SSD盤為什么有擦寫次數


這個問題,要從SSD盤的結構說起。SSD盤由控制單元(主控芯片)和存儲元(閃存芯片)兩部分組成。而影響寫入壽命問題,就出在閃存器件上。

1、閃存存儲單元的物理結構中,用氧化物創建一個電場,電子穿過氧化物並儲存電荷,記錄一個電位值,即寫入1位數據,擦除數據會向相反方向發生同樣事件。問題是電子穿過氧化物的次數越多,氧化膜就會變的越弱,最終電場也不能阻止電子的自由活動了,這個單元存儲顆粒就損壞了。

比如一個單元顆粒,可以擦寫1000次;利用多個這些個單元顆粒,組成了100G的硬盤;當你正好寫入100G的數據的時候,這個100G的硬盤,正好每個顆粒被擦寫了1次。個人的SSD硬盤,如果每天能寫滿100G,那1000次的顆粒硬盤,可以用1000天。

平時我們的SSD,寫入是非常少的,為了保證每個顆粒的使用頻度;SSD有一套均衡機制,保證每個顆粒都能被使用到,而且盡可能的使用的平均。 如果100G硬盤,平時只有10G數據,不會只往那10G上寫【與機械硬盤的區別】,否則的話,那10G寫報廢了,豈不是整個硬盤也跟着報廢。

即使硬盤有些數據是始終只讀的,在其它顆粒被頻繁使用后,調度也會做出數據遷移,保證每個顆粒的平均使用度。就是,100G的硬盤,一天寫100G,如果是1000次擦寫的,基本上用3年沒任何問題【理論上的,沒有其它故障原因】。

但是,一天寫100G,基本不可能,所以呢,一個固態硬盤,用個5、6年基本沒問題,跟機械硬盤差不了多謝; 反而是機械硬盤頻繁擦寫固定的位置,反而容易壞道。

 

2、因此,寫和擦都是會減少氧化膜的壽命的,制造工藝又限制了該膜的厚度,其存儲單元的壽命由此而來。理論值,SLC閃存擦寫壽命10萬次;MLC閃存擦寫壽命1萬次;TLC閃存擦寫壽命500~1500次。

 

SSD的磨損均衡

上面說過,每個Flash顆粒中Block的可擦除次數是有限制的,如果顆粒中的某些Block很快達到了擦除次數上限,而其他大部分都幾乎沒有被擦除過,則會很快的造成整個SSD失效。而磨損均衡(Wear Leveling)則是通過各種手段,保證整個SSD所有的block的擦除次數是相近的從而延長SSD的使用壽命。

磨損均衡分為 動態磨損均衡 和 靜態磨損均衡:

動態磨損均衡,是指在外部力量的驅動下,自然完成磨損均衡。這里外部力量,包括寫IO和垃圾回收。

靜態磨損均衡,是指磨損均衡功能模塊主動地查找那些長時間沒有變化的數據,將這些數據搬移到其他位置,以便釋放出擦除次數較少的block,使其投入到擦除/編程的循環之中。

 

 

 

 

 

 

 

 


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