耐用性
任何包含在快閃儲存裝置中的 NAND 快閃記憶體,每經過一次 NAND 快閃記憶格的程式化或抹除 (P/E),其可靠地儲存資料位元的能力就會降低,直到 NAND 快閃記憶體區塊再也無法可靠地儲存資料為止。此時,降級或錯誤區塊會從使用者可定址的存放集區移走,並且將邏輯區塊 (或 LBA) 移至 NAND 快閃儲存陣列上的新實體位址。藉由使用屬於 SSD 上過度配置 (OP) 儲存設備一部分的備品區塊集區,新的儲存區塊會取代錯誤區塊。
當記憶格持續地被寫入或抹除的同時,BER 也呈線性的趨勢增加,因為這個原因,必須在企業級 SSD 控制器上執行一組複雜的管理技巧,藉以管理記憶格在固態硬碟產品壽命期間可靠地儲存資料的能力。
特定 NAND 快閃記憶體的程式化或抹除耐用性可能會有相當大的不同,端視當前平版印刷製造流程及所製造的 NAND 快閃記憶體類型而定。
NAND 快閃記憶體類型 | TLC | MLC | SLC |
架構 |
每格 3 位元 |
每格 2 位元 |
每格 1 位元 |
儲存容量 |
最高容量 |
最大容量 |
最低容量 |
耐用性 (程式化或抹除) |
最低耐用性 |
中等耐用性 |
最高耐用性 |
成本 |
$ |
$$ |
$$$$ |
大約的 NAND 位元錯誤率 (BER) |
10^4 |
10^7 |
10^9 |
企業 SSD 負載循環上的客戶 SSD 可能有所不同。因為企業級的固態硬碟必須有能力承受每週每天 24 小時資料存取的大量讀取或寫入作業,而這正是資料中心伺服器常見的工作模式。相較之下,用戶級固態硬碟每週每日僅有 8 小時是處於完全運作的狀態,因此,企業級多層式儲存格是相當適合高效能、高容量與高耐用性的固態硬碟。與具備 20/80 負載循環 (在電腦使用期間,20% 的使用中時間、80% 處於閒置或休眠模式) 相較之下,企業 SSD 有 24 小時全天候負載循環。
了解任何應用或固態硬碟的寫入耐用性所牽涉的層面可能相當複雜,這也是為何 JEDEC 委員會建議以「寫入兆位元組」( TeraBytes Written,TBW) 值來表示在固態硬碟中的 NAND 快取記憶體變成不可靠的儲存媒體,且在硬碟應當淘汰之前,可以寫入固態硬碟之原始主機資料的數量。
若使用 JEDEC 所建議的 JESD218A 測試方法與 JESD219 企業級工作負載,則透過 TBW 來說明固態硬碟製造商耐用性的計算,並推論出一種更容易瞭解且用於任何資料中心的耐用性度量方法,就會更容易了。
正如 JESD218 與 JESD219 文件所註明的,不同應用等級的工作負載,也可能因為寫入放大因數 (WAF) 的數量級高過主機所提送的實際寫入次數而受到影響,進而導致難以處理的 NAND 快閃記憶體磨損、長時間過多寫入造成更高的 NAND 快閃記憶體位元錯誤率,以及在整個固態硬碟中廣泛分布的無效分頁。
雖然「寫入兆位元組」(TBW) 是與企業級與用戶級固態硬碟相關的重要討論議題,但是它只是一種在 NAND 快閃記憶體層次上的耐用性預測模式。在元件層次的耐用性上,以及在根據裝置元件可靠度所做的可靠度預測模式中,還是要遵守「平均故障間隔時間」(MTBF) 的原則。對企業級固態硬碟元件的要求,包括在固態硬碟產品壽命期間內,能更持久且更努力地管理整個 NAND 快閃記憶體上的電壓。所有企業 SSD 都應該被額定為至少 100 萬小時 MTBF,其中會轉譯為超過 114 年!Kingston 會非常保守估計 SSD,而且提高 SSD 的 MTBF 規格並不罕見,重要的是注意 100 萬小時高於企業 SSD 的足夠起點。
對企業級固態硬碟進行 S.M.A.R.T. 監控與回報,可讓系統根據目前的寫入放大 (WAF) 因數及磨損的程度,在產品壽命結束前對裝置進行故障前查詢。針對失去電源、實體介面造成的位元錯誤,或不平均的磨損分布等故障事件所發出的故障前預警,通常也是有所支援的。Kingston SSD Manager 公用程式可從 Kingston 網站下載並可用於檢視磁碟機的狀態。
用戶級固態硬碟可能僅具備最少的 S.M.A.R.T. 輸出資料,以便在標準使用期間內或故障後用於監控固態硬碟。
亦可依據應用等級與固態硬碟的容量,分配更多的 NAND 快閃記憶體保留容量,以作為超容量 (OP) 的備用容量。超容量的容量是使用者與作業系統無法存取得到的,它可作為暫時的寫入緩衝以獲得更高的持續效能,並且在固態硬碟的產品壽命期間內,取代有瑕疵的快閃記憶格,藉以加強固態硬碟 (備品區塊的數量增加) 的可靠度與耐用性。