된 데이터가 없을 시 에러를 낼 것으로 보기 때문으로 보입니다. 그렇지 않은 경우(읽기에 오류가 발생하지 않는 경우) 포맷된 SSD로도 조건을 충족시킬 수 있다고 합니다.

- 파일 크기는 512Byte : 4% / 1K~3.5K : 0.5K당 1% / 4K 67% / 8K 10% / 16K 7% / 32K 3% / 64K 3%

[그림 1] 4K 비율이 압도적으로 큽니다.

1K~3.5K까지 0.5K 단위로 1%씩 배치한 것이 이색적입니다.

- 4K보다 큰 데이터는 4K 정렬로 전송

4K 정렬은 4K 단위라는 것이 아닌, 4K 경계에 맞추어 보내라는 것입니다. 즉, 파티션 틀어짐 등으로 섹터 경계에 맞지 않는 데이터를 보내서는 안 된다는 것이지요.

- LBA 100% 사용할 것

아래의 Trim 금지와 함께 엔터프라이즈 환경 기준이 사용자 환경 기준과 큰 차이를 보이는 부분입니다. 즉 처음부터 OP로 지정하지 않은 이상 여유 공간으로 인한 유사 OP 효과를 허용하지 않겠다는 것이지요.

- UNMAP, TRIM 사용 불가

TRIM 등의 기술을 금지하여 순수하게 웨어 레벨링과 기본으로 잡혀있는 OP를 통한 수명을 측정하도록 하고 있습니다.

- 처음 5% 영역에 50% / 다음 15% 영역에 30% / 나머지 영역에 20% 할애할 것

[그림 2] LBA 사용 비율

실제로 OS 영역 등의 일부분을 읽는 비율이 다른 곳 전체를 읽는 비율보다 많으므로 이런 설정을 도입한 것으로 보입니다.

- 각각 SSD에 오프셋을 적용해야함

사실상 SSD가 여러개 필요한 부분입니다. 간단하게 표현하면
(각 문자는 5% 단위)

SSD 1 : A B B B C C C C C C C C C C C C
SSD 2 : C A B B B C C C C C C C C C C C 
SSD 3 : C C A B B B C C C C C C C C C C 
...

이런 식으로 다른 배치를 통해 전체 영역에 대한 수명을 측정해야 한다는 것이지요.

- 위에서 말한 영역 사항 접근 순서는 순서대로 하던 랜덤하게 하던 관계없음

즉 처음 5% 영역 -> 다음 15% 영역 -> 마지막 영역 이런 식으로 번갈아 쓰던, 섹터 순서대로 쓰던 관계 없다는 의미입니다.

- 100% 엔트로피를 가지는 랜덤이지만, LBA 번호를 표기하는 등 몇 바이트만 바꾸는 건 허용(암호화된 데이터를 모사하기 위함. 예제로 vdbench를 보여주고 있습니다)

비슷한 기준으로 이 표준 전에 나왔던 SPC-1이 있는데, 이 기준은 다음과 같습니다.

- 4K 단위, 모두 랜덤(정렬 단위를 '사용자에 맞게'라는 이유로 바꿔서는 안됩니다)– 60% 쓰기, 40% 읽기

실 사용 예시로 HGST의 SSD 수명 평가 방법입니다. 표준과 다르거나 새로 추가한 부분은 볼드처리했습니다.

• Random workload definition: IO size of 4KB or 8KB, 4K-aligned, full-volume random (access is uniformly distributed across the full drive volume)

• Drive is 100% full – all LBA used, no LBA Trimmed / Unmapped (JESD219A)

• Data is completely random, e.g. not compressible (JESD219A)

• End-of-life, power-off data retention of 3 months in 40DegC storage temperature (JESD218A)

• UBER of 1 block in 10E16 Bytes read (JESD218A)

• Allowed performance degradation at end of rated product life <10%

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참고 자료

Ulrich Hansen, The SSD Endurance Race: Who’s Got the Write Stuff?

JEDEC, JESD219A - Solid-State Drive (SSD) Endurance Workloads