【重点】【NAND】聊聊固态硬盘SSD的寿命及其影响因素

固态硬盘是由主控芯片、存储颗粒芯片组成的闪存设备，固体硬盘的英文简称是SSD，如果是移动用的固态硬盘，则其英文简称为PSSD。

固态硬盘SSD分工业级和消费级等，目前，工业级固态硬盘SSD通常采用MLC闪存，而消费级固态硬盘SSD基本上使用TLC闪存，而今年来QLC正闪亮登场，未来可能在消费级固态硬盘SSD应用有不错的表现。

这里刚好引出一个问题，闪存类型主要有哪些类型，哪些类型的闪存适合用在固态硬盘SSD上？它们对固态硬盘SSD的使用寿命有影响吗？以此为引子，介入谈谈大家都比较关心的固态硬盘SSD的使用寿命问题。

01 闪存类型

NAND闪存类型主要有SLC（单层单元）、MLC（多层单元）、TLC（三层单元）和QLC（立体堆叠多层存储单元）。

• SLC：Single-Level Cell，1bit/cell，充电值有0和1，结构简单，速度快、寿命长，执行效果高，但同容量的价格在上述类型中是最贵的，价格约为MLC的3倍以上。SLC的擦写寿命约10万次。
• MLC：Multi-Level Cell，2bit/cell，即充电值有00、01、10、11四个，显然，MLC比SLC需要稍微多一点的访问时间，用抽屉来形容，SLC有两个抽屉，MLC有四个抽屉。MLC的速度适中，比SLC慢，但比TLC和QLC快，价格当然比SLC便宜不少，擦写寿命约3000~10000次擦写寿命。
• TLC：Trinary-Level Cell，3bit/cell，充电值为111、110、100、101、011、010、001、000。每个单元存放数据比SLC多3倍，比MLC多1/2，而TLC速度比MLC要慢，擦写寿命短（约500-1000次擦写寿命，随着技术的提升，好的TLC擦写寿命据说可以提升到了3000次），优势是价格低。
• QLC：Quad-Level Cell，4bit/cell（每个Cell单元存储4位电荷），共有16种状态，因而QLC单位存储密度更大，达到TLC的2倍存储密度，单颗芯片的容量自然比较高，然而QLC的电压更难控制，其写入速度比TLC更慢，可靠性、稳定性及擦写寿命比TLC也更差。

在SSD产品中，消费级的SSD大多数采用TLC闪存颗粒，在高容量的消费级SSD中开始有采用QLC的。而在工业级的SSD中，采用MLC比较合适。军工级估计可以考虑SLC。

02 固态硬盘SSD的擦写寿命

固态硬盘SSD采用NAND Flash存储数据，由于所述NAND Flash的特性，它们在物理结构上是由一个个的“块”来组成的，每个“块”都有一定的擦除寿命（P/E）。对于不同类型的闪存，其块的擦写寿命是有差别的，SLC擦写寿命>MLC擦写寿命>TLC擦写寿命>QLC擦写寿命。当某个“块”的擦写寿命达到了，这个“块”便损坏了，也就成了我们所说的“坏块”。一般情况下，每个固态硬盘SSD都会预留一定的块用作储备块，即“冗余块”，当出现“坏块”时，主控会将“坏块”屏蔽，而将某个“冗余块”启封来使用，保证固态硬盘SSD正常使用。

随着存储技术的发展，擦写寿命还有提升的空间。

特性	SLC	MLC	eMLC	TLC	QLC
每单元位数	1	2	2	3	4
P/E擦写寿命	100000	3000~10000	10000	一般≤1000，注意目前据说可提升到3000	150~300
每位成本	很高	中等	中等	低	很低
数据安全保持时间	10年	1年	1年	1年	1年
擦除时间	2ms	3ms to 4ms	6ms	10ms	>10ms

对于擦写次数P/E，以TLC为例，假设它的擦写次数也就1000次，有人就当心是不是将数据存入并删除这个动作操作1000次，这块SSD就坏了呢？不是这么理解的，要是这么理解，SSD也太容易坏了吧！

对于固态硬盘SSD，读取数据是不影响使用寿命的，而写入才与擦写联系起来，才会影响使用寿命。以128G的采用TLC闪存的固态硬盘SSD，完全写入1000次（按1000次P/E来计算），则这块固态硬盘SSD的写入重量为128*1000GB=128000GB，如果每天都写满128G，那么它的理论使用寿命是2.7年。（完全写入：因为有文件管理系统，负载均衡算法）

固态硬盘理论使用寿命（年）计算公式=（实际容量*P/E次数）/（每天实际写入容量*365）。

事实上，有几个人每天都往一个固态硬盘中写入并擦除这么多数据？一个较大容量的固态硬盘用上5~10年是大概率的事情，不用过于担心擦写寿命。

03 固态硬盘寿命的另外隐形杀手浮出水面

固态硬盘寿命与擦写次数有关，这个无可争议，但也不用过分担心，固态硬盘自身的主控有很多方式可以优化块擦写状况的，这里不作具体介绍，普通消费者也不用了解主控那些复杂的控制原理、方式。

影响固态硬盘的另外隐形杀手是过热和突然断电。

先来说说过热这个问题，由于闪存颗粒的特性，固态硬盘SSD的耐热能力是比不上机械硬盘的，温度过高，会引发电子芯片中的电子迁移现象，极大地缩短固态硬盘闪存颗粒的寿命，一点造成过热损伤，在物理结构上来说是不可逆的损伤。固态硬盘SSD在出厂前一般都要进行高低温测试，如70°C~75°C的高温测试。

突然断电（包括突然停电、硬关机等）算是一个比较常见的隐形杀手，固态硬盘SSD其实比较怕突然断电，因为固态硬盘是通过电信号擦除写入数据的，频繁的突然断电可能会令数据出现丢失的现象。

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