CFD販売 SSD S6TNHG6Qシリーズ(東芝HG6q)128GB 耐久テスト


CFD販売 東芝hg6q128GB

CFD販売 SSD S6TNHG6Qシリーズ(東芝HG6q) 128GBの耐久テストを実施した。気になるSSDの寿命を実測する。加速寿命テストという考え方で、通常の数十倍数百倍の負荷を掛け、一気にSSDの寿命を削り取るテストを行う。HG6qは高性能なため、一日に40テラバイト近い書き込みが可能だ。10日ほどの試験で完全燃焼に成功した。


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■HG6qの耐久性テスト総論

【メーカ公開の耐久性データ表・クライアント向け】

 

 公開メーカ  保証書込容量(TBW) 5年換算の保障値 NANDフラッシュ書込回数
※損失含まず
crucial MX100系  73TB 1日40GB書き込み  562回(容量128GB)
286回(容量256GB)
141回(容量512GB)
 シーゲート系
600 SSDシリーズ
36.5TB(容量120GB)
72TB(容量240GB)
72TB(容量480GB)
1日20GB書き込み
1日40GB書き込み
1日40GB書き込み
 304回(容量80GB)
304回(容量120GB)
152回(容量480GB)
プレクスター M6Sシリーズ 73TB 1日40GB書き込み  562回(容量128GB)
286回(容量256GB)
141回(容量512GB)
OCZ Vertex 460シリーズ 21.9TB(3年保障値より逆算) 1日24GB書き込み
(3年で1日40GB)
182回(容量120GB)
91回(容量240GB)
45回(容量480GB)
インテルSSD 530 36.5TB(5年保障値より逆算) 1日20GB書き込み 456回(容量80GB)
304回(容量120GB)
203回(容量180GB)
101回(容量360GB)
76回(容量480GB)

まず、2014年8月現在、メーカの公開の品質保証値を見て欲しい。これがモノサシだろう。メーカの公開値と比較により、より正確な評価が可能になるはずだ。

■耐久テストの対称軸としての書き込み速度との考察

SSDの耐久テストは可能性の一つとして速度とのバーターである可能性がある。ゆえ に書き込み速度を提示する。SSDを構成するNANDフラッシュメモリの書き込み速度はイレーズ(消去)速度と密接な関連がある可能性がある。大エネル ギーでNANDフラッシュメモリをイレーズすれば当然速度が速くなると推測でき、低エネルギーでゆっくりイレーズすれば遅くなると推測できる。
次の図は加速寿命テストプログラム「ssd_full_cmd」による速度オプション-Sを付けた計測結果だ。測定は各SSDに対して1アクセス1測定の原則に従い行った。「ssd_full_cmd」は一回に10GBのデータを書く。SSD内蔵のキャッシュメモリを瞬間的に蒸発させSSDの素顔の書き込み速度を調べる。

SSD 書き込み速度

■一般ユーザの1日の平均書き込み量の算出

SSDの耐久性を考えるに一日の書き込み量を理解する必要がある。これを10GB/日と計算する。この数字は「SSD寿命カウンタ」を設定しているPCにて測定した。「SSDの一日の書き込み量の調査」を根拠としている。

ssd_opthttp://ssdopt.dnki.co.jp/

OSの設定をSSD用に設定するフリーウェアを配布している。OSの設定に不安を感じる人は利用されたい。

■測定結果

【CFD販売東芝製HG6q 128GB耐久性テスト結果】

hg6q耐久性テスト

結論として、HG6qには約10日かけて書き込みを行い338テラバイトのデータを書き込んだ所で損壊した。

NANDフラッシュメモリへの書き込み回数は損失を考えない理論値で2640回となる。

2640回 = 338テラバイト / 128GB

1日平均33テラバイト書き込みしている。このSSDは非常に書き込み速度が速く、10日で完全燃焼した。

本SSDは総書き込み量(Total Byte Written,略してTBWと言う)120テラバイト以内が推奨使用範囲と推測する。インテルSSD530シリーズのTBW36.5テラバイトと仮定すれば壊れるまでの書き込み量の1/9が推奨使用範囲と推測できる。クルーシャル(米マイクロン)を当てはめるならば1/5が推奨使用と推測できるわけだ。

本SSDにおいては設計上は約1/3が推奨使用範囲と考える。これは次の考え方による。

  1. SSD本体が備える寿命カウンタを持つ場合、安全率50%と考え、カウンタが半分になった時を寿命とする。
  2. カウンタが示す寿命の残量がゼロになった後の書き込みは評価しない。設計者が考えていないマージンであり評価外とする。

この考えの詳細な根拠は後述するSSDを構成するNANDフラッシュメモリの特性も含めて読んで欲しい。

 


 

■SSDの寿命の考え方とテストの詳細

1.SSDの寿命の説明

SSDを構成するメモリ素子「NANDフラッシュメモリ」には寿命がある。この寿命は厄介な事に年々短くなっている。以前はMLC型で1万回書き込みできると言われていたが、一世代前の25nmプロセスのICで3000回程度と言われている。今回テストしたCFD販売東芝製HG6qは2014年8月現在の主流世代の19nmプロセスを採用している。現行最新は19nm~20nmが大多数を占め、さらに16nmも出現し始めている。

NANDフラッシュメモリの寿命の特性

NANDフラッシュメモリは、一言で言うと、穴の開いたバケツだと思えば良い。ICの中にこのバケツが沢山入っている。水の変りに電子が詰まっており、この電子、少しずつコボレていく。そして書き込めば書き込むほど、穴が大きくなりコボレる速度が速くなる。

NANDフラッシュメモリのデータ保持時間と書き換え回数の関係

ゆえにNANDフラッシュの寿命というのは表現に難がある。どちらかというと、使えば使うほど磨り減っていく歯ブラシとか包丁と同じ特性を持っているからだ。

さて、このようなわけで現実にはNANDフラッシュは内容がこぼれて無くならないよう、定期的に水を足す必要がある。DRAMと同じようにリフレッシュする必要があるわけだ。後述するウェアレベリング(摩耗平滑化)という機能がリフレッシュを兼ねている。

NANDフラッシュはリフレッシュが必要

NANDフラッシュの寿命の有無とは、この定期的に継ぎ足す時間が十分長いか否かと言えるだろう。

SSDの寿命とはこういうもの

現在のSSDにはウェアレベリング摩耗平滑化と言って、内部のメモリ素子を満遍なく均一に使用する機能が入っている。この結果、SSDはそれぞれのNANDフラッシュメモリに均等に書き込みする。ウェアレベリングで書き込むNANDフラッシュメモリに既にいるデータは読み取り、他のメモリに退避書き込みするので、このタイミングでリフレッシュが起きる。

∴リフレッシュサイクル ≒ SSDの容量 / 一日の平均書き込み量

単純計算ではこのようになる。120GBのSSDで一日に6GB書きこみする人で約21日。同様に1日20GBの書き込みをする人で6日でSSD内部のNANDフラッシュメモリの書き込みは一巡する。

これまで快適にSSDを使っていた人が、一ヶ月ほど海外出張に出かけ、帰ってきたらSSDのデータが空っぽに消えていたという悪夢がここで可能性として想像できる。

NANDフラッシュの保持時間が破綻する

SSDで言う寿命が尽きるとは、このようにリフレッシュが間に合わなくなった状態と言える。ある日、電球の球が切れるというのとは大きく異なるので注意されたい。

2.SSDの品質規格 JESD218,JESD219・・・およびメーカ保証値の推測

メーカ公開のTBW品質保証値が極端に小さい理由は何か?・・・TBWはJESD218により規定される。

【 JESD218A:SSDの耐久性試験】

分類 テスト時間 電源OFFでのデータ保持時間 FFR(故障率) 読み取りエラー率
クライアント(普通の使い方) 40° C
8時間稼動/日
30° C
1年
≤3% ≤10 -15
113テラバイトの読み取りで1ビット未満のエラー発生率
エンタープライズ(業務用) 55° C
24時間稼動/日
40° C
3ヶ月
≤3% ≤10 -16
1.1ピコバイトの読み取りで1ビット未満のエラー発生率

クライアントではTBWは要は電源を切っても1年間はデータが消えないこと。と言える。要約すると、

  1. 電源を切っても1年間のデータ保持を保障すること。
  2. この条件を守り、SSDに書き込みできるデータの総量をTBWと規定する。

クルーシャル、シーゲートが品質保証するTBWが非常に小さいのはNANDフラッシュのデータ保持時間がそれだけ書き込みにより磨耗するという事だろう。

3.加速寿命テストとは?

ここで行うSSDの耐久テストは「加速寿命テスト」と呼ばれるものだ。要は普通の数十倍~数千倍のデータを書き込みいっきにSSDの寿命を削り取る。一般的に一日に6GB程度の書き込みをすると言われている。ここに一日に数テラバイト~数十テラバイトの書き込みを行う。

加速寿命テスト中のリフレッシュサイクルは5分~十数分と常識では考えられないほど短い。このためNANDフラッシュのデータ保持時間が5分~十数分に減少するまでリードエラーが発生しないという問題が生まれる。注意されたい。

  1. 通常の運用時 –> 数ヶ月から1週間の保持時間を維持できなくなりエラーが発生
  2. 加速寿命テスト時 –> 5分~十数分の保持時間を維持できなくなりエラーが発生

 

4.耐久テストガイドライン

耐久テストは次の2つの条件により行った。

■SSD本体の初期化のガイドライン

120GB級SSD耐久性テストガイドライン

■耐久性テストで使用したソフトウェア

SSD加速寿命テスト「ssd_full_cmd」

■使用したPC

SSD: CFD HG6q 128GB
CPU: インテル Core i3 3220
メモリ: 16GB
マザーボード: ASUSP8H77-V
OS: Windows7 HP
備考: TrimはON

5.テスト結果

このSSDは本テストに先立ちASUS Z97マザーボード上にてF:ドライブにマウントして実施している。初回は加速寿命テスター「ssd_full_cmd」のデバッグも兼ねて様子を見た。本テストではE:ドライブにSSDをマウントしてテストした。もし、F:からサンプリングした画像がある場合、専攻テストにより得たものと思って欲しい。またデータディスクとしてマウントしている。先行テストと本テストで異なるHG6qを別途使用している。

338テラ書き込み時点で損壊

HG6qは約10日かけて書き込みを行い338テラバイト書き込みをした時点で壊れた。1日平均33テラバイト書き込みしている。このSSDは非常に書き込み速度が速く、10日で完全燃焼した。

損壊に気がついたのは最後のログから2日めであり、SSDはPCから認識しなくなった。SSDの物理的な認識はしているのだがパーテーション情報など全部消えていました。リフレッシュサイクルが後述の僅か5分強のショートサイクルで寿命を削り、障害が起きてから48時間の経過でNANDフラッシュメモリの電荷が抜けきったと思われる。

総書き込みデータ数=338(1枚目は297)テラバイト

ここで注意して欲しいのは一日平均33テラバイト書き込んだことだ。本SSDは128GBの容量を持つ。そこに33テラバイト/日のペースで書き込んでいる。最初にこのSSDは先行してテストしていると述べた。本テストは2枚目のSSDであり、先行テストで使用した一枚目のSSDは297テラバイトで損壊した。一日の書き込み量が33テラであることから誤差10%に収束していると言える。

∴33.8テラバイト/128GB=1日に264回上書きしている=約5.4分で128GBの書き込み

加速寿命テスター「ssd_full_cmd」は今回約5分でSSDの容量分の書き込みをしたことになります。

SSDにはウェアレベリング(摩耗平滑化)という機能があり、同じフラッシュメモリが磨り減らないように満遍なくフラッシュメモリを使う機能が備わっている。この機能が正常に作動した場合、SSDの内蔵フラッシュメモリは5分毎に書き込みが発生したと推測できる。加速寿命テスター「ssd_full_cmd」は今回約5分毎にSSD内部の全フラッシュメモリを書き換えをしている事になります。

HG6q寿命を測定していて、フリーウェア「CrystalDiskInfo」の値を睨めっこしていて0xADがリニアに減少していました。これがこのSSDの寿命をあらわす指針のようだ。

S.M.A.R.T.の0xADの値その0

この0xADを時系列で見るとこのようになった。

S.M.A.R.T.の0xADの値その1

初期値を200として、—> 1になるまで減っていきます。0xADは1に減少するとそこで止まった。以後、かわらず1を保持している。240テラバイトの時に0xADが1になっていた。

6.集計分析

1.本SSDはS.M.A.R.T.の0xADの値が1になった時に、完全に燃え尽きると結論する。

2.書き込み総量338テラバイト、0xADは200->1へ減るから、

240テラバイト / 199 = 1.2テラバイト(1目盛り)

3.安全率50%と考え、S.M.A.R.T.の0xADが200~100の間を本SSDの適正な使用範囲と判断する。

99~1は各メーカのSSDを見るにSSDの寿命の指針となるウェアレベル(平滑機能)は初期値が200系と100系に分かれます。100の場合素直にパーセントと見れば良いのだと思う。200の場合は100に至るまでがメーカの使用推奨範囲、100を割った時点で要交換タイミングと思う。

■0xADを見るときは200~100の間で使うこと。

■書き込み量から算出する場合は最大書き込み量(業界用語でTotal Byte Written,略してTBWという)120テラバイト以内で使うこと。

SSDの寿命の考え方

SSDの特性を考えた結果、寿命をこのように捉えるべきだと結論する。SSDの使用域は3つのゾーンに別け、緑のゾーン内で使 べきと考える。特にビジネス用途であればなおさらこの範囲で使うべきだろう。次の黄色いゾーンはSSDの交換タイミングであり、無理して使うのであれば100%完全なバックアップ体制の上で、いつ壊れても 良い覚悟で使うゾーンと判断する。レッドゾーンは待ったなし、何時、故障してもおかしくない状態だ。

SSD加速寿命テスター「ssd_full_cmd」はSSDをSSDの寿命を一気にレッドゾーンに追い込む危険なソフトだ。ここで導き出された寿命は僅か数分のデータ保持しかできなくなるまでNANDフラッシュメモリを消耗させた結果だ。実際の運用ではもっと手前で障害が発生する。従い加速寿命テストの結果の1/2~1/3の範囲で使用すべきだ。IBMの指針をみるに彼らは1/10をメーカの保障値としている。これがJESD218,JESD219規格の厳しさによるのかインダストリアル・ビジネス・マシーン社の業務用クオリティかは判らない。しかしNANDフラッシュメモリの持つ大滑りする特性を考えると用心するのが正解と思われる。

7.リードオンリーモードについて

SSDは寿命を迎えると安全装置が働き、ROMとしてデータを保持する機能がある。筆者はASUSのS101内蔵のSSDが寿命を迎えROM化したのを見たことがある。

SSD加速寿命テスター「ssd_full_cmd」に限らず、加速寿命テスト、要は通常の何十倍もの負荷を掛けて一気に寿命をすり減らすため、通常の運用でエラーが発生するゾーンを通り越し、NANDフラッシュメモリがデータを保持する余力がないレッドゾーンまで遷移するはずだ。

従い、SSDのリードオンリーモードの検証は加速寿命テストではアルゴリズム上、検証できないと考えたほうが良いだろう。

SSD内部に積算タイマーを仕込み、一定量書き込みが発生したらフラグを落とす装置を実装すればリードオンリー化は可能だが、それはもはやエラー検出の安全装置とは呼べず、かの悪名高き○○○○タイマーと呼ばれるものだろう。

 

8. SSD寿命カウンタへのフィードバック

本記事は、「SSD寿命カウンター」、延命高速化ソフト「プチフリバスター」、NTFSのSSD最適化ソフト「SSDブースター」の検証資料として記載している。

cfd

本記事の情報はSSDの寿命測定ソフト「SSDカウンタ」20140815版にフィードバックしている。またCFD販売HG6Q用のSSD_TURBO_BOOSTに「SSDカウンタ」を追加実装し配布を開始している。

—-> SSD_TURBO_BOOSTダウンロードページ

SSD寿命測定

SSD S6TNHG5Q、S6TNHG6Qシリーズのユーザはこれで寿命の問題から開放されたい。

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