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:

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 %.

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