Auf SSDs geschriebene Daten Was sind Write Amplification (WA) und der Write Amplification Factor (WAF)?

Write Amplification ist ein Effekt, der beim Schreiben von Daten auf Solid State Drives (SSDs) auftritt. Es müssen mehr Daten physisch auf das Speichermedium geschrieben werden, als logisch vom Host veranlasst. Der Write Amplification Factor gibt das Verhältnis von physisch auf dem Flash-Speicher zu schreibenden Daten zu den vom Host logisch beabsichtigt zu schreibenden Daten an.

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Write Amplification (WA) beschreibt ein Phänomen, das vor allem beim Schreiben von Daten auf Solid State Drives (SSDs) von Bedeutung ist: Auf dem Flash-Speicher müssen physisch mehr Daten geschrieben werden, als der Host logisch beabsichtigt zu schreiben. Das Verhältnis der tatsächlich in die Flash-Zellen geschriebenen Daten zu den vom Host beabsichtigt zu schreibenden Daten wird als Write Amplification Factor, abgekürzt WAF, bezeichnet. Die deutsche Übersetzung lautet Schreibverstärkungsfaktor.

Bei einem idealen System ist der WAF eins. Werden beispielsweise für das Speichern von vier Kilobyte Daten 40 Kilobyte Daten auf dem Flash-Speicher neu beschrieben, liegt der WAF bei zehn.

Der Effekt Write Amplification ist darauf zurückzuführen, dass Daten auf SSDs nur seitenweise geschrieben und blockweise gelöscht werden können. Die zu beschreibenden Seiten eines Blocks müssen zuvor gelöscht sein. Ein einziger Schreibvorgang löst daher Löschvorgänge und das Verschieben bereits vorhandener Daten aus. Einflussfaktoren für den Schreibverstärkungsfaktor sind beispielsweise die Art, wie Daten geschrieben werden (sequentiell oder zufällig), die Größe der Blöcke des Speichergeräts, die Größe der zu schreibenden Daten und die verwendeten Algorithmen des SSD-Controllers.

Da die Flash-Zellen eines Solid State Drives nur begrenzt wiederbeschreibbar sind, verkürzt ein hoher WAF die Lebensdauer des Speichergeräts. Je kleiner der Write Amplification Factor ist, desto besser ist das für die Lebensdauer des SSD-Laufwerks.

Wie Write Amplification bei SSDs entsteht

Solid State Drives speichern Daten in sogenanntem NAND-Flash-Speicher. Dieser Speicher ist in Zellen, Seiten (Pages) und Blöcken organisiert. Flash-Speicher kann nur blockweise gelöscht und seitenweise beschrieben werden. Bevor Daten in die Speicherchips geschrieben werden können, müssen vorhandene Daten gelöscht werden. Um eine einzige Seite zu schreiben, müssen unter Umständen die belegten Seiten eines Blocks vorher gelöscht beziehungsweise verschoben werden.

Für das Management der Blöcke und Seiten verwendet der Flash-Controller komplexe Mapping-Algorithmen. Die implementierten Mapping-Algorithmen haben einen direkten Einfluss auf den WAF. Auch das Schreiben und Bearbeiten von Metadaten schlägt sich im WAF nieder. Maßnahmen wie TRIM (ständige Konsolidierung des freien Speicherplatzes auf einer SSD) und Active Garbage Collection oder besondere Mapping-Algorithmen tragen zur Reduktion des Write Amplification Factors bei.

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