4.2.2. RBER è età di u discu (esclusi i cicli PE).
A Figura 1 mostra una correlazione significativa trà RBER è età, chì hè u numeru di mesi chì u discu hè statu in u campu. In ogni casu, questu pò esse una correlazione spuria postu chì hè prubabile chì e unità più vechje anu più PE è dunque RBER hè più correlatu cù i cicli PE.
Per eliminà l'effettu di l'età nantu à l'usura causata da i cicli PE, avemu raggruppatu tutti i mesi di serviziu in cuntenituri utilizendu i deciles di a distribuzione di u ciclu PE cum'è un cutoff trà cuntenituri, per esempiu, u primu cuntinuu cuntene tutti i mesi di vita di u discu finu à u primu decile di a distribuzione ciculu PE, è cetara. Avemu verificatu chì in ogni cuntainer a correlazione trà i cicli PE è RBER hè abbastanza chjuca (perchè ogni containeru copre solu una piccula gamma di cicli PE), è dopu calculatu u coefficiente di correlazione trà RBER è età di discu separatamente per ogni containeru.
Avemu fattu sta analisi per separatamente per ogni mudellu perchè ogni correlazioni osservate ùn sò micca dovute à differenzi trà i mudelli più ghjovani è più vechji, ma solu per l'età di i drive di u stessu mudellu. Avemu osservatu chì ancu dopu avè limitatu l'effettu di i cicli PE in a manera descritta sopra, per tutti i mudelli di unità, ci era sempre una correlazione significativa trà u numeru di mesi chì un drive era statu in u campu è u so RBER (i coefficienti di correlazione varienu da 0,2 à 0,4). ).
Risu. 3. A relazione trà RBER è u nùmeru di ciculi PE per i dischi novi è vechji mostra chì l'età di u discu affetta u valore RBER inveci di i ciculi PE causati da l'usura.
Avemu ancu visualizatu graficamente l'effettu di l'età di l'unità dividendu i ghjorni di usu di l'unità à una età "giovane" finu à 1 annu è i ghjorni d'utilizazione di l'unità di più di 4 anni, è dopu tracciate u RBER di ognunu. gruppu contru à u numeru di ciculi PE. A Figura 3 mostra questi risultati per u mudellu di unità MLC-D. Avemu vistu una diffarenza notevuli in i valori RBER trà i gruppi di discu vechji è novi in tutti i ciculi PE.
Da questu cuncludemu chì l'età, misurata da i ghjorni di usu di discu in u campu, hà un impattu significativu in RBER, indipindente da l'usura di e cellule di memoria per l'esposizione à i cicli PE. Questu significa chì altri fatturi, cum'è l'anziane di siliciu, ghjucanu un rolu maiò in l'usura fisica di u discu.
4.2.3. RBER è carichi di travagliu.
L'errore di bit sò pensati per esse causati da unu di quattru miccanismi:
- errori di almacenamiento Errori di conservazione, quandu una cellula di memoria perde dati cù u tempu
Read disturb errors, in quale una operazione di lettura dannu u cuntenutu di una cellula adiacente; - Scrive disturbà l'errori, in quale una operazione di lettura dannu u cuntenutu di una cellula adiacente;
- Errori di cancellazione incomplete, quandu l'operazione di cancellazione ùn elimina micca completamente u cuntenutu di a cellula.
L'errori di l'ultimi trè tippi (leghje disturbà, scrive disturbà, cancellazione incompleta) sò correlati cù a carica di travagliu, cusì capiscenu a correlazione trà RBER è carichi di travagliu ci aiuta à capisce a prevalenza di diversi miccanismi di errore. In un studiu recente, "Un studiu à grande scala di fallimenti di memoria flash in u campu" (MEZA, J., WU, Q., KUMAR, S., MUTLU, O. "Un studiu à grande scala di fallimenti di memoria flash in u campu) "In Proceedings of the 2015 ACM SIGMETRICS International Conference on Measurement and Modeling of Computer Systems, New York, 2015, SIGMETRICS '15, ACM, pp. 177-190) cuncludi chì l'errori di almacenamento predominanu in u campu, mentri l'errori di lettura. sò abbastanza minori.
A Figura 1 mostra una relazione significativa trà u valore RBER in un mesi determinatu di a vita di u discu è u nùmeru di leghje, scrive è sguassate in u stessu mese per certi mudelli (per esempiu, u coefficient di correlazione hè più altu di 0,2 per u MLC - B). mudellu è più altu di 0,6 per u SLC-B). Tuttavia, hè pussibule chì questa hè una correlazione spuria, postu chì a carica di travagliu mensile pò esse ligata à u numeru tutale di cicli PE.
Avemu usatu a listessa metodulugia descritta in a Sezione 4.2.2 per isolà l'effetti di a carica di travagliu da l'effetti di i cicli PE isolando mesi di funziunamentu di u funziunamentu basatu annantu à i cicli PE precedenti, è poi determinendu i coefficienti di correlazione separatamente per ogni containeru.
Avemu vistu chì a correlazione trà u nùmeru di letture in un mesi determinatu di a vita di u discu è u valore RBER in quellu mese persiste per i mudelli MLC-B è SLC-B, ancu quandu limitanu i cicli PE. Avemu ancu ripetutu un analisi simili induve escludiamu l'effettu di leghje nantu à u nùmeru di scrittura simultanea è sguassate, è cuncludi chì a correlazione trà RBER è u numeru di leghje hè vera per u mudellu SLC-B.
A Figura 1 mostra ancu a correlazione trà RBER è operazioni di scrittura è sguassate, cusì avemu ripetutu a stessa analisi per l'operazioni di lettura, scrittura è sguassate. Concludemu chì limitendu l'impattu di i cicli PE è di leghje, ùn ci hè micca una relazione trà u valore RBER è u numeru di scrittura è sguassate.
Cusì, ci sò mudelli di discu induve l'errori di violazione di lettura anu un impattu significativu in RBER. Per d 'altra banda, ùn ci hè micca evidenza chì RBER hè affettatu da errori di violazione di scrittura è errori di cancellazione incompleta.
4.2.4 RBER è litografia.
E differenze in a dimensione di l'ughjettu pò spiegà in parte e differenze in i valori RBER trà i mudelli di unità chì utilizanu a stessa tecnulugia, vale à dì MLC o SLC. (Vede a Table 1 per una visione generale di a litografia di i diversi mudelli inclusi in stu studiu).
Per esempiu, 2 mudelli SLC cù litografia 34nm (mudelli SLC-A è SLC-D) anu un RBER chì hè un ordine di grandezza più altu di quellu di 2 mudelli cù litografia microelettronica 50nm (mudelli SLC-B è SLC-C). In u casu di mudelli MLC, solu u mudellu 43nm (MLC-B) hà un RBER medianu chì hè 50% più altu ch'è l'altri mudelli 3 cù litografia 50nm. Inoltre, sta diferenza in RBER aumenta da un fattore di 4 cum'è l'unità wear out, cum'è mostra in a Figura 2. Infine, a litografia più fina pò spiegà u RBER più altu di eMLC drives paragunatu à i drive MLC. In generale, avemu una evidenza chjara chì a litografia afecta RBER.
4.2.5. Presenza di altri errori.
Avemu investigatu a relazione trà RBER è altri tipi d'errori, cum'è errori incorregibili, errori di timeout, etc., in particulare, se u valore RBER diventa più altu dopu un mesi di esposizione à altri tipi d'errori.
A Figura 1 mostra chì mentre u RBER di u mese precedente hè predittivu di i futuri valori RBER (coefficiente di correlazione più grande di 0,8), ùn ci hè micca una correlazione significativa trà l'errori incorregibili è RBER (gruppu d'articuli più à destra in Figura 1). Per altri tipi di errore, u coefficient di correlazione hè ancu più bassu (micca mostra in a figura). Avemu ancu esploratu a relazione trà RBER è errori incorregibili in a Sezione 5.2 di stu documentu.
4.2.6. Influenza di altri fattori.
Avemu trovu evidenza chì ci sò fattori chì anu un impattu significativu in RBER chì i nostri dati ùn puderanu micca cuntà. In particulare, avemu nutatu chì u RBER per un mudellu di discu determinatu varieghja secondu u cluster in quale u discu hè implementatu. Un bon esempiu hè a Figura 4, chì mostra RBER cum'è una funzione di cicli PE per unità MLC-D in trè gruppi differenti (linee tratteggiate) è paragunà cù RBER per stu mudellu relative à u numeru tutale di unità (linea solida). Truvemu chì sti differenzi persistanu ancu quandu limitemu l'influenza di fatturi cum'è l'età di u discu o u numeru di letture.
Una spiegazione pussibule per questu hè e differenze in u tipu di carichi di travagliu trà i clusters, postu chì avemu osservatu chì i clusters chì i carichi di travagliu anu i più alti rapporti di lettura / scrittura anu u RBER più altu.
Risu. 4 a), b). I valori RBER mediani in funzione di i cicli PE per trè clusters differenti è a dipendenza di u rapportu di lettura / scrittura nantu à u numeru di cicli PE per trè clusters differenti.
Per esempiu, a Figura 4 (b) mostra i rapporti di lettura / scrittura di diversi clusters per u mudellu di unità MLC-D. In ogni casu, u rapportu di lettura / scrittura ùn spiegà micca e differenze trà i clusters per tutti i mudelli, cusì ci ponu esse altri fatturi chì i nostri dati ùn anu micca contu, cum'è fatturi ambientali o altri paràmetri di carichi di travagliu esterni.
4.3. RBER durante a prova di durabilità accelerata.
A maiò parte di u travagliu scentificu, è ancu e teste realizate quandu cumprà media in una scala industriale, predice l'affidabilità di i dispositi in u campu basatu nantu à i risultati di teste di durabilità accelerata. Avemu decisu di scopre quantu i risultati di tali teste currispondenu à l'esperienza pratica in u funziunamentu di i media di almacenamiento in u statu solidu.
L'analisi di i risultati di teste realizatu utilizendu a metodulugia generale di prova accelerata per l'equipaggiu furnitu à i centri di dati di Google hà dimustratu chì i valori RBER di u campu sò significativamente più alti di quelli previsti. Per esempiu, per u mudellu eMLC-a, u RBER medianu per i dischi operati in u campu (à a fine di a prova, u nùmeru di cicli PE hà righjuntu 600) era 1e-05, mentre chì secondu i risultati di a prova accelerata preliminare, questu RBER. valore deve currisponde à più di 4000 cicli PE. Questu indica chì hè assai difficiule di predichendu accuratamente u valore RBER in u campu basatu annantu à l'estimi RBER ottenuti da e teste di laboratoriu.
Avemu ancu nutatu chì certi tipi d'errori sò abbastanza difficiuli di ripruduce durante a prova accelerata. Per esempiu, in u casu di u mudellu MLC-B, quasi 60% di unità in u campu sperimentanu errori incorregibili è quasi 80% di unità sviluppanu blocchi cattivi. Tuttavia, durante a prova di resistenza accelerata, nimu di i sei dispusitivi hà sperimentatu errori incorregibili finu à chì l'unità hà righjuntu più di trè volte u limitu di ciclu PE. Per i mudelli eMLC, l'errori incorregibili sò accaduti in più di 80% di unità in u campu, mentre chì durante a prova accelerata tali errori sò accaduti dopu avè righjuntu 15000 cicli PE.
Avemu ancu guardatu à u RBER informatu in u travagliu di ricerca precedente, chì era basatu annantu à esperimenti in un ambiente cuntrullatu, è cunclusu chì a gamma di valori era estremamente larga. Per esempiu, L.M. Grupp è altri in u so rapportu di travagliu 2009 -2012 i valori RBER per i drive chì sò vicinu à ghjunghje à i limiti di u ciclu PE. Per esempiu, per i dispositi SLC è MLC cù dimensioni di litografia simili à quelli utilizati in u nostru travagliu (25-50nm), u valore RBER varieghja da 1e-08 à 1e-03, cù a maiò parte di i mudelli di unità pruvati avè un valore RBER vicinu à 1e- 06.
In u nostru studiu, i trè mudelli di unità chì anu righjuntu u limitu di u ciculu PE avianu RBER chì varieghja da 3e-08 à 8e-08. Ancu tenendu in contu chì i nostri numeri sò limiti più bassi è ponu esse 16 volte più grande in u peghju casu assolutu, o tenendu in contu u percentile 95 di RBER, i nostri valori sò sempre significativamente più bassi.
In generale, mentre i valori RBER di u campu reale sò più alti di i valori previsti basati nantu à a prova di durabilità accelerata, sò sempre più bassi di a maiò parte di i RBER per i dispositi simili riportati in altri documenti di ricerca è calculati da teste di laboratoriu. Questu significa chì ùn deve micca cunfidendu i valori RBER di u campu previsti chì sò stati derivati da teste di durabilità accelerata.
5. Errori Uncorrectable.
Data l'occurrenza diffusa di errori incorregibili (UE), chì sò stati discututi in a Sezione 3 di stu documentu, in questa sezione esploremu e so caratteristiche in più detail. Cuminciamu discutendu quale metrica à aduprà per misurà l'UE, cumu si rapporta à RBER, è cumu l'UE hè affettata da diversi fattori.
5.1. Perchè u rapportu UBER ùn hà micca sensu.
A metrica standard chì caratterizeghja l'errori incorregibili hè a rata d'errore di bit incorrectable UBER, vale à dì, u rapportu di u numeru di errori di bit incorregibili à u numeru tutale di bit letti.
Questa metrica assume implicitamente chì u numeru di errori incorregibili hè in qualchì modu ligatu à u numeru di bits letti, è dunque deve esse nurmalizatu da stu numeru.
Questa assunzione hè valida per l'errori corregibili, induve u nùmeru d'errori osservati in un mese determinatu hè assai correlatu cù u nùmeru di letture in u stessu periodu di tempu (coefficient di correlazione Spearman più grande di 0.9). U mutivu di una correlazione cusì forte hè chì ancu un pocu cattivu, finu à ch'ellu hè currettu cù ECC, hà da cuntinuà à aumentà u nùmeru d'errori cù ogni operazione di lettura accessata da ellu, postu chì a valutazione di a cellula chì cuntene u cattivu bit hè. micca subitu currettu quandu un errore hè rilevatu (dischi solu riscrivite periodicamente e pagine cù bit dannatu).
A listessa supposizione ùn hè micca appiicata à l'errori incorregibili. Un errore incorregibile impedisce l'utilizazione ulteriore di u bloccu danatu, cusì una volta rilevatu, un tali bloccu ùn affetterà micca u numeru di errori in u futuru.
Per cunfirmà formalmente sta supposizione, avemu utilizatu diverse metriche per misurà a relazione trà u nùmeru di letture in un determinatu mese di vita di u discu è u nùmeru d'errori incorregibili in u stessu periodu di tempu, cumprese diversi coefficienti di correlazione (Pearson, Spearman, Kendall) , è ancu l'ispezione visuale di i grafici. In più di u nùmeru d'errori incorregibili, avemu ancu guardatu à a freccia di incidenti d'errori incorregibili (vale à dì, a probabilità chì un discu duverà almenu un tali incidente durante un periudu di tempu) è a so relazione cù l'operazioni di lettura.
Ùn avemu truvatu nisuna evidenza di una correlazione trà u numeru di letture è u numeru di errori incorregibili. Per tutti i mudelli di unità, i coefficienti di correlazione eranu sottu à 0.02, è i grafici ùn anu micca mostratu alcunu aumentu di UE cum'è u numeru di letture aumenta.
In a Sezione 5.4 di stu documentu, discutemu chì l'operazioni di scrittura è sguassate ùn anu micca rapportu cù l'errori incorregibili, cusì a definizione alternativa di UBER, chì hè normalizzata da operazioni di scrittura o sguassate invece di operazioni di lettura, ùn hà micca significatu.
Per quessa, cuncludemu chì UBER ùn hè micca una metrica significativa, salvu forse quandu hè pruvatu in ambienti cuntrullati induve u numeru di letture hè stabilitu da l'esperimentatore. Se UBER hè utilizatu cum'è metrica durante a prova di campu, abbasserà artificialmente a rata di errore per i drive cun un altu conte di lettura è gonfiarà artificialmente a rata d'errore per i drive cun un conte di lettura bassu, postu chì l'errori incorregibili si verificanu indipendentemente da u numeru di letture.
5.2. Errori incorregibili è RBER.
A rilevanza di RBER hè spiegata da u fattu chì serve cum'è una misura di determinà a affidabilità generale di l'unità, in particulare, basatu nantu à a probabilità di errori incorregibili. In u so travagliu, N. Mielke et al in 2008 eranu i primi à prupone a definizione di a rata d'errore incorregibile prevista in funzione di RBER. Da tandu, parechji sviluppatori di u sistema anu utilizatu metudi simili, cum'è l'estimazione di a rata d'errore incorregibile prevista in funzione di u tipu RBER è ECC.
U scopu di sta sezione hè di caratterizà quantu RBER predice errori incorregibili. Cuminciamu cù a Figura 5a, chì traccia a RBER mediana per una quantità di mudelli di unità di prima generazione contru u percentualità di ghjorni chì eranu in usu chì anu sperimentatu errori UE incorregibili. Semu devi esse nutatu chì alcuni di i mudelli 16 mostrati in u graficu ùn sò micca inclusi in a Tabella 1 per una mancanza di infurmazione analitica.
Risu. 5a. Relazione trà RBER mediana è errori incorregibili per parechji mudelli di unità.
Risu. 5b. Relazione trà RBER mediana è errori incorregibili per e diverse unità di u stessu mudellu.
Ricurdativi chì tutti i mudelli in a listessa generazione utilizanu u stessu mecanismu ECC, cusì e differenze trà i mudelli sò indipendenti di e differenze ECC. Ùn avemu vistu alcuna correlazione trà incidenti RBER è UE. Avemu criatu a listessa trama per u percentile 95 RBER versus UE probabilità è di novu ùn hà vistu alcuna correlazione.
Dopu, avemu ripetutu l'analisi à una granularità di discu individuali, vale à dì, avemu pruvatu à sapè s'ellu ci era dischi induve un valore RBER più altu currisponde à una freccia UE più alta. Per esempiu, a Figura 5b traccia a RBER mediana per ogni unità di u mudellu MLC-c versus u numeru di UE (risultati simili à quelli ottenuti per u RBER percentile 95). In novu, ùn avemu micca vistu alcuna correlazione trà RBER è UE.
Infine, avemu realizatu un analisi di timing più precisu per esaminà se i mesi operativi di unità cù RBER più altu currispondenu à i mesi durante i quali l'UE hè accadutu. A Figura 1 hà digià indicatu chì u coefficient di correlazione trà l'errori incorregibili è RBER hè assai bassu. Avemu ancu sperimentatu diverse manere di tracciare a probabilità di UE in funzione di RBER è ùn truvamu micca evidenza di correlazione.
Cusì, cuncludemu chì RBER hè una metrica inaffidabile per predice UE. Questu pò significà chì i miccanismi di fallimentu chì portanu à RBER sò diffirenti di i miccanismi chì portanu à errori incorregibili (per esempiu, errori cuntenuti in cellule individuali versus prublemi più grande chì si trovanu cù tuttu u dispusitivu).
5.3. Errori incorregibili è usura.
Siccomu l'usura hè unu di i prublemi principali di a memoria flash, a Figura 6 mostra a probabilità di ogni ghjornu di errori di unità incorregibili in funzione di cicli PE.
Figura 6. Probabilità di ogni ghjornu di l'ocurrenza di l'errori di u drive uncorrectable sicondu i cicli PE.
Avemu nutatu chì a probabilità di una UE aumenta continuamente cù l'età di u drive. In ogni casu, cum'è cù RBER, l'aumentu hè più lento di u solitu presu: i grafici mostranu chì l'UE cresce in linearità piuttostu chè in modu esponenziale cù i cicli PE.
Dui cunclusioni chì avemu fattu per RBER s'applicanu ancu à l'UE: prima, ùn ci hè micca un aumentu chjaru di u potenziale d'errore una volta chì u limitu di u ciclu PE hè righjuntu, cum'è in Figura 6 per u mudellu MLC-D chì u limitu di ciclu PE hè 3000. , a rata d'errore varieghja trà mudelli diffirenti, ancu in a stessa classe. Tuttavia, sti differenzi ùn sò micca grande quant'è per RBER.
Infine, in supportu di i nostri scuperti in a Sezione 5.2, avemu trovu chì in una sola classe di mudellu (MLC vs. SLC), i mudelli cù i valori RBER più bassi per un certu nùmeru di cicli PE ùn sò micca necessariamente quelli chì anu u più bassu. probabilità di l'ocurrenza di l'UE. Per esempiu, più di 3000 cicli PE, i mudelli MLC-D avianu valori RBER 4 volte più bassi di i mudelli MLC-B, ma a probabilità UE per u listessu numeru di cicli PE era ligeramente più altu per i mudelli MLC-D cà per MLC-B. mudelli.
Figura 7. Probabilità mensili di l'ocurrenza di errori di unità incorrectable in funzione di a presenza di errori previ di varii tipi.
5.4. Errori incorregibili è carichi di travagliu.
Per i stessi ragiuni chì a carica di travagliu pò influenzà RBER (vede a Sezione 4.2.3), pò esse attesa di affettà ancu l'UE. Per esempiu, postu chì avemu osservatu chì l'errori di violazione di lettura affettanu RBER, l'operazioni di lettura ponu ancu aumentà a probabilità di errori incorregibili.
Avemu fattu un studiu detallatu nantu à l'impattu di a carica di travagliu nantu à l'UE. Tuttavia, cum'è nutatu in a Sezione 5.1, ùn avemu micca truvatu una relazione trà UE è u numeru di leghje. Avemu ripetutu a listessa analisi per l'operazioni di scrittura è sguassate è dinò ùn hà vistu nisuna correlazione.
Nota chì à u primu sguardu, questu pare cuntradisce a nostra osservazione precedente chì l'errori incorregibili sò correlati cù i cicli PE. Per quessa, unu puderia bè aspittà una correlazione cù u numeru di operazioni di scrittura è di sguassà.
In ogni casu, in a nostra analisi di l'impattu di i cicli PE, avemu paragunatu u nùmeru di errori incorregibili in un mesi determinatu cù u numeru tutale di cicli PE chì l'unità hà sperimentatu in tutta a so vita finu à a data per misurà l'effettu di l'usura. Quandu studià l'impattu di a carica di travagliu, avemu guardatu à i mesi di l'operazione di unità chì avianu u più altu numeru di operazioni di lettura / scrittura / cancellazione in un mese particulare, chì anu avutu ancu una probabilità più alta di pruvucà errori incorrettibili, vale à dì, ùn avemu micca pigliatu in contu. contu u numeru tutale di operazioni di lettura / scrittura / cancellazione.
In u risultatu, avemu ghjuntu à a cunclusione chì l'errore di violazione di leghje, l'errore di violazione di scrittura è l'errore di cancellazione incompleta ùn sò micca i fatturi principali in u sviluppu di l'errori incorregibili.
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