NAND技術演進以及其對固態硬盤使用壽命的影響

作者：香農青島數據恢復中心 2010-01-10 14:02

摘要

SSD固態硬盤是機械硬盤的最具競爭力的替代品，因為固態硬盤沒有機械硬盤中最容易發生故障的機械部件。人們對固態硬盤的擔憂在于它使用的NAND flash具有擦寫次數限制，這使得固態硬盤不適應于長期工作的環境中——特別是24/7（每天24小時，每周7天連續工作）應用。

系統制造商試圖回答人們關于“固態硬盤能使用多久”的疑問：多少小時或多少年？他們希望人們在對比不同廠商的產品的使用壽命時，像挑選蘋果一樣比較。要實現這一點是困難的——因為要計算固態硬盤的壽命的最重要的兩個參量是使用模型（usage model）和寫擴增（write amplification）。系統制造商可以監視從系統寫入到SSD控制器的數據，但是他們無法獲知SSD控制器如何控制NAND flash的寫入（這是寫擴增因素）。因此，系統制造商認為的寫入的數據量并不等于實際的寫入NAND的數據量——兩者之間有顯著的差距。

這篇白皮書將講述NAND flash的基本原理和SSD生產商才有的一些算法。本文還將提出一個使用壽命計算單位，將SSD生產商可控制的參數（NAND類型，寫性能，寫放大）和系統制造商可控制的參數（容量和write duty cycle）區分開來。這個單位被稱為LifeEST，表示“每G比特的擦寫年數”。將這個單位乘以容量然后除以write duty cycle，就可得出使用年限。

即使是使用最好的模型，計算值也只是理想上的。更好的方法是根據真實的統計結果，然后使用一個工具來監視Nand flash的精確的老化情況，讓后將結果報告給主機。WD正在申請中的專利——SiSMART技術就是這樣一種工具。

簡單的將WD的SiliconDrive SSD插入到系統中然后運行一段測試時間。在測試完成后，從SiliconDrive讀取的使用數據并簡單的外推出它的壽命。作為例子，系統制造商運行SiliconDrive一周的時間，然后讀取SiSmart數據顯示0.2%被使用。假設系統環境沒有改變，那么這個固態硬盤大概的壽命為500周。SiSmart也可以被集成到系統制造商的軟件中，來監視固態硬盤的使用情況，估算固態硬盤的剩余壽命。