你的SSD還能用多久？

　　十四五規(guī)劃中指出要“加快數(shù)字化發(fā)展,，建設(shè)數(shù)字中國”,。IDC預(yù)測，到2022年,，全球65%的GDP將由數(shù)字化推動,。近幾年新基建、數(shù)字經(jīng)濟(jì)和平臺經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,，給數(shù)據(jù)中心提出了新的挑戰(zhàn),。全閃存數(shù)據(jù)中心具有速度快、綠色節(jié)能等優(yōu)勢,，將會是未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢,，SSD（固態(tài)硬盤）也將會得到更加廣泛的應(yīng)用。

　　為什么關(guān)注SSD壽命預(yù)測,？

　　企業(yè)關(guān)注SSD壽命預(yù)測技術(shù),，一是因為SSD的應(yīng)用前景非常廣闊，市場上使用率將越來越高,。二是SSD損壞導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失帶來的損失是巨大的,。三是因為閃存具有擦寫次數(shù)限制的特點(diǎn)。

　　與傳統(tǒng)機(jī)械硬盤相比,，SSD的優(yōu)勢非常明顯,，如SSD速度更快，數(shù)據(jù)訪問比機(jī)械硬盤快100倍,，吞吐量大100倍,，單盤IOPS大1000倍以上，并且技術(shù)在快速發(fā)展,，如NVMe,、 PCIe將進(jìn)一步釋放SSD的性能；在可靠性表現(xiàn)上,，SSD因質(zhì)量輕,、體積小、防震抗摔性更好,，更加可靠,。再如SSD更節(jié)能，與機(jī)械硬盤相比,，能耗降低70%,。今年的政府工作報告中提出要在2030年之前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，在2060年之前實(shí)現(xiàn)“碳中和”,，使用SSD能夠大幅降低數(shù)據(jù)中心的能耗,。過去SSD使用率不高的原因主要是其價格昂貴,，現(xiàn)在據(jù)IDC統(tǒng)計：2015年到2020年，SSD平均每年的價格降幅達(dá)到25%,，未來5年也將保持這一趨勢,；2020年，全球范圍內(nèi)企業(yè)級SSD上的支出已經(jīng)超過傳統(tǒng)硬盤,。

　　全球企業(yè)級機(jī)械硬盤和SSD盤支出對比（單位：百萬美元）,，2005-2020

　　正是由于SSD速度快但價格相對較高，SSD通常用來存放元數(shù)據(jù)或核心數(shù)據(jù),，這部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失將會給用戶帶來的損失更加嚴(yán)重,。并且，SSD閃存介質(zhì)具有擦寫次數(shù)限制,，因此SSD使用壽命更值得被關(guān)注和重視,。

　　SSD壽命預(yù)測  如何實(shí)現(xiàn)

　　SSD，是由控制芯片和存儲芯片組成的,?？刂菩酒荢SD的大腦，用于調(diào)配數(shù)據(jù),、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)等,，存儲芯片用于存儲數(shù)據(jù)。當(dāng)前主流的存儲芯片為NAND Flash閃存芯片,，NAND采用浮柵晶體管存儲數(shù)據(jù)，寫入數(shù)據(jù)時需要先擦除再寫入,，寫操作本質(zhì)是向浮柵注入電荷,，擦除操作是從浮柵挪走電荷，充放電的過程會損耗二氧化硅絕緣層的絕緣能力,，最終無法保證浮柵中存有足夠多的電荷,。因此NAND的擦寫次數(shù)是有限的，閃存完全擦寫一次叫做1次P/E,，閃存的壽命就以P/E作單位,，例如常用的MLC-SSD擦寫次數(shù)為10000次。SSD壽命預(yù)測,，本質(zhì)上就是預(yù)測NAND芯片P/E次數(shù)還可用多長時間,。

　　SSD結(jié)構(gòu)

　　硬盤廠商一般都遵循S.M.A.R.T. 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，S.M.A.R.T. 標(biāo)準(zhǔn)是一種自動的硬盤狀態(tài)檢測與預(yù)警系統(tǒng)和規(guī)范,。SSD S.M.A.R.T.中包含了一些與壽命相關(guān)的指標(biāo),，不同接口、不同廠商的指標(biāo)略有不同,。浪潮自研NVMe SSD遵循NVMe 1.3標(biāo)準(zhǔn),，提供標(biāo)準(zhǔn)的S.M.A.R.T.輸出,。部分廠商SATA接口和PCIe接口壽命相關(guān)指標(biāo)如下表所示：

　　硬盤接口

　　硬盤廠商

　　指標(biāo)名稱

　　指標(biāo)含義

　　SATA

　　Intel

　　Smart_233 Media Wearout Indicator

　　介質(zhì)磨損指示

　　Micron

　　Smart_202 Percent lifetime remaining

　　剩余壽命百分比

　　Samsung

　　Smart_177 Wear Leveling Count

　　擦寫次數(shù)計數(shù)

　　Seagate

　　Smart_231 SSD Life Left

　　SSD剩余壽命

　　PCIe

　　Inspur等

　　percentage_used

　　已使用百分比

　　各個廠商通用的指標(biāo)為百分比表示的閃存磨損度，SSD壽命預(yù)測基于閃存磨損度,，預(yù)測SSD未來可使用的天數(shù),。同時，該壽命預(yù)測模型能友好的支持浪潮自研PCIe接口SSD,。

　　SSD壽命預(yù)測使用時間序列預(yù)測技術(shù),，基于硬盤S.M.A.R.T.標(biāo)準(zhǔn)采集預(yù)測所需的歷史時間序列數(shù)據(jù)集，再使用浪潮自研的AI預(yù)測算法,，預(yù)測S.M.A.R.T.指標(biāo)未來變化,，得到SSD剩余壽命天數(shù)。

　　SSD壽命預(yù)測流程

　　SSD壽命預(yù)測流程如上圖所示,。整體的預(yù)測流程分為兩個階段,，綠色為離線訓(xùn)練階段，目的是為了確定模型選取規(guī)則,；藍(lán)色為在線預(yù)測階段,，用于在用戶環(huán)境中預(yù)測SSD壽命。

　　離線訓(xùn)練階段使用大量的SSD全生命周期的S.M.A.R.T.數(shù)據(jù),，人工將磨損度變化曲線形態(tài)標(biāo)記為3類：平穩(wěn)變化,、減速變化和加速變化，再對三種類型的SSD數(shù)據(jù)分別進(jìn)行測試,。測試過程中實(shí)驗了多種數(shù)據(jù)預(yù)處理方式和預(yù)測模型,，比如Prophet、 ARIMA,、 移動平均法（Moving Average, MA）,、指數(shù)平滑法（Exponential Smoothing，ES）,、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等,。最終確定模型選取規(guī)則，實(shí)現(xiàn)全生命周期預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到75%的國際領(lǐng)先水平,。

　　模型選取規(guī)則

　　在線預(yù)測階段,，定時采集硬盤磨損度指標(biāo)，使用提前定義好的模型選取規(guī)則,，根據(jù)磨損變化數(shù)據(jù)量的大小和變化趨勢,，選擇最合適的時序預(yù)測模型，預(yù)測SSD壽命,。

　　六重保護(hù)業(yè)務(wù)永遠(yuǎn)在線,，可靠！

　　在管理軟件層面上,，InView平臺每天定時采集數(shù)據(jù),、預(yù)測,，通過浪潮自研SSD產(chǎn)品S.M.A.R.T.功能，可以客觀呈現(xiàn)產(chǎn)品的Percentage used和Available spare信息,，并展示所管理的SSD是使用壽命,。當(dāng)預(yù)測結(jié)果不足2周時，發(fā)出告警提示用戶,，制定備份數(shù)據(jù)和換盤計劃,，避免因突發(fā)換盤導(dǎo)致業(yè)務(wù)降級，甚至停機(jī)維護(hù),。

　　智能管理軟件InView界面中對SSD壽命預(yù)測

　　除了管理軟件,，浪潮存儲還通過核心軟件、器件,、部件,、系統(tǒng)、解決方案層面等,，對業(yè)務(wù)進(jìn)行端到端的整合,，致力于為客戶提供一體化的方案服務(wù)，做到故障早知道,、故障無影響,、長期無故障。

　　未來隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展,，數(shù)據(jù)要素將在企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中扮演越來越重要的角色,。浪潮存儲將持續(xù)加大企業(yè)級SSD研發(fā)投入，推動集中式全閃,、分布式全閃持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新,，聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研用等生態(tài)伙伴，合力提供數(shù)據(jù)生命周期解決方案,，助陣企業(yè)提速數(shù)字化轉(zhuǎn)型，釋放數(shù)據(jù)價值,。