SSD 可靠性深度分析
SSD 可靠性深度分析
固态硬盘（SSD）因其相对于传统硬盘驱动器（HDD）的诸多优势而日益受到青睐，包括更快的速度、更小的体积、更高的能效以及由于没有活动部件而增强的耐用性。然而，对其可靠性和持久性的疑虑依然存在。本文将深入探讨 SSD 可靠性主题，研究 SSD 技术、存储内存、可靠性因素及 SSD 故障迹象。
备份提示
在深入了解细节之前，强调数据备份的重要性至关重要，无论采用何种存储介质。即使使用新的 SSD，您的数据也容易受到盗窃、自然灾害或意外事件的影响。强烈建议实施 3-2-1 备份策略，以确保宝贵信息的安全。
SSD 技术
几乎所有的现代 SSD 都采用 NAND 闪存内存。术语“NAND”源自其内存单元的基本构建块——“NOT AND”逻辑门。这里的“Flash”指的是非易失性固态内存，即使断电也能保留数据。
NAND 存储具有内在属性，影响其寿命。NAND 细胞以网格状阵列排列，以 1 和 0 的形式存储数据。在重写一个细胞之前，必须先擦除其中现有的数据。写入和擦除过程涉及电子通过绝缘材料来回移动，随时间推移造成磨损。当绝缘材料退化时，可能难以保持电子在其正确位置（即编程状态），从而使得越来越难以准确确定细胞的值（1 或 0）。
因此，NAND 内存细胞只能承受有限次数的编程/擦除（P/E）周期，之后其可靠性就会受损。P/E 周期与 Terabytes Written（TBW）和 Mean Time Between Failures（MTBF）一起，是评估 SSD 可靠性的关键指标：
编程/擦除周期（P/E 周期）：一个 P/E 周期涉及向 NAND 细胞写入数据，然后擦除以便重写。SSD 的耐久性，以 P/E 周期衡量，取决于所用技术，通常介于 500 到 100,000 个周期之间。
已写入 Terabytes（TBW）：TBW 表示在 SSD 可能发生故障之前可以写入的总数据量。例如，三星 V-NAND SSD 870 EVO 对每个型号提供了不同的 TBW 保修：
250GB 型号：150TBW
500GB 型号：300TBW
1TB 型号：600TBW
2TB 型号：1,200TBW
4TB 型号：2,400TBW
所有型号均提供五年保修或直至达到指定 TBW，以先到者为准。
平均无故障时间（MTBF）：MTBF 是衡量硬件组件在其预期寿命期间可靠性的指标。通常以数千或数万小时表示。例如，HDD 的 MTBF 可能为 300,000 小时，而 SSD 则可能为 150 万小时。制造商提供的规格有助于了解 SSD 的预期寿命及其对特定应用的适用性，但它们并不保证单个 SSD 会持续特定的时长。相反，它们表明基于 SSD 模型样本集的预期错误率。
许多 SSD 现在配备了监控驱动器寿命期望值的实用程序，利用 SMART 属性。然而，不同 SSD 制造商在 SMART 属性监控和寿命期望值计算方面的不一致性，使得如果您打算使用这些信息来确定更换 SSD 的时机，查阅您 SSD 的手册变得至关重要。
SSD 存储内存
目前存在五种 NAND 闪存单元技术，根据每个单元存储的比特数进行区分。增加每个单元的比特数通常会降低每个比特的成本，但也可能导致耐久性和性能下降：
SLC（单层单元）：每个单元 1 比特
SLC 是第一代 NAND 闪存技术，每个单元存储 1 比特。它提供高速度和最小磨损，但与其他技术相比空间效率较低。MLC（多层单元）：每个单元 2 比特
MLC 存储每个单元 2 比特，使存储容量翻倍并降低给定外形尺寸的成本。但由于需要区分每个单元中的两个比特，所以速度较慢。TLC（三层单元）：每个单元 3 比特
TLC 存储每个单元 3 比特，进一步增加存储密度并降低成本。TLC 技术的引入伴随着缓存改进，补偿了接近 HDD 的原生读写速度下降。QLC（四层单元）：每个单元 4 比特
QLC 是当前的标准，每个单元存储 4 比特。它进一步增强了存储密度和成本效益，同时依赖缓存进步来保持竞争性的速度。然而，QLC 驱动器可能会经历较短的寿命，特别是在接近满载时。3D NAND
与平面设计（其中单元侧向排列在一个单一层中）相比，3D NAND 垂直堆叠单元在多个层中。这提高了存储密度和速度，但增加了制造成本，并可能导致随时间推移耐久性下降。
总之，SLC 和 MLC 提供更高的性能和更长的寿命，但容量有限。TLC 和 QLC 提供成本效益高的存储，但可能较慢，尽管对普通消费者而言速度差异可能微不足道，且可以通过动态缓存等功能得到弥补。3D NAND 是一个颇具吸引力的选择，尽管价格更高。
SSD 可靠性因素
与 HDD 相比，SSD 更具韧性，能够更好地抵御意外跌落、冲击、振动、极端温度和磁场，因为它们没有活动部件。其小巧体积和较低能耗使其成为 HDD 替代品的理想选择。然而，为特定应用选择合适的 SSD 需要考虑各种性能和可靠性标准。随着 SSD 制造商越来越多地针对特定工作负载（如写密集型、读密集型或混合使用）进行市场推广，您可以选择适合特定用例的最佳 SSD 耐久性和容量级别。例如，拥有高事务数据库的企业用户可能倾向于选择能够承受更高写入次数但牺牲容量的驱动器，而操作写入频率较低数据库的用户可能会选择性能较低但容量较大的驱动器。这样做，制造商隐藏了诸如存储 NAND（SLC、MLC 等）、缓存等技术的复杂性，但这也使得将您的需求与最适合的 SSD 类型匹配变得更加容易。
SSD 故障迹象
您可能遇到过即将报废的 HDD 发出的令人不安的点击声。由于 SSD 没有活动部件，所以您不会听到 SSD 即将故障的听觉警告，但通常会有其他迹象表明何时会发生这种情况。如果您开始注意到任何此类迹象，请采取行动，用新驱动器替换该驱动器。表明您的 SSD 接近使用寿命结束的指标包括：
涉及坏块的错误
类似于 HDD 上的坏扇区，SSD 上也有坏块。如果您有一个坏块，计算机通常会尝试读取或保存文件，但耗时异常长，最终失败，系统最终放弃并发送错误消息。无法读取或写入文件
坏块影响文件的方式有两种。首先，系统在向驱动器写入数据时检测到坏块，因此拒绝写入数据；其次，系统在数据已被写入后检测到坏块，因此拒绝读取该数据。文件系统需要修复
屏幕上出现此类错误消息可能是由于简单的文件系统损坏，也可能预示着 SSD 出现问题。如果此类错误频繁出现或在进行常规维护（如磁盘碎片整理）后仍无法解决，那么可能是 SSD 即将故障的信号。性能显著下降
如果您的 SSD 在没有任何合理解释的情况下（如未进行大规模软件更新或硬件升级）出现明显的速度减慢或访问延迟增加，这可能是驱动器健康状况恶化的迹象。驱动器识别问题
如果您的操作系统或其他硬件管理工具反复报告无法识别或连接到 SSD，或者驱动器突然消失再重新出现，这可能是驱动器硬件故障的预警。
综上所述，SSD 提供了显著优于 HDD 的性能和耐用性优势，但其可靠性并非无懈可击。理解 SSD 的技术特点、关注关键可靠性指标，并熟悉可能出现的故障迹象，有助于及时识别潜在问题并采取措施保护您的数据安全。定期备份、监控 SSD 健康状况以及选择适合您需求的合适 SSD 类型和容量，是确保 SSD 数据存储长期可靠的关键步骤。