SSDのExtremeFFSとは？

最終更新日 2023年09月07日

ExtremeFFS フラッシュマネージメントシステム - SanDisk には、以下のとおり書かれています。

ExtremeFFSはランダム書き込みの性能を最大限に発揮するためにSanDiskにより開発された技術です。ページベースのアルゴリズムで動作し、データの物理位置と論理位置を固定する必要がありません。

1セクタ分のデータが書き込まれる際は、SSDはデータを最も便利で効率的な場所に保存します。ExtremeFFSは他で書き込みが行われたりガベージを集めている間にも読み込みを行える、NANDチャンネルそれぞれが独立した非ブロッキングアーキテクチャを内臓しています。もうひとつのExtremeFFSの特徴は、先進的なフラッシュマネジメントシステムによりユーザーのパターンを"学習"し、使用ベースでデータの配置を行う技術です。長期間にわたり保存データを効率よく管理することによって、製品のパフォーマンスと耐久性を最大限に発揮することができます。

その結果、全体の耐久性と同様にランダム書き込みのパフォーマンスは、最大100倍まで性能を向上します。

SSD はランダム書き込み速度が遅いですが、ExtremeFFS はランダム書き込み速度を向上させる技術のようです。

NAND チャンネルに関する特徴については書き込み、ガベージコレクション、読み込みを並行して同時に実行できるようにすることでランダム書き込み速度を向上させると考えられますが、データを最も便利で効率的な場所に保存するとなぜランダム書き込み速度を向上させることができるのかわかりません。

SanDisk、SSD向けファイルシステム「ExtremeFFS」を解説 には、以下のとおり書かれています。

　ExtremeFFSは、このブロック単位の消去を不要とする。具体的には、書き換えを行なうページに対し無効というマーキングだけを残し、実際に消去は行なわず、空いている別の場所にページ単位で書き込みを行なう。

　この作業は、ブロック単位での消去/書き込みと比べ、遙かに高速に行なえるため、ランダムライトの性能は最大で100倍にまで向上。

ページ単位とブロック単位についてですが、SSD ではデータ読み書きを最大 8KB 程度のページ単位で行ない、データ消去は最大 512KB 程度のブロック単位で行ないます。ページ単位を、セクタ単位と言うこともあります。

SanDisk の記事に書かれていた「1セクタ分のデータが書き込まれる際は、SSDはデータを最も便利で効率的な場所に保存します。」は、この記事を参考に言い換えると、あるブロック内に1ページ分のデータを対象に書き換えが行われる場合、その書き換え対象が保存されているデータを実際には消去せず、実質消去されたことがわかるように無効というマーキングを残し、書き換え後となるデータは別の空きブロックに書き込むとなります。

ExtremeFFS を利用しない場合、あるブロック内の1ページ分のデータを書き換えるなら、そのブロック内のデータを全て消去し、書き換え対象のページは書き換え後のデータになるようにして残りのデータは変わらないまま全て別のブロックへデータを書き込むことになります。

このように ExtremeFFS を利用しない場合のデータ書き込みは遅く、ExtremeFFS を利用することでブロック単位のデータ消去が不要となり、ランダム書き込み速度が向上するようです。

SSDの性能は「LDE」「vRPM」で見極める - ITmedia PC USER にも、同じような内容が書かれています。

　ExtremeFFSでは、データを保存したセルは1セル単位で「無効なセル」と認識され、その1セル分の「スペアのセル」がSSDの別な場所に用意される。この処理はSSD内部で完結しており、OSといった「外の世界」からは見えなくなっているため、システムは「無効なセル」や「スペアのセル」を区別することなくSSDに対してデータを記録でき、SSD内部では1セル単位の処理でデータの保存が可能になる。このようにWrite処理をするセルの数が1ブロック分から1セル単位で行えるようになったことでSSDの書き込み速度が飛躍的に向上するとバーネットソン氏は説明している。

この記事では、8Kバイト程度のセル単位で説明しており、ページ単位やセクタ単位とも言えます。

この記事から、ExtremeFFS を利用してランダム書き込み速度を向上させる処理は SSD 内部のコントローラーがやってくれ、かつ処理は内部で完結し外部からは見えないので、OS は特に何も対応する必要はないと考えられます。

SanDisk の記事では、「使用ベースでデータの配置を行う技術」により製品のパフォーマンスと耐久性が最大限に発揮すると書かれていましたが、 SSDのランダム書き込み100倍速に、サンディスク：新開発のExtremeFFSで - ＠IT には、以下のとおり書かれています。

　また、ExtremeFFSでは、ベンチマークの性能には現れないが、実際のデータのアクセスパターンに応じてデータ配置を最適化することで耐久性を高めたという。

SSD にはデータ書き換え回数の寿命があります。具体的には書かれていませんが、ExtremeFFS を利用する SSD では、データの読み書きパターンを分析してデータ書き換え回数を抑えられるようにデータを SSD 内の適切な場所へ保存するアルゴリズムに従ってデータ読み書きを行い寿命を延ばすと考えられます。

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