SSD Dayanıklılığı Nasıl Ölçülür? TBW, DWPD ve MTBF Nedir?

Teknolojik ürünler alırken birden fazla ayrıntıya bakar, hatta bazılarımız işin en derinlerine kadar ineriz. Masada SSD’ler olduğunda ise yine araştırabileceğimiz çok sayıda detay var. Dayanıklılık süresi de bunlardan biri.

SSD dayanıklılığı, bir SSD’nin ani şoklara ve diğer çevresel koşullara dayanma yeteneğini ifade eder ve zaman içinde arızalara karşı ne kadar süre dayanabileceğini gösterir. Bu SSD’nin HDD’ye karşı artılarından sadece bir tanesi.

SSD’ler son on yıl içinde büyük bir popülerlik kazandı ve mekanik sabit disklerin yerini alarak birçok kullanıcının birincil depolama birimi haline geldi. Ancak daha dayanıklı olmalarına rağmen SSD’lerin genellikle göz ardı edilen bir kusuru var: kullanım ömürleri sabit disklere göre daha sınırlı.

• SSD Alırken Dikkat Edilmesi Gerekenler

SSD seçiminde dikkat etmeniz gereken tüm detaylara yukarıdaki makalemizde ele almıştık. Şimdi ise teknoloji meraklıları tarafından merak konusu olan dayanıklılık sürelerine bakacağız.

SSD dayanıklılığı, bir katı hal sürücüsünün ömrünü belirleyen ölçümlerle hesaplanıyor Bu ölçümler, NAND flash bellek hücrelerinin bozulmaya başlamadan önce gerçekleştirebileceği P/E (Program/Erase) döngülerinin sayısına dayanıyor.

Transistörler belirli sayıda P/E döngüsünden sonra aşınmaya başladığı için bellek hücrelerinin sınırlı bir ömrü var. Bunun ötesinde şarj taşıma kapasiteleri de etkilenmeye başlarken arıza ve veri kaybı riski artıyor.

En temelinde SSD dayanıklılığı kullanılan hücre türüne bağlı; yani SLC, MLC ve TLC gibi. Özetle hücre başına daha fazla bit içeren SSD’lerin ömrü daha kısadır:

• SLC NAND Flash: 50000-100000 P/E döngüsü
• MLC NAND Flash: 3000-10000 P/E döngüsü
• TLC NAND Flash: 300-1000 P/E döngüsü

Diğer taraftan sürücülerin dirayeti depolama kapasitesine de bağlı. Daha fazla depolama alanı, veri dağıtımı için daha fazla bellek bloğu anlamına geliyor ve dayanıklılık artmış oluyor.

SSD dayanıklılığı iki temel terimle ölçülmekte: Bunlar Terabytes Written (TBW-Yazılan Terabayt) ve Data Writes per Day (DWPD-Gün Başına Veri Yazma). Başta kısaca özet geçelim:

• TBW: Yazılan terabayt değeri, bir SSD’ye kullanım ömrü boyunca yazılabilecek terabayt cinsinden toplam veri miktarıdır. Örneğin WD Black SN850 1 TB SSD, 1200 TBW değerine sahip. Bu, herhangi bir arıza olasılığı ortaya çıkmadan önce 1200 terabayt verinin güvenli bir şekilde yazılabileceği anlamına geliyor.
• DWPD: Gün başına veri yazma oranı, garanti süresince sürücüye her gün yazılabilecek veri miktarının bir ölçüsü. Bir DWPD değerine sahip 1 TB’lık bir sürücü, garanti süresi boyunca her gün bir terabayt veri yazılabileceğini ifade eder.

Şöyle düşünün: SSD, üzerine yazı yazmak için kullandığınız bir kağıt parçası. Kağıt üzerine bir şey yazdığınızda ya da sildiğinizde, bir süre kullanıldıktan sonra yıpranır. Aynı şey SSD’ler için de geçerli. Hücrelere sahip katı hal sürücüleri, tamamen işlevini yitirmeden önce her bir hücreye veri kaydedebileceğiniz ya da silebileceğiniz sınırlı sayıda zamana sahip.

Üreticiler de bir SSD’nin ne kadar dayanacağını hesaplamak için çeşitli değerler kullanmakta.

P/E döngüsü program/silme (program/erase) döngüsü anlamına geliyor. Bir döngüde her bir bloğa veri yazılır ve silinirken SSD’nin ömrünü yansıtır. Bunun nedeni, NAND’ın dayanabileceği P/E döngüsü sayısının sürücünün ne kadar süre dayanabileceğini göstermesi.

SSD’deki veri bloklarına sınırlı sayıda veri yazılabilir ve belirli bir değere ulaşıldığında artık veri yazmak imkansızdır. P/E döngüsü de bu sebeple önemli.

Gün Başına Sürücü Yazma Sayısı (DWPD), sürücünün ömrü boyunca her gün tüm boyutunun üzerine kaç kez yazabileceğinizi ölçüyor. Örneğin sürücünüzün 200 GB olduğunu ve garanti süresinin 5 yıl olduğunu varsayalım.

DWPD’si 1 ise önümüzdeki beş yıl boyunca her gün içine 200 GB veri yazabileceğiniz anlamına geliyor. Bunu çarparsanız, ürünü değiştirmeniz gerekmeden önce günde 200 GB × 365 gün/yıl × 5 yıl = 365 TB kümülatif yazma miktarı elde edersiniz.

DWPD’si 1 yerine 10 olsaydı, bu her gün içine 10 × 200 GB = 2 TB (boyutunun on katı) yazabileceğiniz anlamına gelirdi. Bu da 5 yıl boyunca 3.650 TB = 3,65 PB kümülatif yazma demek.

Yazılan Terabayt (TBW), kullanım ömrü boyunca sürücüye kümülatif olarak ne kadar yazabileceğinizi doğrudan ölçmekte. Esasen yukarıda yaptığımız çarpma işlemi ölçümün kendisine dahil ediliyor.

Örneğin sürücünüz 365 TBW olarak derecelendirilmiş diyelim. Bu da değiştirmeniz gerekmeden önce içine 365 TB veri yazabileceğiniz anlamına geliyor. Garanti süresi 5 yıl ise, bu 365 TB ÷ (5 yıl × 365 gün/yıl) = günde 200 GB veri demek. Sürücünüz 200 GB boyutundaysa sonuç 1 DWPD’ye eşdeğer. Diğer yandan sürücünüz 3,65 PBW = 3.650 TBW için derecelendirilmişse, bu günde 2 TB yazma veya 10 DWPD’ye karşılık gelmekte.

Gördüğünüz gibi, sürücünün boyutunu ve garanti süresini biliyorsanız bazı basit çarpma veya bölme işlemleriyle DWPD ve TBW değerlerini hesaplayabilirsiniz. İki ölçüm gerçekten de çok benzer.

Tek gerçek fark, DWPD sürücünün boyutuna bağlıyken TBW bağlı değil. Örneğin, 5 yıllık kullanım ömrü boyunca 1.000 TB yazma işlemi gerçekleştirebilen bir SSD’yi ele alalım.

SSD’nin 200 GB olduğunu varsayalım:

1.000 TB ÷ (5 yıl × 365 gün/yıl × 200 GB) = 2,74 DWPD

Şimdi SSD’nin 400 GB olduğunu varsayalım:

1.000 TB ÷ (5 yıl × 365 gün/yıl × 400 GB) = 1,37 DWPD

Ortaya çıkan DWPD farklı. Bu ne anlama geliyor?

Daha büyük olan 400 GB sürücü, kullanım ömrü boyunca daha küçük olan 200 GB sürücü ile aynı kümülatif yazma işlemini gerçekleştirebilir. TBW’ye bakıldığında bu çok açık ve her iki sürücü de 1.000 TBW ile derecelendirilmiş. Ancak DWPD’ye bakıldığında, daha büyük olan sürücünün sadece yarısı kadar dayanıklılığa sahip olduğu ortaya çıkıyor.

Öte yandan, 400 GB sürücü daha büyük olduğu için daha fazla iş yüküyle birlikte fazla depolama sağlar. Nitekim 1.000 TBW’nin daha ince bir şekilde yayıldığını ve dayanıklılığın sadece yarısına sahip olduğunu söyleyebiliriz. Bu mantıkla DWPD kullanmak daha iyi.

Arızalar Arası Ortalama Süre anlamına gelen MTBF, bir bileşenin veya sistemin arıza yaşamadan önce çalışması beklenen ortalama süreyi temsil eden istatistiksel bir ölçüdür. Genellikle saat cinsinden ifade edilir ve sabit diskler, güç kaynakları ve bir bilgisayar sisteminin diğer kritik parçaları gibi donanım bileşenlerinin genel dayanıklılığını ve uzun ömürlülüğünü tahmin etmek için bir güvenilirlik ölçütü olarak kullanılır.

Daha yüksek MTBF değeri, donanımın daha güvenilir ve dayanıklı olduğunu gösterir. Başka bir deyişle, bileşenin belirtilen zaman dilimi içinde arızalanma olasılığı daha düşüktür. MTBF’nin istatistiksel verilere ve modellere dayanan bir tahmin olduğunu hatırlatalım. Yani belirli bir bileşenin tam olarak MTBF değeri kadar uzun süre dayanacağı garanti edilmez.

MTBF Nasıl Hesaplanır?

Hesaplama formülü şöyle:

MTBF = Toplam Çalışma Süresi / Arıza Sayısı

Aşağıdaki dört adımı takip edebilirsiniz:

• MTBF’yi hesaplamak istediğiniz dönemi belirleyin. Bu bir ay, bir yıl gibi belirli bir zaman dilimi ya da bileşenin veya sistemin tüm kullanım ömrü olabilir.
• Seçilen süre boyunca bileşenin veya sistemin toplam çalışma süresini kaydedin. Çalışma süresi, hesaplamak istediğiniz MTBF ile aynı birimlerde ölçülmeli (örn. saat).
• Aynı süre içinde meydana gelen arızaların sayısını sayın.
• Toplam çalışma süresini arıza sayısına bölerek MTBF’yi hesaplamak için yukarıda belirtilen formülü kullanın.

Örneğin, bir sabit sürücünün MTBF’sini bir yıl boyunca hesaplamak istediğinizi varsayalım. Bu yıl boyunca sabit sürücü 8.760 saat çalıştı ve 2 arıza yaşadı. Dolayısıyla, bu sabit sürücünün bir yıl boyunca MTBF’si arıza başına 4.380 saattir. Bu, sabit sürücünün o yıl içinde bir arıza yaşamadan önce ortalama olarak yaklaşık 4.380 saat çalıştığı anlamına geliyor.

Doğrusunu söylemek gerekirse bu değerler bilgisayarını rutin olarak kullanan standart kullanıcılar çok çok önemli değil. Bir gün içinde ne kadar veri yazıyoruz ki? Durumu daha iyi kavramak için Technopat Sosyal YouTube kanalındaki “Ne Kadar Dayanacak?” etiketli SSD videolarını izleyebilirsiniz.

Bununla birlikte, sürekli olarak depolama sürücüleriyle çalışan kişi/kurumlar için SSD’lerin kalitesi, ömrü ve dayanıklılık değerleri çok önemli.

• TRIM: TRIM, veri depolama kapasitesini optimize ederek bir SSD’nin zaman içinde performansını korumasına yardımcı olur ve bu da ömrünü uzatır.
• Sıcaklıklar: Aşırı sıcaklıklardan kaçının. SSD’nizi sıcaklık spesifikasyonlarının ötesinde çalıştırmak performansın düşmesine ve erken arızaya neden olabilir, bu nedenle sıcaklıkları her zaman üreticinin çalışma aralığında tutmaya çalışın.
• Birleştirme özelliğine gerek yok: SSD birleştirme özelliğini devre dışı bırakın. SSD’lerin birleştirme işlemine ihtiyacı yoktur.
• ECC: Hata düzeltme kodu (ECC), rastgele bit hatalarını düzeltir ve aşınmayı azaltır. ECC kullanımı, flash hücrelerinin kullanılabilir ömrünü uzatır.
• SSD yazılımları: SSD’yi yönetmek, detaylı bilgileri takip etmek ve ekstra özellikleri kullanmak için üreticiler tarafından geliştirilen araçları kullanmakta fayda var.

Mevcut SSD’nizin TBW değerini merak ediyorsanız aşağıdaki yöntemi izleyin:

• CrystalDiskInfo yardımcı programını buradan bilgisayarınıza indirin ve kurun.
• Yazılımı açın ve tüm sürücülerinizi algılamasını bekleyin.
• Yüklendikten sonra, üst satırda kontrol etmek istediğiniz SSD’yi bulun ve üzerine tıklayın.
• Sağ üst kısımda “Total Host Writes (Yazılan Toplamı)” yazan kutuyu bulun. TB değerini görmek için fare imlecinizi sayının üzerine getirebilirsiniz.

“NAND” oldukça kapsayıcı bir ifade. Bu bağlamda birçok farklı tasarım ve alt sınıf mevcut.

SLC (Single Level Cell) Nedir?

SLC yongalar, okuma ve yazma durumlarında en kararlı yanıtı verir ve çok sayıda okuma/yazma döngüsünde daha dayanıklı kalır. Bu yongalarda 90.000 ile 100.000 civarında okuma/yazma döngü ömrü beklenir. Kullanım ömrü sebebiyle iş dünyasında başarıya ulaşmıştır. Yüksek maliyeti ve düşük depolama kapasitesi nedeniyle herhangi bir ev bilgisayarında bu tarz bir NAND yongası görmeniz pek mümkün değildir.

Avantajları:

• Uzun ömürlü olması ve daha çok döngü imkanı sunması
• Daha az okuma/yazma hatası ile daha kararlı olması
• Çok geniş sıcaklık değerlerinde çalışabilmesi

Dezavantajları:

• Piyasadaki en pahalı NAND yongası olması
• Düşük kapasiteli çözümler için uygun olması

Sunucularda olduğu gibi ağır okuma/yazma gücü gerektiren alanlarda kullanımı tavsiye edilir.

MLC (Multi Level Cell) Nedir?

MLC yongalar SLC’ye göre daha düşük maliyetli olduğu için, birçok üretici tarafından ev kullanıcılarına yönelik ürünlerde kullanılır. Hücre başına yaklaşık 10.000 okuma/yazma döngüsü ömrüne sahiptir.

Avantajları:

• Ev kullanıcıları için daha uygun maliyetli olması
• TLC yongalara göre daha kararlı olması

Dezavantajları:

• İş dünyasında kullanılan SLC’ler kadar kararlı ve performanslı olmaması

Oyuncular ve ev kullanıcıları için önerilir.

TLC (Triple Level Cell) Nedir?

Hücre başına 3 bit veri depolayan bu yongalar, üretimi en ucuz olanlardan biridir. En büyük dezavantajları ise işletme kullanım standartlarını karşılamayıp, sadece günlük kullanım için uygun olmasıdır. Hücre başına okuma/yazma döngüsü ömrünün 3.000 ile 5.000 arasında olması beklenir.

Avantajları:

• En ucuz NAND yongası olması

Dezavantajları:

• MLC NAND belleklere göre hücreler daha az okuma/yazma döngü ömrüne sahip. Bu yüzden bu bellekler sadece günlük kullanım için uygundur.

Düşük kullanım yoğunluğunda çalışan bilgisayar ve tablet gibi cihazlar için idealdir.

QLC Nedir?

Quad-level cell (QLC) flash bellek veya QLC SSD (katı hal sürücüsü), sabit disk sürücüleriyle (HDD’ler) eşleşen veya onlardan daha fazla terabayt başına maliyet sunan, kapasitesi optimize edilmiş bir NAND bellek teknolojisidir. Adından da anlaşılacağı gibi, QLC SSD’ler hücre başına dört bit depolayarak daha yüksek kapasitelerde NVMe performansı sunar.

HLC ve OLC Konuşulmaya Başladı

Eski adı Toshiba Memory olan Kioxia, 2019’da hücre başına 5 bit PLC (penta seviyesinde hücre) 3D NAND bellekler hakkında açıklamalar yapan ilk üreticiydi. Şirket mühendisleri şimdi ise hücre başına 6 bit (HLC) 3D NAND bellekler üzerinde çalıştıklarını doğruladı. Hatta hücre başına 8 bit (OLC) içeren yongaların bile mümkün olduğuna inanıyorlar.

Hücre başına birden fazla bit depolamak için NAND belleğinin o hücrede birden fazla voltaj düzeyi tutması gerekiyor. Örneğin MLC hücre başına dört, TLC ise sekiz voltaj düzeyi kullanıyor. QLC’de 16 voltaj ve PLC’de 32 voltaj düzeyi bulunuyor. Hücre başına altı bit (HLC) depolama yapmak için ise 64 voltaj seviyesi barındırmak şart.

Nitekim bu tür hücrelerle 3D NAND çipler geliştirmek çok meşakkatli ve birçok zorluğun üstesinden gelmek gerekiyor. Öte yandan voltajı koruyabilecek doğru malzemeleri bulmak, sıcaklıkları kontrol altında tutmak ve daha birçok çalışma gerekli.

Kioxia’nın mühendisleri, HLC belleklerin olasılıklarını göstermek için mevcut 3D NAND yongalarından birini aldı ve yeniden yazma döngülerinin neden olduğu bozulmaları engellemek için sıvı nitrojen kullandı. Nihayetinde ise bir hücreden altı bitlik veri yazıp okumayı ve 100 dakika boyunca güvenilir bir şekilde çalıştırmayı başardılar.