磨损均衡及其对SSD预期寿命的影响

　　固态硬盘预期寿命

　　闪存中的数据按单元格、页面和块的层次结构排列，数据一次写入一页。NAND闪存架构使得擦除只能在块级别发生。此外，对固态硬盘 （SSD） 中数据的访问通常是本地化的。将有一些很少使用的数据，或者只是为了读取而访问的数据，以及其他经常更新的数据。

　　但是，可以擦除闪存单元的次数是有限制的。达到极限后，闪光电池变得越来越不可靠。错误可以纠正，但频繁的错误表明块已达到其使用寿命的终点。

　　如果某些块被写入，因此被删除的频率比其他块更高，那么它们将比其他块更早地变得不可用。因此，在某些块上进行过多的重写将降低SSD的容量，并最终降低整个闪存的可用寿命。

　　磨损均衡

　　必须确保所有块具有相当数量的擦除，以便最大限度地延长SSD的使用寿命和可靠性。此过程称为“磨损均衡”。

　　磨损均衡是大多数闪存控制器执行的功能。到了晚上，在闪存中使用块时，控制器可以均匀地在所有块上分散磨损。最直接的磨损均衡方法是计算每个块被擦除的次数。当需要一个块来存储一些数据时，将使用擦除计数最低的空块。

　　磨损均衡有两种：动态磨损均衡和静态磨损均衡。

　　动态磨损均衡

　　动态磨损均衡的缺点是只适用于正在写入的块。

　　例如，一个家庭可能会获得一个新的SSD，并立即用家庭照片填充其中的一半。这些块的初始擦除计数将为 1。假设 SSD 的另一半存储家庭常见活动的结果，例如创建、编辑和复制文档，从而导致该半部分的擦除计数稳步增加。同时，SSD前半部分的擦除计数仍为1。

　　因此，SSD的两半将具有明显不同的磨损程度。磨损较大的一半会缩短SSD的使用寿命。

　　静态磨损均衡

　　因此，必须确保SSD中不同块的不均匀使用不会缩短SSD的使用寿命。

　　称为“静态磨损均衡”的技术增加了很少使用的块的使用，以分散擦除计数。当 SSD 控制器擦除块时，会将该块的擦除计数与当前使用的块的擦除计数进行比较。如果前者和后者之间的差异达到某个预定义的阈值，则当前使用的块之一将被释放以供将来使用。

　　例如，假设磨损级别阈值为 32。当控制器第 33 次擦除某个块时，它将看到该块的编号已超出限制 1。然后，控制器会将照片从一个长期占用且很少使用的块复制到新删除的块中。虽然此操作将使总擦除计数增加 1，但它也会将很少使用的块移动到空的可用块列表中。因此，该过程可确保闪存中的所有块均匀使用，以实现磨损均衡，并确保闪存的最大使用寿命。

　　性能影响

　　由于静态磨损均衡必须作为后台任务进行，以避免对 SSD 的读取和写入速度产生不利影响，因此该过程可能非常耗时。不同的制造商可能会采取略有不同的磨损均衡方法，这可能会对SSD性能或可靠性产生不同的影响。

　　功能强大的闪存控制器针对不同类型的闪存（如 SLC、MLC、TLC 或 QLC）以及特定的闪存设备属性进行了调整。用户甚至不会意识到磨损均衡的发生。因此，SSD的使用寿命刚刚延长。

　　审核编辑：郭婷