عادةً ما يتراوح معدل الأعطال السنوي لمحركات الأقراص الصلبة (SSD) الحديثة المخصصة للمؤسسات بين 0.3% و 0.6% في بيئات مراكز البيانات القياسية، حيث تصل القيم المقدرة للطرازات المؤسسية المتطورة إلى مستويات منخفضة تتراوح بين 0.1% و0.2%. هذه المحركات هي يُعتبر على نطاق واسع أن تكون أكثر موثوقية من محركات الأقراص الصلبة (SSD) المخصصة للمستهلكين ومحركات الأقراص الصلبة المخصصة للمؤسسات على مدار عمرها التشغيلي الكامل، لا سيما في طويلة الأجل التشغيل. وعلى عكس محركات الأقراص الصلبة (HDD)، فإن معدلات تعطل محركات الأقراص الصلبة (SSD) تظل ثابتة نسبيًا مع مرور الوقت بدلاً من أن ترتفع بشكل حاد مع تقدم عمر الأجهزة.
المؤشرات الأساسية للموثوقية المتعلقة بمعدل الفشل
معدل الفشل السنوي (AFR) – يُظهر النسبة المئوية لمحركات الأقراص في أسطول كبير التي تتعطل خلال عام كامل من التشغيل. ويُعد هذا المؤشر الأكثر عملية لتخطيط سعة مراكز البيانات والصيانة.
متوسط الفترة الفاصلة بين الأعطال (الإطار الزمني المتوسط الأجل) – هو تقدير احتمالي لمتوسط وقت التشغيل بين الأعطال ضمن مجموعة كبيرة من الوحدات. وتبلغ قيمة MTBF المُصنَّفة لمعظم محركات أقراص SSD الخاصة بالمؤسسات من 2.0 إلى 2.5 مليون ساعة, ، وهو ما يُترجم إلى نسبة هواء-وقود نظرية تتراوح بين 0.35% و0.44% تقريبًا.
معدل الاستبدال السنوي (ARR) – يتتبع نسبة محركات الأقراص التي يتم استبدالها فعليًّا كل عام. وتتطابق هذه النسبة بشكل وثيق مع معدل الفشل السنوي (AFR) الفعلي، لكنها تشمل أيضًا عمليات الاستبدال الاستباقية التي تتم قبل أن تتعطل محركات الأقراص تمامًا.
بيانات معدل أعطال محركات الأقراص الصلبة (SSD) في بيئات المؤسسات الفعلية
مواصفات المورد والبيانات الميدانية
- محركات الأقراص الصلبة SSD للمؤسسات من سلسلة OSCOO OE يبلغ متوسط الوقت بين الأعطال (MTBF) لها ما بين 2.0 و2.5 مليون ساعة.
- محركات الأقراص المخصصة للمؤسسات من سلسلة Exos من Seagate (تشمل السلسلة خطوط إنتاج كل من محركات الأقراص الصلبة HDD ومحركات الأقراص الصلبة SSD) وتبلغ معدل AFR المقنن لها 0.44% ومعدل متوسط الوقت بين الأعطال (MTBF) يبلغ 2.0 مليون ساعة في كتيبات المنتجات الرسمية.
- ذاكرة Union UH812a/UH832a تبلغ السعة المقدرة لمحركات الأقراص الصلبة SSD من فئة المؤسسات التي تدعم معيار PCIe 5.0 AFR ≤ 0.35% و متوسط الوقت بين الأعطال (MTBF) ≥ 2.5 مليون ساعة.
- سامسونج PM1735 تبلغ المدة المتوسطة بين الأعطال (MTBF) المُقدَّرة لمحركات الأقراص الصلبة SSD من نوع NVMe المخصصة للشركات 2.0 مليون ساعة.
على نطاق القطاع ككل، تندرج محركات الأقراص الصلبة (SSD) الحديثة الشائعة الاستخدام في المؤسسات، سواء كانت من نوع SATA أو NVMe، بشكل عام ضمن 0.3–0.6% نسبة الهواء إلى الوقود (AFR) النطاق عند تشغيلها ضمن حدود الحمولة المقدرة.
البحوث الأكاديمية والصناعية
A FAST 2020 دراسة تم تحليل البيانات الواردة من أكثر من 1.4 مليون محرك أقراص SSD، على مدى 2.5 سنة, ، في نظام تخزين مؤسسي واسع النطاق. وقد خلصت الدراسة إلى أن بلغ متوسط معدل الاستبدال السنوي (ARR) على مستوى الأسطول بأكمله 0.22%، مع وجود تباين كبير بين الطرازات المختلفة، حيث تراوح المعدل بين 0.07% و1.2%. شملت الدراسة محركات أقراص مزودة بأنواع مختلفة من ذاكرة NAND (SLC، وcMLC، وeMLC، و3D TLC) من ثلاثة مصنعين و18 طرازًا. كانت أخطاء SCSI السبب الرئيسي لاستبدال محركات الأقراص، حيث شكلت حوالي ثلث جميع عمليات الاستبدال.
تُظهر البيانات التاريخية الأقدم الصادرة عن كبرى شركات تشغيل الخدمات السحابية بين عامي 2014 و2015 معدلات أعلى: أبلغت «جوجل» عن معدل فشل سنوي (AFR) يتراوح بين 1 و2.51 تيرابيت لكل تيرابايت (TP6T) لمحركات أقراص الفلاش القديمة، وسجلت «مايكروسوفت» معدلًا يتراوح بين 1 و21 تيرابيت لكل تيرابايت (TP6T) عبر أكثر من مليون محرك أقراص SSD، وأبلغت «فيسبوك» عن معدل فشل سنوي (AFR) يبلغ 1.331 تيرابيت لكل تيرابايت (TP6T) لأسطول محركات أقراص الفلاش الخاصة بها. وتشمل هذه الأرقام محركات أقراص قديمة ومحركات أقراص شبه استهلاكية. Cتحقق نماذج الأعمال الحالية أداءً أفضل بكثير مقارنةً بتلك التي تعود إلى تلك الحقبة.
العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدلات الفشل
على عكس محركات الأقراص الصلبة (HDD)، حيث يُعد التآكل الميكانيكي السبب الرئيسي لمعظم حالات الأعطال، تتأثر موثوقية محركات الأقراص الصلبة (SSD) بأربعة عوامل رئيسية.
تقنية ذاكرة فلاش NAND. تختلف مستويات الموثوقية المتأصلة باختلاف أنواع ذاكرة فلاش NAND. بشكل عام، تُصنف الموثوقية من الأعلى إلى الأدنى على النحو التالي: SLC، ثم eMLC/MLC، ثم 3D TLC، وأخيرًا QLC. تتميز تقنية TLC ثلاثية الأبعاد الحديثة بتصحيح الأخطاء باستخدام LDPC وتوازن التآكل المتقدم، حيث قلصت الفجوة في الموثوقية مع تقنية MLC في معظم حالات الاستخدام المؤسسي. وتُعد محركات الأقراص الصلبة SSD التي تعمل بتقنية QLC أكثر ملاءمة لأحمال العمل التي تعتمد بشكل كبير على القراءة والتخزين غير النشط، وذلك بسبب انخفاض قدرة تحمل الكتابة لديها.
اكتب: حجم العمل والقدرة على التحمل. يتم تصنيف محركات الأقراص الصلبة (SSD) المخصصة للشركات وفقًا لـ عدد عمليات الكتابة على محرك الأقراص يوميًا (DWPD) , ، وتتراوح بين 1 DWPD لأحمال العمل التي تعتمد بشكل كبير على عمليات القراءة إلى 10+ DWPD للتطبيقات التي تتطلب عمليات كتابة مكثفة. في ظل أحمال العمل المُقَدَّرة بأقل من قيمتها،, لا يُعد تآكل ذاكرة NAND السبب الرئيسي لفشل معظم محركات الأقراص الصلبة (SSD) المخصصة للمؤسسات. وتعود معظم حالات الفشل إلى إلكترونيات وحدة التحكم، أو أخطاء البرامج الثابتة، أو حالات انقطاع التيار الكهربائي بدلاً من استنفاد دورات الكتابة.
شروط التشغيل. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع تآكل ذاكرة NAND وتدهور المكونات الإلكترونية. تم اختبار محركات الأقراص الصلبة (SSD) المخصصة للشركات للتشغيل في درجات حرارة تتراوح بين 0 و70 درجة مئوية، وتشمل الاختناق الحراري الحماية. الحماية من انقطاع التيار الكهربائي عبر المكثفات المدمجة تأتي هذه الميزة بشكل قياسي في الطرز المخصصة للمؤسسات، وهي تقلل بشكل كبير من تلف البيانات والأعطال المفاجئة الناتجة عن انقطاع التيار الكهربائي غير المتوقع. ونظرًا لعدم احتوائها على أجزاء متحركة، فإن محركات الأقراص الصلبة (SSD) أكثر مقاومة بكثير أكثر مقاومة للاهتزازات والصدمات مقارنة بالأقراص الصلبة التقليدية.
جودة وحدة التحكم والبرمجيات الثابتة. وحدات تحكم على مستوى المؤسسات مزودة بـ تصحيح الأخطاء المتقدم، وتسوية التآكل الديناميكية، والتخصيص الزائد تقليل مخاطر الفشل بشكل كبير. تعد عيوب البرامج الثابتة أحد الأسباب الرئيسية للأعطال التي تحدث في المراحل المبكرة من عمر المنتج. تخضع محركات الأقراص الصلبة (SSD) المخصصة للشركات التحقق الأكثر دقة والمستلم دعم أطول للبرامج الثابتة مقارنةً بالطرازات الاستهلاكية، مما يقلل من مخاطر التعطل على المدى الطويل.
مقارنة بين موثوقية محركات الأقراص الصلبة SSD للمؤسسات ومحركات الأقراص الصلبة HDD للمؤسسات
| متري | محركات الأقراص الصلبة (SSD) الحديثة المخصصة للمؤسسات | محركات الأقراص الصلبة SATA/SAS المخصصة للمؤسسات |
|---|---|---|
| نسبة الهواء إلى الوقود النموذجية | 0.3 – 0.6% | 0.45 – 1.6% |
| معدل النمو السنوي المركب بعد 5 سنوات | ~0.9% (اتجاه مستوٍ) | ~3.5% (في ارتفاع حاد) |
| متوسط الوقت بين الأعطال (MTBF) | 2.0 – 2.5 مليون ساعة | 1.0 – 1.2 مليون ساعة |
| نمط الفشل السائد | مفاجئ / كارثي | البلى الميكانيكي التدريجي |
| العامل المقيد الرئيسي | قدرة الكتابة (TBW) | العمر الزمني والتآكل الميكانيكي |
في عمليات الانتشار طويلة الأمد لـ خمس سنوات أو أكثر, ، وعادةً ما تُظهر محركات الأقراص الصلبة المخصصة للمؤسسات من 3 إلى 4 مرات معدلات تعطل أعلى مقارنة بأقراص SSD المخصصة للمؤسسات من نفس العمر. وتزداد هذه الفجوة أكثر في ذات اهتزازات عالية أو ذات معدل عمليات إدخال/إخراج في الثانية (IOPS) مرتفع البيئات.
