Over-Provisioning bei SSDs berechnen

Bei SSDs liegt die nutzbare Nettokapazität immer unter der Größe des physikalisch verbauten Flash-Speichers. Over-Provisioning ist demnach der Unterschied zwischen dem physikalisch verbautem Flash-Speicher einer SSD und der logisch vorhandenen Speicherkapazität, die dem User real zur Verfügung steht. Der „übrige Restspeicher“ steht ausschließlich dem SSD-Controller zur Verfügung und wird unter anderem für Aufgaben wie die Garbage Collection, das Wear Leveling und das Bad-Block-Management verwendet. Kurz gesagt verhilft das Over-Provisioning zu einer längeren Haltbarkeit des Flash-Speichers und zu einer höheren Schreibgeschwindigkeit, vor allem bei intensiven Schreiblasten.

Die Berechnung des Over-Provisioning erfolgt nach dieser Formel:

Over-Provisioning

Dabei ist jedoch anzumerken, dass sich Over-Provisioning praktisch aus zwei verschiedenen Teilen zusammensetzt. Zum einen aufgrund der Unterscheidung zwischen den SI-Präfixen (Dezimalpräfixe) und den IEC-Präfixen (Binärpräfix). Detaillierte Infos zu diesem Thema liefert Wikipedia. NAND wird in Größen von Zweierpotenzen hergestellt. Ein Gibibyte (GiB) NAND besteht also aus 230 bzw. 1.073.741.824 Byte. Bei der Größenangabe der SSD-Hersteller entspricht ein Gigabyte (GB) jedoch 109 bzw. 1.000.000.000 Byte. Durch diesen Unterschied ergibt sich von Haus aus ein Over-Provisioning von 7,37 % (=(230-109)/109 × 100%). Einige Hersteller berücksichtigen diese Tatsache bei den Over-Provisioning-Angaben allerdings nicht, da sie den Unterschied von GiB zu GB nicht als Over-Provisioning betrachten. Dies hängt vor allem damit zusammen, wie die einzelnen Hersteller Over-Provisioning genau definieren. Im Zweifel sollte also immer selbst nachgerechnet werden (siehe Beispielrechnung im letzten Absatz).

Der zweite Teil ist das von Hersteller festgelegte Over-Provisioning. In diesem Fall wird die Nutzkapazität der SSD künstlich verringert, sodass mehr Flash-Speicher für das Over-Provisioning zur Verfügung steht. Ein Beispiel sollte das Vorgehen erklären. Eine SSD besitzt real 256 Gibibyte (274.877.906.944 Byte) Flash-Speicher. Der Hersteller bringt die SSD dann beispielsweise aber nur mit 250 Gigabyte auf den Markt. Der restliche ungenutzte Speicher wird somit dem Over-Provisioning zugeführt.

Für eine kleine Beispielrechnung ziehen wir die Crucial MX200 mit 500 GB heran. Die SSD ist insgesamt mit 8 NAND-Chips ausgestattet, die jeweils aus 4 NAND-Dies bestehen. Jeder NAND-Die besitzt die Größe von 128 Gbit. Insgesamt kommt ein NAND-Chip somit auf 512 Gbit, was umgerechnet 64 GiB entspricht. Die beispielhafte MX200 besitzt demnach 512 GiB physikalischen NAND-Speicher. Dem User stehen dagegen lediglich 500 GB zur Verfügung. Wie die Rechnung unten zeigt, beläuft sich das Over-Provisioning bei dieser SSD auf 9,95 %.

Over-Provisioning Beispiel

Nachfolgend eine Übersicht mit den gängigsten Werten zum Thema Over-Provisioning.

Physikalische Kapazität Nutzbare Kapazität Over-Provisioning
128 GiB 128 GB 7,37 %
128 GiB 120 GB 14,53 %
256 GiB 256 GB 7,37 %
256 GiB 250 GB 9,95 %
256 GiB 240 GB 14,53 %
512 GiB 512 GB 7,37 %
512 GiB 500 GB 9,95 %
512 GiB 480 GB 14,53 %

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