SSDはなぜ書き込みが複雑なのか — 消せる単位が大きすぎる

実際に何が起きるか追ってみます。

実際のSSDはもう少し賢く動きます。書き換えのたびにブロックを消すのではなく、空いている別のページに新しい値を書き、古いページを「無効」と記録するだけにします。

しかしこの方式では、無効なページがどんどん溜まっていきます。放置すれば空きページが尽きるので、どこかで整理が必要です。その整理がガベージコレクションです。

ここが実務上いちばん重要な点です。書き込み増幅は、予備領域の大きさによって劇的に変わります。

物理容量をT、利用者が使える容量をUとして、予備領域の係数を ρ = (T − U) ÷ U とします(ρ = 25%なら、利用者が使えるのは物理容量の80%)。書き込みが全体に一様ランダムに来て、GCが有効データの最も少ないブロックを選ぶ(貪欲法)という仮定のもとで、書き込み増幅Wは次の式になります(Agarwal & Marrow, 2010)。

予備領域の係数 ρ    書き込み増幅 W
   100%            1.00 倍
    25%            2.50 倍
    15%            3.83 倍
     7%            7.64 倍
     →0            発散(無限大)

ρが25%なら2.5倍で済むのに、7%まで減ると7.6倍に跳ね上がります。そしてρが0に近づくと発散します。

予備が少ないほど書き込みが重くなることの、理論的な説明です。感覚的な話ではなく、仮定を置けば式で表せる関係です。

自分のSSDがどれだけ書き込まれ、どれだけ消耗しているかは確認できます。

critical_warning                    : 0
temperature                         : 41 C
percentage_used                     : 2%
data_units_read                     : 45,231,887
data_units_written                  : 27,091,961
host_read_commands                  : 512,338,921
host_write_commands                 : 388,201,447

data_units_written は書き込み総量ですが、そのままの数字ではありません。NVMe仕様では次のように定義されています。

実バイト数 = 値 × 1000 × 512
         = 値 × 512,000
 
上の例: 27,091,961 × 512,000
    = 約 13.87 テラバイト
 
このSSDのTBW(保証値)が600TBなら
13.87 ÷ 600 = 約2.3%
→ percentage_used の 2% と整合する

percentage_used が寿命の消費率です。上の例では2%なので、まだ十分に余裕があります。