Levensduur van USB flash drives en het belang van wear leveling

We weten allemaal dat een USB-stick slechts een beperkt aantal keren kan worden beschreven. Sommige bronnen spreken van 1.000 schrijfbewerkingen, anderen van 100.000. Een exact getal is lastig te geven, omdat de levensduur afhankelijk is van zowel het type flashgeheugen als de gebruikte controller. Wel kunnen we de theorie uitleggen achter het verlengen van de levensduur. In essentie draait het om twee factoren: (A) het type en de kwaliteit van het geheugen en (B) de techniek van wear leveling.

NAND-flash kan bestaan uit SLC, MLC of TLC (single-level cell, multi-level cell of triple-level cell). SLC vind je vrijwel alleen in high-end producten; MLC en vooral TLC zijn het meest gebruikelijk in USB-sticks.

Wear leveling is een techniek die de controller gebruikt om het aantal wis- en schrijfcycli gelijkmatig over alle cellen in het geheugen te verdelen. Een cel kan meestal 3.000 tot 5.000 cycli aan. Daarnaast heeft flashgeheugen ook speciale blokken die tot circa 100.000 cycli aankunnen. De controller vermijdt overmatig gebruik van dezelfde cellen door data slim te herschikken en nieuwe cellen in kaart te brengen.

Soorten wear leveling

Geen wear leveling: Zonder wear leveling worden logische adressen direct toegewezen aan fysieke blokken. Dit zorgt ervoor dat bepaalde blokken snel slijten terwijl andere ongebruikt blijven. Zodra een aantal blokken defect raakt, is de drive onbruikbaar.

Dynamische wear leveling: Hierbij worden logische adressen telkens opnieuw toegewezen wanneer data wordt herschreven. Oude blokken worden ongeldig verklaard en nieuwe blokken gebruikt. Zo wordt slijtage beter verdeeld.

Statische wear leveling: Dit lijkt op dynamische wear leveling, maar gaat een stap verder door ook zelden gebruikte blokken periodiek te verplaatsen. Zo worden zelfs de minst gebruikte cellen in de rotatie opgenomen en slijten alle blokken gelijkmatiger.

Technieken die de levensduur verlengen

• Foutcorrectie (ECC): Houdt slechte blokken bij en voorkomt dat deze opnieuw gebruikt worden.
• Reserve-pool: Faalt een blok, dan kan data worden geschreven naar een gereserveerd blok.
• Gebruik bijhouden: Met wachtrijen (bijv. “least recently used”) wordt bijgehouden welke blokken recent zijn beschreven, zodat er beter verdeeld kan worden.

Bron: Wikipedia en Nexcopy Inc.