FTL算法的好坏，直接决定了SSD在性能

FTL算法的好坏，直接决定了SSD在性能（Performance）、可靠性（Reliability）、耐用性（Endurance）等方面的好坏，FTL可以说是SSD固件的核心组成。

大家天天在说FTL，也知道FTL的重要性，那么什么是FTL？FTL是Flash Translation Layer的缩写，完成主机（或者用户，Host）逻辑地址空间到闪存（Flash）物理地址空间的翻译（Translation），或者说是映射（Mapping）。SSD每把一笔用户逻辑数据写入到闪存地址空间，便记录下该逻辑地址到物理地址的映射关系，下次主机想读取该数据，SSD根据这个映射，便能从闪存上把这笔数据读上来然后返回给用户。

完成逻辑地址空间到物理地址空间的映射，这是FTL最原始也是最基本的功能。事实上，现在SSD中的FTL，要做的事情还有很多。SSD使用的存储介质一般是NAND Flash。

SSD的存储介质除了Flash，还有RAM，还有3D XPoint等新型存储介质。如无特别说明，后面说的SSD存储介质都是指NAND Flash，翻译为“闪存”。

闪存有一些特性，比如：

l 闪存块（block）需先擦除才能写入，不能覆盖写（Update in place）；

由于不能覆盖写，当写入一笔新的数据，不能直接在老地方直接更改（闪存不允许在一个闪存页（page）上重复写入，一次擦除只能写入一次），必须写到一个新的位置，因此，FW（Firmware，固件）需要维护一张逻辑地址到物理地址的映射表；另外，往一个新的位置写入数据，会导致老位置上的数据变成无效，这些数据就是垃圾数据。垃圾数据会占用闪存空间，当闪存可用空间不够时，FTL需要做垃圾回收，即把若干个闪存块上的有效数据搬出写到某个新的闪存块，然后把这些闪存块擦除，得到可用的闪存块。这就是GC（Garbage Collection，垃圾回收），是FTL需要做的一件重要事情。

l 闪存块都是有一定寿命的；

每擦除一次闪存块，都会对闪存块有磨损，因此闪存块都是有寿命的，用PE（Program/Erase Count）数衡量。我们不能集中往某几个闪存块上写数据，不然这几个块很快就会因PE耗尽而死亡，这不是我们想看到的。我们期望所有闪存块都来均摊数据的写入，而不是有些块累死，而其他块眼瞅着那些闪存块死亡而无动于衷；FTL需要做Wear Leveling，让数据写入均摊到每个闪存块上，即让每个块磨损都差不多，从而保证SSD具有最大的数据写入量。

l 每个闪存块读的次数也是有限的，读的太多了，上面的数据也是会出错，也就是读干扰（Read Disturb）的问题；

FTL需要处理读干扰问题，当某个闪存块读的次数快达到一定阈值时，FTL需要把这些数据从该闪存块上搬走，从而避免数据出错。

l 还有就是闪存的数据保持（Data Retention）问题;

由于电荷的流失，存储在闪存上的数据会丢失。这个时间长则十多年，短则几年甚至几月，甚至更短。（这是在常温下，如果高温的话，电荷流失速度会加快，数据保存的时间就更短了。）

如果SSD不上电，FTL对此也是毫无办法，有劲使不出呀（根本没有运行机会）。但一旦上电，FTL就需要对此做点什么，比如扫描闪存，发现是否存在数据保持问题，如果存在，则需要搬动数据，防患于未然。好的FTL，就需要有处理数据保持问题的能力。

l 闪存天生就有坏块，另外，随着SSD的使用，也会产生新的坏块；

坏块的症状是擦写失败，或者读失败（ECC不能纠正数据错误）。坏块管理也是FTL的一大任务。

l 对MLC或者TLC来说，存在Lower Page corruption的问题；

即在对Upper Page/Extra Page （和Lower Page共享存储单元的闪存页）写入时，如果发生异常掉电，也会把之前Lower Page上成功写入的数据破坏掉。好的FTL，应该有机制尽可能避免这个问题；

l MLC或者TLC的读写速度都不如SLC，但它们都可以配成SLC模式来使用。

好的FTL，会利用这个特性，去改善SSD的性能和可靠性。

上面说的这些问题是闪存的共性，对不同的闪存，还有其自身的问题。FTL除了完成基本的地址映射，还需要帮闪存擦屁股，去做垃圾回收（GC）、磨损平衡（Wear Leveling）、坏块管理、读干扰（Read Disturb）处理、数据保持（Data Retention）处理等事情。随着闪存质量变差，FTL除了完成上述的常规处理，还需要针对具体闪存特性，去做一些特殊处理以获得好的性能和高的可靠性。

FTL有Host Based和Device Based两种：

Host Based的意思是说，FTL的实现是在Host（主机）端的，用的是你计算机的CPU和内存资源。

除了大名鼎鼎的Fusion-IO使用Host Based FTL，据我所知，业界还有方一信息科技、宝存、CNEXLabs等公司在做Host Based FTL。

相反，Device Based的意思是说FTL是在Device（设备）端实现的，用的是SSD上的控制器和RAM资源。