固態(tài)硬盤(pán)的另一面（上）

beiyasjhf

在存儲(chǔ)市場(chǎng)，固態(tài)硬盤(pán)（Solid State Driver，SSD）正如日中天。有報(bào)道說(shuō)百度、Google等搜索引擎公司正計(jì)劃或者已經(jīng)將傳統(tǒng)硬盤(pán)換成了固態(tài)硬盤(pán)，微軟表示其最新的操作系統(tǒng) Windows 7將支持SSD。而更多的企業(yè)和普通消費(fèi)者正在對(duì)固態(tài)硬盤(pán)進(jìn)行評(píng)估。
與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式、磁介質(zhì)硬盤(pán)相比，固態(tài)硬盤(pán)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，其讀寫(xiě)速度更快、更可靠，也更節(jié)能，因而，即使其價(jià)格被傳統(tǒng)硬盤(pán)高一些，用它取代傳統(tǒng)硬盤(pán)也是值得的。然而，對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，在真正采購(gòu)固態(tài)硬盤(pán)的時(shí)候，除了需要知道固態(tài)硬盤(pán)價(jià)格較貴以外，還有必要知道它的另一個(gè)特點(diǎn): 隨著時(shí)間的推移，SSD的性能會(huì)下降。根據(jù)固態(tài)硬盤(pán)的種類(lèi)不同或者品牌不同，其性能下降幅度也不同，但可以肯定的是，剛買(mǎi)的硬盤(pán)和你使用過(guò)一年以后的性能一定會(huì)相差甚多。另外，延長(zhǎng)固態(tài)硬盤(pán)的使用壽命也是供應(yīng)商目前正著力解決的問(wèn)題。
磨損均衡影響SSD性能
眾所周知，傳統(tǒng)硬盤(pán)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁介質(zhì)上，通過(guò)磁介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)和讀寫(xiě)臂的配合讀取磁介質(zhì)上的數(shù)據(jù)，其讀寫(xiě)數(shù)據(jù)性能基本一致，隨著使用時(shí)間的推移其性能也不會(huì)有明顯變化。而SSD不同，其性能不是一成不變的，而且變化很明顯。
SSD 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在NAND閃存中，其中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件。對(duì)SSD而言，其讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程就是一個(gè)解析地址的過(guò)程，因此，其數(shù)據(jù)讀取的速度非�？臁６鴶�(shù)據(jù)寫(xiě)入過(guò)程就復(fù)雜一些，分為兩個(gè)過(guò)程: 清除數(shù)據(jù)，然后寫(xiě)入。與數(shù)據(jù)的讀取相比，固態(tài)硬盤(pán)的寫(xiě)入速度會(huì)慢得多。因?yàn)楣虘B(tài)硬盤(pán)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入要復(fù)雜一些，固態(tài)硬盤(pán)的控制器會(huì)執(zhí)行一種名為磨損均衡（Wear-leveling）的操作，對(duì)里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新安排，有些數(shù)據(jù)會(huì)從一個(gè)位置被轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置。為了完成這一操作，SSD的控制器中保留一份名單，記錄這些被移動(dòng)的數(shù)據(jù)的位置。
如果固態(tài)硬盤(pán)是新的，其中的NAND閃存已經(jīng)預(yù)先擦除干凈，因此數(shù)據(jù)可以直接寫(xiě)入閃存，而無(wú)需完成數(shù)據(jù)清除這一步，這時(shí)數(shù)據(jù)的寫(xiě)入非�？�。隨著時(shí)間的推移，SSD中從未使用的存儲(chǔ)空間越來(lái)越少，很多時(shí)候必須先擦除閃存中的數(shù)據(jù)然后再寫(xiě)入，因此其性能就會(huì)明顯下降。而且，盡管磨損均衡的目的是避免數(shù)據(jù)重復(fù)在某個(gè)空間寫(xiě)入，以保證各個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)磨損程度基本一致，從而達(dá)到延長(zhǎng)固態(tài)硬盤(pán)的目的。但是，它也會(huì)影響固態(tài)硬盤(pán)的性能。
另外，為了達(dá)到磨損均衡的目的，SSD會(huì)時(shí)常把常使用的數(shù)據(jù)從一種位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，這一舉動(dòng)還會(huì)引發(fā)數(shù)據(jù)碎片的問(wèn)題。與傳統(tǒng)硬盤(pán)一樣，數(shù)據(jù)碎片也是SSD性能下降的罪魁禍?zhǔn)字�一�?br /> SSD的壽命有多長(zhǎng)
固態(tài)硬盤(pán)的性能與壽命是有關(guān)系的。通常，固態(tài)硬盤(pán)的性能越差意味著它的使用壽命就越短。這是因?yàn)楣虘B(tài)硬盤(pán)的磨損與固態(tài)硬盤(pán)上發(fā)生的數(shù)據(jù)寫(xiě)入和清除次數(shù)直接相關(guān)。發(fā)生寫(xiě)數(shù)據(jù)的次數(shù)越多，其壽命就越短。
目前，市場(chǎng)的固態(tài)硬盤(pán)分為兩類(lèi)。一類(lèi)為每個(gè)閃存單元存儲(chǔ)1位的SLC(single-level cell)，價(jià)格較貴，主要面向企業(yè)。另一類(lèi)為每個(gè)閃存單元保存2到多位（現(xiàn)已到4位）MLC，主要面向普通消費(fèi)者，價(jià)格要便宜得多。MLC固態(tài)硬盤(pán)的可寫(xiě)入次數(shù)為2000～10000，SLC固態(tài)硬盤(pán)的可寫(xiě)入次數(shù)是MLC的10倍左右。
為了延長(zhǎng)固態(tài)硬盤(pán)的使用壽命，制造商們想盡了辦法。除了前面提到的磨損均衡技術(shù)以外，還在SSD中加入DRAM緩存，把數(shù)據(jù)先緩存在DRAM中，然后集中寫(xiě)入，從而減少寫(xiě)入次數(shù)。另一個(gè)減少寫(xiě)入次數(shù)的辦法是在SSD的控制器或者處理器中加入一個(gè)專(zhuān)門(mén)的芯片，它能把多個(gè)寫(xiě)入操作組合到一起，以提高寫(xiě)入效率。
有的供應(yīng)商還采用另一種辦法，即為SSD額外多提供一些閃存單元，如果SSD中有些閃存單元損壞，可以替補(bǔ)使用。例如，有些SSD標(biāo)明是100GB的存儲(chǔ)空間，其內(nèi)部實(shí)際可能有120GB的存儲(chǔ)能力。額外的20GB平時(shí)不用，等到有單元壞掉時(shí)再使用。
正是因?yàn)楣虘B(tài)硬盤(pán)的性能和其使用壽命是緊密相關(guān)的，固態(tài)硬盤(pán)制造商需要在讀寫(xiě)速度和使用壽命之間做出最佳平衡。值得高興的是，盡管SSD使用初期性能會(huì)下降，但性能會(huì)逐步穩(wěn)定下來(lái)。更為重要的是，即使SSD性能會(huì)下降，但與傳統(tǒng)硬盤(pán)相比，其I/O性能仍然會(huì)高出2～5倍。

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