今天我們來談?wù)勯W存品質(zhì)如何影響固態(tài)硬盤，今天的討論將不再局限于寫入壽命或可以擦寫多少次這樣簡單的層面。

閃存的品質(zhì)

過去我們經(jīng)常談原片和白片。這種非此即彼的二分法比較容易被大家理解，原片的高品質(zhì)被所有人認(rèn)同，而對于白片的爭論就比較多。其實(shí)白片和原片一樣，都有等級之分。

并不是所有白片都是原廠篩剩下的次品，有些情況下原廠可能會直接出售晶圓。這些晶圓在出廠時(shí)就包含了一張map，將晶圓上每個(gè)晶粒的情況做出了標(biāo)記。

第三方的封測廠根據(jù)Map摘取芯片進(jìn)行封裝，閃存芯片的分級篩選還需要結(jié)合主控一起進(jìn)行，最終制造出符合特定使用條件的合格閃存顆粒。

跟晶圓制造階段是相比，芯片封裝相對簡單的工藝流程，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)被很多第三方企業(yè)掌握，還能根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)MCP多芯片封裝。下圖是江波龍將Marvell 88NV1160主控與美光3D TLC閃存融合封裝的單顆粒NVMe固態(tài)硬盤——FORESEE P900。

閃存原廠數(shù)量畢竟有限，采購晶圓后摘取合格晶粒（Good Die）自行封裝，可以發(fā)揮封裝階段的成本優(yōu)勢，起到了豐富市場選擇的作用，同時(shí)也促使固態(tài)硬盤價(jià)格能夠覆蓋到各種人群的偏好范圍。

針尖上跳舞：一步都不允許出錯(cuò)

雖然公版方案使得制造固態(tài)硬盤的入門門檻降低了需多，但固態(tài)硬盤對閃存品質(zhì)的要求并沒有降低。由于閃存自身的工作特點(diǎn)，固態(tài)硬盤主控對閃存的使用受到種種制約。從最簡單的來說，閃存必須先擦除才能進(jìn)行寫入，所以固態(tài)硬盤中沒有真正的覆蓋寫入，所有針對原有數(shù)據(jù)的修改都將被重定向到新的閃存位置上。由FTL管理邏輯地址與閃存物理地址的對應(yīng)關(guān)系。

這就像酒店房間管理，下午2點(diǎn)之前就到達(dá)酒店辦理入住，這時(shí)給你預(yù)留的房間還沒有打掃，所以前臺給你安排新的房間，并在系統(tǒng)中做了記錄。

原有數(shù)據(jù)因?yàn)榘l(fā)生變化而成為無效的"垃圾"內(nèi)容，但主控卻不能命令閃存直接將這個(gè)存儲單元擦除掉——閃存的最小擦除單位Block塊要比最小寫入單位Page頁大數(shù)千倍。隨著已使用和已變成垃圾的位置越來越多，主控所能輾轉(zhuǎn)騰挪的空間變得越來越小，所以必須要有垃圾回收來整理出足夠數(shù)量的、可用于直接寫入的空白塊。

在讀取原來block中有效塊、寫入新位置、擦除原來Block的垃圾回收過程中，不能有一絲一毫的錯(cuò)誤發(fā)生。

機(jī)械盤異常斷電丟失的可能僅僅是未保存的文件，而固態(tài)硬盤遇到異常斷電或運(yùn)行異常，丟失的還可能包括到恰好跟正寫入的數(shù)據(jù)處于同個(gè)page或block的老數(shù)據(jù)——即便那些老數(shù)據(jù)早就正常寫入進(jìn)去，依然有可能在這次異常中被破壞。

通過篩選的閃存顆粒在制成SSD之后，對于成品還需要進(jìn)行高溫老化測試。下圖是浦科特介紹的老化測試。使用Flexstar專用設(shè)備能夠?qū)SD進(jìn)行溫度、電源循環(huán)、數(shù)據(jù)讀寫、極限電壓等方面的測試，驗(yàn)證SSD在磨損均衡、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率、組件失效率、寫入耐久與數(shù)據(jù)保持時(shí)間等方面的表現(xiàn)。

并非萬能的LDPC糾錯(cuò)

固態(tài)硬盤對可靠性的要求極高，閃存寫入和讀出數(shù)據(jù)的過程，都有糾錯(cuò)引擎的參與來確保數(shù)據(jù)無誤。LDPC糾錯(cuò)近幾年才應(yīng)用都固態(tài)硬盤當(dāng)中，被稱為拯救TLC閃存的功臣。借此機(jī)會簡單聊聊大家眼中神秘的LDPC。

LDPC是一種迭代算法。如果你不明白迭代的含義，推薦看一部名為"明日邊緣"的電影，它講述的是男主有機(jī)會一次次回到前一天，通過反復(fù)嘗試各種可能，試圖救下必將死在明天的女主。小編覺得這部2014年的電影很有意思，即便不是為了理解迭代的含義，如果有沒看過的朋友也可以回去看一看。

好了扯遠(yuǎn)了，言歸正傳，LDPC是通過迭代的方式反復(fù)嘗試解碼，在這個(gè)過程中通過軟數(shù)據(jù)（Soft Data，SD）的幫助一步步接近正確的讀取結(jié)果。

這里又出現(xiàn)一個(gè)叫"軟數(shù)據(jù)"的名詞。所謂軟數(shù)據(jù)，可以理解成瞎子摸象——手感。得到的信息量很大，但并不直觀，需要經(jīng)過進(jìn)一步綜合判斷才能分析出結(jié)果。

閃存單元內(nèi)存儲的是電子，根據(jù)電子的多寡來表達(dá)不同的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在還做不到直接數(shù)閃存單元中電子的數(shù)目，只能通過位線上的電流來感知和判斷，并將它們轉(zhuǎn)換為0和1的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。下圖是最簡單的SLC閃存模型：

SLC閃存的一個(gè)單元只需要表達(dá)0或1兩種狀態(tài)，到了MLC之后要表達(dá)的狀態(tài)數(shù)量就增加到了4個(gè)（00，01，10，11），TLC時(shí)代更是增加到8個(gè)狀態(tài)。后邊還要16種狀態(tài)的QLC閃存。沒有LDPC這種強(qiáng)大的糾錯(cuò)算法是萬萬不行的。

LDPC糾錯(cuò)在軟糾錯(cuò)階段可以通過不同的讀取參數(shù)去獲得關(guān)于閃存的更多數(shù)據(jù)，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)去嘗試判讀，如果ECC驗(yàn)證不通過，就換個(gè)"姿勢"進(jìn)行更多的嘗試。這里判讀所依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)是"Log-likelihood ratio(LLR)"，中文名叫對數(shù)似然比。

對數(shù)似然比是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的老司機(jī)，能夠僅憑一個(gè)模糊的畫面就能把車牌號猜個(gè)八九不離十。當(dāng)然經(jīng)驗(yàn)再豐富也有翻車的時(shí)候，不要緊，LDPC糾錯(cuò)可以繼續(xù)迭代，接著嘗試，直到得出正確答案，或者因迭代次數(shù)達(dá)到限制而糾錯(cuò)失敗。

SSD的閃存品質(zhì)不好會容易翻車：壞就壞在對數(shù)似然比這個(gè)老司機(jī)身上。對數(shù)似然比與閃存的特性有關(guān)，可以想象只開美系車的老司機(jī)，讓他猜日本的車牌號是很難猜對的。

對數(shù)似然比這些經(jīng)驗(yàn)性的信息，是在主控及固件的設(shè)計(jì)階段就預(yù)設(shè)好的，需要根據(jù)閃存的不同進(jìn)行適配。這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)活兒。天下閃存制造商雖然只有寥寥數(shù)家，但即便是同一家閃存廠的產(chǎn)品，不同品質(zhì)等級的脾氣秉性也很難料。這里邊的問題就復(fù)雜了，我就放張龍生九子的圖片吧。

現(xiàn)在我們知道，閃存的品質(zhì)不是簡單的PE次數(shù)，它會影響到LDPC糾錯(cuò)的效果，反過來影響到閃存能夠用多久。即便神如LDPC，如果閃存品質(zhì)不佳，也可能因偏離固件的設(shè)計(jì)而失控。

閃存出錯(cuò)的累加效應(yīng)

通常的情況下，每一筆寫入和讀取的數(shù)據(jù)都會經(jīng)過糾錯(cuò)引擎的檢查。

但某些時(shí)候?yàn)榱烁玫男阅芤矔袩o主控糾錯(cuò)引擎參與的數(shù)據(jù)遷移發(fā)生，譬如說使用到Copy Back（閃迪稱為On Chip Copy）的磨損均衡或者SLC緩存釋放過程。

因?yàn)镃opy Back的數(shù)據(jù)遷移過程只局限在芯片內(nèi)部，不需要主控的過多參與，所以釋放了主控壓力，提升了SSD的效能表現(xiàn)，但也因此失去了檢查錯(cuò)誤的機(jī)會，有可能導(dǎo)致閃存錯(cuò)誤的逐漸累加，直到下次主控要求讀取時(shí)才發(fā)現(xiàn)已經(jīng)超出了糾錯(cuò)能力范圍。

為了兼顧性能與數(shù)據(jù)安全，一些固態(tài)硬盤會采用適時(shí)切換的方式，在閃存較新的時(shí)候采用Copy Back模式提升性能表現(xiàn)，當(dāng)閃存磨損達(dá)到一定程度后改回傳統(tǒng)模式保護(hù)數(shù)據(jù)安全。PCEVA之前在饑餓鯊TR150固態(tài)硬盤的耐久度測試中就發(fā)現(xiàn)，該固態(tài)硬盤在主機(jī)寫入量超過標(biāo)定TBW之后，就會關(guān)閉Copy Back模式。

如果閃存品質(zhì)不確定，沒有辦法找到一個(gè)合理的均衡點(diǎn)，就有可能無法發(fā)揮出閃存的全部壽命潛力。

總結(jié)：因?yàn)镹AND塊擦除的特性，必須要有很多復(fù)雜的算法與糾錯(cuò)輔助來保證運(yùn)行時(shí)的效能與穩(wěn)定性。NAND閃存雖然是非易失性存儲器，但在記錄數(shù)據(jù)的過程中依然充滿風(fēng)險(xiǎn)，除了用戶直接請求的寫入之外，SSD內(nèi)部的磨損均衡、垃圾回收以及基于數(shù)據(jù)保持目的的刷新都會產(chǎn)生背景寫入。SSD作為一個(gè)精密的整體，主控的先進(jìn)糾錯(cuò)技術(shù)只是一個(gè)輔助，關(guān)鍵還是要看閃存品質(zhì)以及固件的成熟度。

打個(gè)比方，師太親身經(jīng)歷的事情：朋友開了個(gè)烤串店，大家都去捧場，但越吃越咸，老板解釋說：肉不新鮮，多放點(diǎn)鹽遮遮味……大家以為就是個(gè)玩笑沒當(dāng)真，但回家全都拉了肚子……劣質(zhì)的NAND就像這個(gè)不新鮮的肉串，雖然有各種算法與糾錯(cuò)輔助能一定程度遮蓋不新鮮的味道，但你吃下去還是要拉肚子的。

以上是小編多年測試SSD后的心得。水平有限，文中若有錯(cuò)誤歡迎大牛指正。那么結(jié)尾部分再說些大白話吧，目的是讓沒有專業(yè)知識的人也都能看懂：

我們還能得到幾個(gè)延伸的結(jié)論：

1、SSD跑分其實(shí)很扯淡，跑的不過是緩存在極短時(shí)間內(nèi)的爆發(fā)力，無法真實(shí)體現(xiàn)SSD在實(shí)際工作中的狀態(tài)。這也是AS SSD的測試結(jié)果不靠譜的原因之一。

2、家用固態(tài)硬盤沒事別瞎折騰，一邊刪除一邊寫入的事盡量少干，如果寫入時(shí)候有卡頓，千萬不要著急的按重啟，多等會，因?yàn)閴K擦除延遲是比較高的。想騙保的同學(xué)看到這里會有所領(lǐng)悟吧，不過這僅針對使用劣質(zhì)NAND的SSD，優(yōu)質(zhì)NAND+健壯度高的固件，這么做也很難搞壞。

3、如果非要買低端的SSD，也盡量選有芯片sorting能力的工廠出的產(chǎn)品。已知大陸工廠有這個(gè)能力的包括江波龍，臺灣的華泰電子等也給很多品牌提供封測服務(wù)。我們把這個(gè)能力當(dāng)做一個(gè)最基本的及格線，凡是及格線之下的都是不推薦的，比如那些使用拆板、降級顆粒不做sorting卻成天自稱一線原廠顆粒的品牌……