Cómo calcular la vida útil de un SSD antes de comprarlo

Cuando vamos a comprar un SSD normalmente miramos apartados como la velocidad de lectura escritura, los IOPS y por supuesto el precio. Pero pocos se fijan en datos tan importantes como los TB Writen o TBW, un parámetro que identifica según el fabricante cuantos TB puede escribir el dispositivo antes de empezar a fallar. Pero este dato no nos ofrece la vida útil del SSD, entonces ¿cómo podemos calcularla?

Los SSD cada vez son más seguros y fallan menos, pero …

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Al llegar al mercado los primeros SSD, estos tenían una tasa de fallos bastante alta, donde llegaban a morir repentinamente en muchos casos. El paso del tiempo, las mejoras en los controladores, algoritmos y por supuesto en sus NAND Flash han conseguido que esto se reduzca enormemente, pero siguen sin ser infalibles.

A medida que pase el tiempo, la tasa de posibles errores de eleva y las posibilidades de que la controladora encuentre sectores defectuosos se vuelve más probable.

Por lo tanto, el límite de escrituras en las NAND Flash son poco indicativas como para trazar la vida útil de sus celdas, ya que únicamente cuenta con el desgaste de las mismas.

Entonces ¿cómo podemos calcular el periodo de vida útil de un SSD? En contra de lo que la mayoría piensa, la vida útil de este tipo de dispositivos se rige por varios factores que resultan claves:

  • La tecnología de las NAND Flash del SSD en cuestión.
  • La capacidad de la unidad.
  • El modelo de uso de las aplicaciones.
  • Resistencia y ciclo P/E del tipo de NAND Flash del SSD.
  • Factor de sobreaprovisionamiento o su porcentaje.
  • Velocidad de escritura.
  • Ciclo de trabajo y su uso.
  • Porcentaje de escritura durante el uso de SSD
  • WAF: factor de amplificación de escritura de la controladora calculada según el uso.

Como vemos, no es sencillo comprender todo lo que envuelve la vida útil de un SSD antes siquiera de pincharlo en nuestro equipo.

Para comprender cómo hacer el cálculo completo, hemos de entender cual es el funcionamiento normal de una NAND Flash común, ya que en ese caso nos podremos hacer una idea más simple de todos los por qués.

Así funcionan las NAND Flash de un SSD (explicación básica)

64-layer-3D-NAND-flash

Para que una NAND Flash escriba un dato necesita generar un campo eléctrico muy fuerte, hasta tal punto que destruye la unión atómica de la capa de óxido que une las capas entre sí. Los electrones separados generan un cambio de potencial, así, cuando la energía no fluye, dichos electrones regresan a su posición normal.

La variabilidad en el cambio de los electrones representa una escritura o borrado, cuando tienen energía se escriben datos, cuando no, se «borran» (término técnico, no es un borrado en sí mismo). Se entiende entonces que para volver a escribir datos se tiene que restaurar el potencial de cada celda NAND Flash.

La cantidad de veces que una celda puede restaurar dicho potencial en sus celdas se conoce como Ciclo P/E y su valor se establece según el tipo de NAND Flash que porte el SSD y su tecnología.

Como cada fabricante establece distintas técnicas para la implementación de sus celdas, tenemos que hablar de valores medios por norma general (a no ser que conozcamos el valor en concreto para esas celdas claro). Por ello, las SLC suelen tener un valor de 100.000, las eMLC de 30.000, MLC de 3.000, TLC unos 3.000 y las últimas QLC sobre los 1.000 P/E.

Fórmula para calcular la vida útil de un SSD

Plextor ssd M.2 pci express

Sabiendo esto, la fórmula para calcular la vida útil de un SSD sería:

Vida útil SSD [años] = (Resistencia [ciclos P/E] x Capacidad [física, bytes] x Factor de sobreaprovisionamiento) / (Velocidad de escritura [bps] x Ciclo de trabajo [ciclos] x Porcentaje de escritura x WAF) / (36 x 24 x 3600)

Normalmente y para simplificar dicha fórmula, se omiten algunos parámetros que en muchas unidades o no se conocen o directamente no lo contienen, como por ejemplo el sobreaprovisionamiento, de manera que nos quedaría una fórmula más simple y aplicable a cualquier SSD, aunque en ciertos casos también más inexacta.

Vida útil SSD [años] = (Flash P / E × capacidad SSD) / (factor de amplificación de escritura (WAF) × cantidad de escritura de datos anual)

WAF o Write Amplification Factor, es un valor que determina la cantidad real de información escrita físicamente en el SSD siendo un múltiplo de la cantidad lógica que se pretende escribir. Para calcularlo debemos dividir el ratio total de escrituras entre el ratio total de escrituras lógicas (entiéndase por lógicas las intencionadas por el host), donde al resultado de esta división hay que sumarle + 1.

Normalmente el valor de WAF no supera los 5 puntos, siendo lo normal entre 1 y 2, aunque hay valores en según qué controladoras de solo 0,14. En cualquier caso, este valor no puede estar por debajo de cero, y acercarse a él es prácticamente una utopía conforme se avanza en la tecnología.

Por lo tanto, cada SSD y controladora tendrá un valor distinto, el cual es realmente complicado de saber si no lo especifica el fabricante en un datasheet.

Ejemplo práctico utilizando la fórmula simplificada y conociendo su WAF

NAND-Flash-SSD

 

Tomando esta fórmula y como ejemplo práctico del peor de los casos con el mayor WAF, un SSD con TLC y 240 GB (256 GB reales menos el aprovisionamiento), sabiendo que el factor de amplificación de escritura (WAF) se sitúa en 5 y que escribiremos unos 3000 GB al año (caso hipotético), eso nos daría:

Vida útil SSD = (3000 P/E x 256 GB) / (5 x 3000 GB) -> 51,2 años

Esta sería la vida útil máxima para este hipotético SSD a ese ritmo de escritura anual. Pero entonces ¿por qué los fabricantes ofrecen TBW en vez de estos datos concretos?

Bueno, el TBW está relacionado con la garantía del SSD, por lo que en fabricante estipula esos TB para los años que tenga que cubrir un posible fallo del SSD en un hipotético RMA.

Por lo tanto y a efectos prácticos, podríamos considerar los TBW como un valor mínimo de durabilidad en la escritura del SSD que estemos mirando, pero no como un valor de vida útil total.