Доверливост на флеш меморија: очекувано и неочекувано. Дел 2. XIV конференција на здружението USENIX. Технологии за складирање датотеки

Доверливост на флеш меморија: очекувано и неочекувано. Дел 1. XIV конференција на здружението USENIX. Технологии за складирање датотеки

4.2.2. RBER и старост на дискот (со исклучок на PE циклусите).

Слика 1 покажува значајна корелација помеѓу RBER и возраста, што е бројот на месеци што дискот бил на терен. Сепак, ова може да биде лажна корелација бидејќи е веројатно дека постарите дискови имаат повеќе PE и затоа RBER е повеќе корелирана со PE циклусите.

За да се елиминира ефектот на староста врз абењето предизвикано од циклусите на PE, ги групиравме сите месеци на услуга во контејнери користејќи ги децилите на дистрибуцијата на циклусот PE како прекин помеѓу контејнерите, на пример, првиот контејнер ги содржи сите месеци на траење на дискот до првиот децил од дистрибуцијата на циклусот на ПЕ, и така натаму Понатаму. Потврдивме дека во секој контејнер корелацијата помеѓу PE циклусите и RBER е прилично мала (бидејќи секој контејнер покрива само мал опсег на PE циклуси), а потоа го пресметавме коефициентот на корелација помеѓу RBER и староста на дискот посебно за секој контејнер.

Оваа анализа ја извршивме посебно за секој модел бидејќи сите забележани корелации не се должат на разликите помеѓу помладите и постарите модели, туку исклучиво поради староста на погоните од истиот модел. Забележавме дека дури и по ограничувањето на ефектот на PE циклусите на начин опишан погоре, за сите модели на погонски погони сè уште постоеше значајна корелација помеѓу бројот на месеци што погонот бил на терен и неговиот RBER (коефициентите на корелација се движеа од 0,2 до 0,4 ).

Ориз. 3. Врската помеѓу RBER и бројот на PE циклуси за нови и стари дискови покажува дека староста на дискот влијае на вредноста на RBER без оглед на PE циклусите предизвикани од абењето.

Исто така, графички го визуелизиравме ефектот на староста на погонот со делење на деновите на користење на погонот на „млада“ возраст до 1 година и деновите на користење на погонот на возраст над 4 години, а потоа го нацртавме RBER на секој група наспроти бројот на PE циклуси. Слика 3 ги прикажува овие резултати за моделот на погон MLC-D. Гледаме забележлива разлика во вредностите на RBER помеѓу групите стари и нови дискови низ сите циклуси на PE.

Од ова, заклучуваме дека возраста, мерена со денови на користење на дискот на терен, има значително влијание врз RBER, без оглед на абењето на мемориските ќелии поради изложеност на циклуси на PE. Ова значи дека други фактори, како што е стареењето на силиконот, играат голема улога во физичкото абење на дискот.

4.2.3. RBER и обемот на работа.

Се смета дека бит-грешките се предизвикани од еден од четирите механизми:

1. грешки во складирањето Грешки во задржувањето, кога мемориската ќелија губи податоци со текот на времето
   Грешки во читањето вознемирување, во кои операцијата за читање ја оштетува содржината на соседната ќелија;
2. Грешки за пишување вознемирување, во кои операцијата за читање ја оштетува содржината на соседната ќелија;
3. Нецелосни грешки при бришење, кога операцијата за бришење не ја брише целосно содржината на ќелијата.

Грешките од последните три типа (нарушување читање, вознемирување за пишување, нецелосно бришење) се во корелација со обемот на работа, така што разбирањето на корелацијата помеѓу RBER и обемот на работа ни помага да ја разбереме распространетоста на различни механизми за грешки. Во една неодамнешна студија, „Студија од големи размери за неуспесите на флеш меморијата на терен“ (MEZA, J., WU, Q., KUMAR, S., MUTLU, O. „Студија од големи размери за дефекти на флеш меморијата во полето." Во зборникот на 2015 ACM SIGMETRICS Меѓународната конференција за мерење и моделирање на компјутерски системи, Њујорк, 2015 година, SIGMETRICS '15, ACM, стр. 177–190) заклучи дека грешките во складирањето преовладуваат на теренот, додека грешката во читањето се прилично мали.

Слика 1 покажува значајна врска помеѓу вредноста RBER во даден месец на траење на дискот и бројот на читања, запишувања и бришења во истиот месец за некои модели (на пример, коефициентот на корелација е повисок од 0,2 за MLC - B модел и повисока од 0,6 за SLC-B). Сепак, можно е ова да е лажна корелација, бидејќи месечниот обем на работа може да биде поврзан со вкупниот број на циклуси на ПЕ.

Ја користевме истата методологија опишана во делот 4.2.2 за да ги изолираме ефектите од обемот на работа од ефектите на циклусите на PE со изолирање на месеците на погонот врз основа на претходните циклуси на PE, а потоа одредувајќи ги коефициентите на корелација одделно за секој контејнер.

Видовме дека корелацијата помеѓу бројот на читања во даден месец на траење на дискот и вредноста на RBER во тој месец опстојува за моделите MLC-B и SLC-B, дури и кога се ограничуваат циклусите на PE. Исто така, повторивме слична анализа каде што го исклучивме ефектот на читањата врз бројот на истовремени запишувања и бришења и заклучивме дека корелацијата помеѓу RBER и бројот на читања важи за моделот SLC-B.

Слика 1, исто така, ја покажува корелацијата помеѓу RBER и операциите за пишување и бришење, така што ја повторивме истата анализа за операциите за читање, запишување и бришење. Заклучуваме дека со ограничување на влијанието на PE циклусите и читањата, нема врска помеѓу вредноста на RBER и бројот на запишувања и бришења.

Така, постојат модели на дискови каде грешките со прекршување на читањето имаат значително влијание врз RBER. Од друга страна, нема докази дека RBER е засегнат од грешките со прекршување на пишувањето и грешките во нецелосното бришење.

4.2.4 RBER и литографија.

Разликите во големината на објектот може делумно да ги објаснат разликите во вредностите на RBER помеѓу моделите на погони кои користат иста технологија, т.е. MLC или SLC. (Види Табела 1 за преглед на литографијата на различните модели вклучени во оваа студија).

На пример, 2 SLC модели со 34nm литографија (модели SLC-A и SLC-D) имаат RBER што е поредок по големина повисок од оној на 2 модели со микроелектронска литографија од 50 nm (модели SLC-B и SLC-C). Во случајот со MLC моделите, само моделот од 43 nm (MLC-B) има среден RBER што е 50% повисок од другите 3 модели со 50nm литографија. Покрај тоа, оваа разлика во RBER се зголемува за фактор 4 како што погоните се истрошуваат, како што е прикажано на слика 2. Конечно, потенка литографија може да го објасни повисокиот RBER на eMLC погоните во споредба со MLC погоните. Генерално, имаме јасни докази дека литографијата влијае на RBER.

4.2.5. Присуство на други грешки.

Ја испитувавме врската помеѓу RBER и другите видови грешки, како што се неисправливи грешки, грешки во истек на време, итн., особено дали вредноста на RBER станува повисока по еден месец изложеност на други видови грешки.

Слика 1 покажува дека додека RBER од претходниот месец ги предвидува идните вредности на RBER (коефициент на корелација поголем од 0,8), не постои значајна корелација помеѓу неисправливите грешки и RBER (најдесната група ставки на Слика 1). За други видови грешки, коефициентот на корелација е уште помал (не е прикажан на сликата). Понатаму ја истражувавме врската помеѓу RBER и неисправливите грешки во Дел 5.2 од овој труд.

4.2.6. Влијание на други фактори.

Најдовме докази дека постојат фактори кои имаат значително влијание врз RBER кои нашите податоци не можеа да ги откријат. Особено, забележавме дека RBER за даден модел на диск варира во зависност од кластерот во кој е распореден дискот. Добар пример е Слика 4, која го прикажува RBER како функција на PE циклуси за MLC-D погони во три различни кластери (испрекинати линии) и го споредува со RBER за овој модел во однос на вкупниот број на погони (цврста линија). Откривме дека овие разлики опстојуваат дури и кога го ограничиме влијанието на факторите како староста на дискот или бројот на читања.

Едно можно објаснување за ова се разликите во типот на обемот на работа меѓу кластерите, бидејќи забележуваме дека кластерите чии оптоварувања имаат највисоки коефициенти за читање/запишување имаат највисок RBER.

Ориз. 4 а), б). Средните вредности на RBER како функција на PE циклусите за три различни кластери и зависноста на односот читање/запишување од бројот на PE циклуси за три различни кластери.

На пример, Слика 4(б) ги прикажува односот читање/запишување на различни кластери за моделот на погон MLC-D. Сепак, односот читање/запишување не ги објаснува разликите помеѓу кластерите за сите модели, така што може да има други фактори кои нашите податоци не ги земаат предвид, како што се факторите на животната средина или други надворешни параметри на обемот на работа.

4.3. RBER при забрзано тестирање на издржливост.

Повеќето научни трудови, како и тестовите спроведени при купување медиуми на индустриско ниво, ја предвидуваат веродостојноста на уредите на терен врз основа на резултатите од забрзаните тестови на издржливост. Решивме да откриеме колку добро резултатите од ваквите тестови одговараат на практичното искуство во работењето со медиуми за складирање во цврста состојба.
Анализата на резултатите од тестот спроведена со користење на општата забрзана методологија за тестирање за опрема доставена до центрите за податоци на Google покажа дека вредностите на RBER на полето се значително повисоки од предвидените. На пример, за моделот eMLC-a, средната вредност на RBER за дисковите што работат на терен (на крајот на тестирањето, бројот на PE циклуси достигна 600) беше 1e-05, додека според резултатите од прелиминарното забрзано тестирање, овој RBER вредноста треба да одговара на повеќе од 4000 PE циклуси. Ова покажува дека е многу тешко точно да се предвиди вредноста на RBER на терен врз основа на проценките на RBER добиени од лабораториски тестови.

Исто така, забележавме дека некои типови на грешки е доста тешко да се репродуцираат при забрзано тестирање. На пример, во случајот со моделот MLC-B, речиси 60% од дисковите на терен доживуваат неисправливи грешки и скоро 80% од дисковите развиваат лоши блокови. Меѓутоа, за време на забрзаното тестирање на издржливост, ниту еден од шесте уреди не доживеа никакви неисправливи грешки додека погоните не достигнаа повеќе од три пати повеќе од ограничувањето на PE циклусот. За моделите eMLC, се појавија неисправливи грешки во повеќе од 80% од погоните на терен, додека за време на забрзаното тестирање таквите грешки се случија откако ќе достигнат 15000 PE циклуси.

Го разгледавме и RBER објавениот во претходната истражувачка работа, која се засноваше на експерименти во контролирана средина и заклучивме дека опсегот на вредности е исклучително широк. На пример, Л.М. Груп и други во нивната работа од 2009 до 2012 година ги известуваат вредностите на RBER за погони кои се блиску до достигнување на границите на PE циклусот. На пример, за уредите SLC и MLC со големини на литографија слични на оние што се користат во нашата работа (25-50 nm), вредноста на RBER се движи од 1e-08 до 1e-03, при што повеќето модели на погонски уреди тестирани имаат вредност RBER блиску до 1e- 06.

Во нашата студија, трите модели на погон што го достигнаа лимитот на циклусот PE имаа RBER кои се движеа од 3e-08 до 8e-08. Дури и ако се земе предвид дека нашите бројки се пониски граници и би можеле да бидат 16 пати поголеми во апсолутен најлош случај, или земајќи го предвид 95-от перцентил на RBER, нашите вредности сè уште се значително пониски.

Севкупно, додека реалните вредности на RBER на теренот се повисоки од предвидените вредности врз основа на забрзано тестирање на издржливост, тие сè уште се пониски од повеќето RBER за слични уреди пријавени во други истражувачки трудови и пресметани од лабораториски тестови. Ова значи дека не треба да се потпирате на предвидените вредности на RBER на полето што се добиени од забрзано тестирање на издржливост.

5. Непоправливи грешки.

Со оглед на широко распространетата појава на неисправливи грешки (УЕ), кои беа дискутирани во Дел 3 од овој труд, во овој дел подетално ги истражуваме нивните карактеристики. Започнуваме со дискусија која метрика да се користи за мерење на UE, како таа е поврзана со RBER и како UE е под влијание на различни фактори.

5.1. Зошто односот UBER нема смисла.

Стандардна метрика која ги карактеризира неисправливите грешки е UBER стапката на неисправливи битови на грешка, односно односот на бројот на неисправливи битови грешки со вкупниот број на прочитани битови.

Оваа метрика имплицитно претпоставува дека бројот на неисправливи грешки е некако поврзан со бројот на прочитани битови и затоа мора да се нормализира со овој број.

Оваа претпоставка е валидна за грешки што може да се поправат, каде што бројот на грешки забележани во даден месец е во голема корелација со бројот на читања во истиот временски период (Spearman коефициент на корелација поголем од 0.9). Причината за таквата силна корелација е тоа што дури и еден лош бит, се додека може да се коригира со помош на ECC, ќе продолжи да го зголемува бројот на грешки со секоја операција за читање до која се пристапува, бидејќи евалуацијата на ќелијата што го содржи лошиот бит е не се коригира веднаш кога ќе се открие грешка (дисковите само периодично ги препишуваат страниците со оштетени битови).

Истата претпоставка не важи за неисправливи грешки. Непоправлива грешка исклучува понатамошна употреба на оштетениот блок, така што откако ќе се открие, таков блок нема да влијае на бројот на грешки во иднина.

За формално да ја потврдиме оваа претпоставка, користевме различни метрики за да ја измериме врската помеѓу бројот на читања во даден месец на траење на дискот и бројот на непоправливи грешки во истиот временски период, вклучувајќи различни коефициенти на корелација (Пирсон, Спирман, Кендал) , како и визуелна проверка на графиконите . Покрај бројот на грешки кои не можат да се поправат, ја разгледавме и зачестеноста на инцидентите на неисправливи грешки (т.е., веројатноста дека дискот ќе има барем еден таков инцидент во одреден временски период) и нивната врска со операциите за читање.
Не најдовме докази за корелација помеѓу бројот на читања и бројот на неисправливи грешки. За сите модели на погон, коефициентите на корелација беа под 0.02, а графиконите не покажаа никакво зголемување на UE како што се зголемуваше бројот на читања.

Во делот 5.4 од овој труд, разговараме дека операциите за пишување и бришење исто така немаат врска со неисправливи грешки, така што алтернативната дефиниција на UBER, која е нормализирана со операции за пишување или бришење наместо операции за читање, нема никакво значење.

Затоа, заклучуваме дека UBER не е значајна метрика, освен можеби кога се тестира во контролирани средини каде што бројот на читања е поставен од експериментаторот. Ако UBER се користи како метрика за време на теренското тестирање, тоа вештачки ќе ја намали стапката на грешки за дискови со висок број на читања и вештачки ќе ја зголеми стапката на грешки за дискови со мал број на читања, бидејќи се појавуваат неисправливи грешки без оглед на бројот на читања.

5.2. Непоправливи грешки и RBER.

Релевантноста на RBER се објаснува со фактот дека тој служи како мерка за одредување на целокупната сигурност на погонот, особено врз основа на веројатноста за неисправливи грешки. Во својата работа, N. Mielke et al во 2008 година беа првите кои предложија дефинирање на очекуваната стапка на неисправна грешка како функција на RBER. Оттогаш, многу развивачи на системи користеле слични методи, како што е проценка на очекуваната стапка на неисправлива грешка како функција од типот RBER и ECC.

Целта на овој дел е да се карактеризира колку добро RBER предвидува неисправливи грешки. Да почнеме со Слика 5а, која ја прикажува средната вредност на RBER за голем број модели на погонски погони од првата генерација во однос на процентот на денови во кои биле користени и доживеале неисправливи UE грешки. Треба да се напомене дека некои од 16-те модели прикажани на графиконот не се вклучени во Табела 1 поради недостаток на аналитички информации.

Ориз. 5а. Врска помеѓу средниот RBER и неисправливите грешки за различни модели на погон.

Ориз. 5б. Врска помеѓу средниот RBER и неисправливите грешки за различни дискови од истиот модел.

Потсетете се дека сите модели во иста генерација користат ист механизам ECC, така што разликите помеѓу моделите се независни од разликите во ECC. Не видовме корелација помеѓу инцидентите на RBER и UE. Ние го создадовме истиот заговор за 95-от перцентил RBER наспроти UE веројатноста и повторно не видовме корелација.

Следно, ја повторивме анализата со грануларност на поединечни дискови, т.е., се обидовме да откриеме дали има дискови каде што повисока вредност RBER одговара на поголема UE фреквенција. Како пример, Слика 5б ја прикажува медијаната RBER за секој погон на моделот MLC-c наспроти бројот на UE (резултати слични на оние добиени за 95-от перцентил RBER). Повторно, не видовме никаква корелација помеѓу RBER и UE.

Конечно, извршивме попрецизна анализа на времето за да испитаме дали месеците на работа на погоните со повисок RBER ќе одговараат на месеците во кои се случиле UE. Слика 1 веќе покажа дека коефициентот на корелација помеѓу неисправливите грешки и RBER е многу низок. Ние, исто така, експериментиравме со различни начини на исцртување на веројатноста за UE како функција на RBER и не најдовме докази за корелација.

Така, заклучуваме дека RBER е несигурна метрика за предвидување на UE. Ова може да значи дека механизмите за неуспех што водат до RBER се различни од механизмите што доведуваат до неисправливи грешки (на пр., грешки содржани во поединечни ќелии наспроти поголеми проблеми што се појавуваат со целиот уред).

5.3. Непоправливи грешки и абење.

Бидејќи истрошеноста е еден од главните проблеми на флеш меморијата, на Слика 6 е прикажана дневната веројатност за неисправливи грешки во погонот како функција на PE циклусите.

Слика 6. Дневна веројатност за појава на неисправни грешки при возење во зависност од циклусите на PE.

Забележуваме дека веројатноста за UE постојано се зголемува со староста на погонот. Сепак, како и кај RBER, зголемувањето е побавно отколку што обично се претпоставува: графиконите покажуваат дека UE-ите растат линеарно наместо експоненцијално со PE циклусите.

Два заклучоци што ги направивме за RBER важат и за UE: прво, нема јасно зголемување на потенцијалот за грешка откако ќе се достигне границата на циклусот PE, како на Слика 6 за моделот MLC-D чие ограничување на циклусот на PE е 3000. Второ, Второ , стапката на грешка варира кај различни модели, дури и во иста класа. Сепак, овие разлики не се толку големи како за RBER.

Конечно, како поддршка на нашите наоди во Дел 5.2, откривме дека во рамките на една класа на модели (MLC наспроти SLC), моделите со најниски RBER вредности за даден број PE циклуси не се нужно оние со најниски веројатност за појава на UE. На пример, над 3000 PE циклуси, моделите MLC-D имаа RBER вредности 4 пати пониски од моделите MLC-B, но веројатноста UE за ист број PE циклуси беше малку повисока за моделите MLC-D отколку за MLC-B модели.

Слика 7. Месечна веројатност за појава на неисправливи грешки во погонот како функција на присуство на претходни грешки од различни типови.

5.4. Непоправливи грешки и обем на работа.

Од истите причини поради кои обемот на работа може да влијае на RBER (види Дел 4.2.3), може да се очекува да влијае и на UE. На пример, бидејќи забележавме дека грешките во прекршувањето на читањето влијаат на RBER, операциите за читање исто така може да ја зголемат веројатноста за неисправливи грешки.

Спроведовме детална студија за влијанието на обемот на работа врз ЕУ. Сепак, како што е забележано во Дел 5.1, не најдовме врска помеѓу UE и бројот на читања. Ја повторивме истата анализа за операциите за пишување и бришење и повторно не видовме корелација.
Забележете дека на прв поглед, се чини дека ова е во спротивност со нашето претходно набљудување дека неисправливите грешки се во корелација со циклусите на PE. Затоа, може да се очекува корелација со бројот на операции за запишување и бришење.

Меѓутоа, во нашата анализа на влијанието на PE циклусите, го споредивме бројот на неисправливи грешки во даден месец со вкупниот број на PE циклуси што ги доживеал погонот во текот на својот животен век до денес, со цел да се измери ефектот на абење. Кога го проучувавме влијанието на обемот на работа, ги разгледавме месеците на работа на уредот што имаа најголем број операции за читање/пишување/бришење во одреден месец, кои исто така имаа поголема шанса да предизвикаат неисправливи грешки, т.е. сметка за вкупниот број на операции за читање/запишување/бришење.

Како резултат на тоа, дојдовме до заклучок дека грешките во читањето, грешките во прекршувањето на пишувањето и грешките со нецелосно бришење не се главните фактори во развојот на неисправливи грешки.

Ви благодариме што останавте со нас. Дали ви се допаѓаат нашите написи? Сакате да видите поинтересна содржина? Поддржете не со нарачка или препорака на пријатели, 30% попуст за корисниците на Habr на уникатен аналог на сервери на почетно ниво, кој го измисливме ние за вас: Целата вистина за VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 јадра) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps од 20 долари или како да споделите сервер? (достапен со RAID1 и RAID10, до 24 јадра и до 40 GB DDR4).

Dell R730xd 2 пати поевтин? Само овде 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 телевизор од 199 долари во Холандија! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - од 99 долари! Прочитајте за Како да се изгради инфраструктурна корп. класа со употреба на сервери Dell R730xd E5-2650 v4 вредни 9000 евра за денар?

Извор: www.habr.com