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影响固态硬盘寿命的因素——写入放大机制

返回列表 来源: 发布日期: 2020.06.09

在当今的社会,我们每个人都在使用固态硬盘,也知道SLC/MLC/TLC/QLC这四种Flash颗粒。今天我们并不是去探讨这四种Flash芯片颗粒孰优孰劣的问题,而是聊聊关于固态硬盘寿命的问题。除了闪存颗粒的自身体质起着决定性作用外,其实主控中的写入放大机制的存在也是影响固态硬盘寿命的关键因素。

影响固态硬盘寿命的因素

写入放大机制

那么,写入放大机制又是什么呢?写入放大又是如何影响固态寿命的呢?写入放大,英文名为Write Amplification,这一术语最早是在2008年左右,由Intel公司和SiliconSystems公司 (2009 年被西部数字收购)第一次在公开稿件中提出了并使用,这一术语描述的其实是固态硬盘的目标写入值和实际写入值之间的一个倍数关系,并用阿拉伯数字表示,写入放大数值越小,越能提升固态使用寿命。要想完全理解写入放大,我们需要先了解固态硬盘的读写机制。我们知道,固态硬盘的存储单元是由闪存颗粒组成的,无法实现物理性的数据覆盖,只能擦除然后写入,重复这一过程。因而,我们可以想象得到,在实际读写过程中,数据的读写势必会在闪存颗粒上进行多次的擦除写入,特别是当某些区块已经完全被塞满的情况下。这些多次的操作,增加的写入数量和原始需要写入的数量的比值,就是所谓的写入放大。所以说,写入放大数值高,会损耗固态硬盘寿命。(固态硬盘闪存颗粒有着额定的P/E值,即最大的读写次数,写入放大高,P/E损耗快,寿命低。)

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写入放大详解及影响因素

举个例子,最坏情况下的,假如我要写入一个4KB的数据,并恰好目标块没有空余的页区,需要进行垃圾回收。下面,我们一起来分析这个过程的写入放大的数值。首先是主控读取目标块512KB,然后垃圾回收擦除512KB,接着改写512KB空白区用来存放原始的写入4KB数据。即原始写入数据仅为4KB,实际写入512KB,写入放大值为512/4=128倍。通过上面例子演示,我们应该大致了解了写入放大的概念,以及写入放大的危害。

那么,哪些因素能够影响写入放大呢?

垃圾回收机制,如上所举示例,这一机制需要完全擦除整个区块,进而增加了整个数据的写入放大。

磨损均衡(WL),这一机制主要是通过均衡所有的闪存颗粒,从而延长整体的使用寿命,然而依旧是增加整体的写入放大。Trim机制,ATA指令,避免了不必要的垃圾回收次数,从而减少了写入放大。

固态硬盘内部的OP(预留空间)大小,除了上述两项的主控机制能够影响写入放大的数值,固态硬盘内部的OP(预留空间)大小对于写入放大也有着相当的影响。OP(预留空间)越大,可用的空白闪存块越多,即使在最坏的情况下(即所有的闪存块都塞满),主控也无需进行垃圾回收,自然就大大减少了多余的读写次数,从而极大的降低写入放大。聊了这么多,肯定有朋友会说,“知道写入放大,又有什么用呢?我们又无法阻止写入放大。”实际上,对于用户来说,我们可以通过修改OP(预留空间),以及及时清理固态硬盘中的无用数据,留出更多的空白空间,以减少多余的擦除和写入,从而降低固态的写入放大值,提升固态寿命。更重要的是,写入放大是衡量一个主控性能最为关键的因素,我们在选购固态硬盘时可以从写入放大值去衡量主控性能从而推断固态硬盘的整体性能。

固态硬盘的寿命满足这个公式:

寿命(年)=(实际容量GB×P/E次数)÷(每天写入容量GB×365)

比如一个固态硬盘P/E为100次,实际容量为10G,每天写入1G,那么可以用多久呢?就是:寿命=(10×100)÷(1×365)≈2.74年;

这个公式看起来多少有点让人摸不着头脑,简单来讲,就是它本身的容量就像是一个容器,限定了所能容纳的体积,然后因为你要放东西(存储)又要拿东西(读取),这一来一回就会导致这个容器难免受到损耗,所以才有这样的一个理论计算。而延伸来说,这个东西就像是人体,大脑是“主控”,控制着整个硬盘的运行程序;它的“颗粒”就像是它的一双腿,运行快不快就看跑得快不快了。所以这个东西,要想硬盘耐久,就得选择好的主控以及颗粒。作为国内优秀的工业存储厂商Agrade睿达,其存储产品严选主控和Flash颗粒,严格按照工业规格设计,数据保存更可靠,大大增加了固态硬盘的稳定性。不会像一般的机械硬盘或者其他采用劣质颗粒的固态硬盘时不时造成数据丢失、程序加载失败的故障。而这种故障的产生,同样是会对硬盘造成耐用性的减少。

SSD寿命除了上面提到的,还有一个真正杀手 - 过热和突然断电。由于SSD使用电信号来擦除写入数据,因此SSD的突然断电的后果非常严重,频繁的突然停电可能导致数据丢失,包括已写入的数据!这与机械硬盘驱动器有着本质上的不同。

所以说,一款好的硬盘,它的主控还有颗粒是一定要选择高质量的,同时个人也需要养成好的使用习惯,不然再好的东西都会被你用坏的。

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