SSD MLC SLC 寿命以及其他

SSD的用户都有个担忧，不知道什么时候它就挂了，而网络上流传最广的就是“MLC读写1万次，SLC读写10万次”，到底SSD理论寿命有多少，在此转帖一篇文章，以解一己之惑，用还是不用，怎么用就看各位消费心理了


正确来说，这个一万次指的是“写入次数”，读取数据则是无上限。但请注意，这里的“一万次”指的是单一的block单元读写寿命。

　　再精细一点的说法，不是每储存一笔数据，就代表损失一次寿命。SSD的最小存取单位为“Page”，一个Page约4KB，每写入一个Page都要先清除上面的数据，即是erase/write cycle，因为每次都需要清除page，SSD的最大性能瓶颈由此而来，如果能解决这个问题，SSD的速度将会更快。而SSD的写入清除128KB为一个block，一万次的意思是每个block可以分别独立写入一万次。
　　ok，我们来做个计算，假设我买了一块64GB MLC SSD，假设每天会写入约8GB的数据(实际上除非你是疯狂的下载狂人，否则通常不会有超过2GB的写入量)
　　1Cycle=64/8=8
　　8x10000(次)=80000
　　80000/365(天)=219(年)
　　换句话说，就算你用这块64GB MLC SSD每天下载一部6GB的高清影片，也大概可以使用219年。假定每个block使用约一万次后就损坏，一个一个的使用完毕后，容量就会越来越小，年限也会越来越少。假设空间损失10%你就无法使用它，那219/10=21.9年，也有约22年的时间可以挥霍。
　　同样的，在相同的条件下，64GB SLC SSD，同样每天存入2GB资料
　　1Cycle=64/2=32
　　32x100000(次)=3200000
　　3200000/365(天)=8767(年)

　　惊人吧!
　　前面说到每一个block一万次的次数限制(MLC)，那如果一直都是同样一个block在写入，那是不是很快就将这个block用完了呢?
　　其实大可不必担心，因为SSD在设计时就会用到平衡计算的技术，称为wear-leveling(平均损耗技术)。该技术会平衡计算block的写入次数，那也就不会出现容量越用越小的情形，因为使用了平均损耗算法的NAND颗粒几乎不会出现单一block被写爆的情况。

平均损耗令SSD寿命大幅延长

　　除了wear-leveling以外，SSD还会尽量减少写入操作来保证寿命，譬如与传统HDD不同的删除机制。
　　现在回到编程和擦除SSD数据之间方式的差异上来。假设你保存了一个8KB的文件，之后决定要删除它。
　　你保存该文件时，它会以2 Pages的形式保存在闪存寄存器中；你将其删除时，SSD会标记Pages为无效，但实际上并不会删除该block。SSD将等到block中一定比例的Pages都被标记为无效时，才会复制一些有效的数据到新的Pages里去并擦除该block。SSD这样做就是为了限制了每个block擦除的次数，从而延长驱动器寿命。
　　但是并非所有的SSD都采用同样的方式来处理删除请求，因此，从硬盘原理上来说，如何处理删除请求对SSD安全性产生较大的影响。
　　当然，我们知道，有些每天下载数十GB的下载狂人，对于磁盘的写入空间、时间都真的有很BT的要求，对于这些玩家来说，还是用SSD当纯系统盘比较靠谱。


MLC/SLC闪存解析

    NAND Flash颗粒发展出两个不同的架构，完全源自于厂商对于不同产品应用的见解不同所导致，2003年，NAND Flash的主要应用为高速存储卡及MP3等产品，作为第一代产品SLC的存储速度让人非常满意，而且其复写次数可以达到10万次，美中不足的就是其价格居高不下，三星也因为其利润丰厚而大发其财。为此2003年东芝提出了全新的NAND Flash架构，那就是MLC架构，虽然在读写性能上稍逊于SLC架构，但是价格低廉，很快发展了起来。

金士顿的DT410 U盘读写速度均在20M/S以上，但是4G容量的价格要高于普通的8G容量

    现在，市场上的高速U盘产品多采用的SLC颗粒，这也是为什么这样的产品较为昂贵的原因，而采用MLC的产品虽然在速度上无法与SLC比拟，但是容量方面的优势则相当明显，能够满足那些对容量要求较高的消费者，所以逐渐成为市场的主流产品。
    作为NAND Flash的主要架构，SLC（Single Layer Cell 单层单元）和MLC（Multi-Level Cell多层单元）在制造工艺上来讲，都是源自高提纯硅，是传统半导体行业的产物。从技术上来将，SLC的优势在于其读写速度较快，而且具有10万次的复写次数，而MLC的读写速度相对较慢，复写次数也只有1万次，这里需要指出的是，这里的复写次数是只单纯的写操作，并非读写合一的理论寿命，所以许多人误解的MLC读写次数只有一万次的说法并不科学。另外，SLC也有明显的劣势，那就是由于制造工艺的关系，其成本较为高昂，非一般人所能忍受。而MLC则成本相对低廉，随着制造工艺和技术的发展，其复写次数也在不断提升，使用单纯的颗粒并不能改变U盘的读写速度，还要相应的控制芯片来配合，才可以达到极速读写。

MLC和SLC的架构示意图

    存取原理上SLC架构是0和1两个充电值，即每Cell只能存取1bit数据，有点儿类似于开关电路，虽然简单但却非常稳定。如同电脑的CPU部件一样，要想在一定体积里容纳更多的晶体管数，就必须提高生产工艺水平，减小单晶体管体积。目前SLC技术受限于低硅效率问题，要想大幅度提高制程技术就必须采用更先进的流程强化技术，目前已经有25NM的晶圆投入市场，单纯的提升生产工艺，就可以提高SLC的容量，从而控制成本，但是，设备投入的成本仍然需要均摊，所以SLC的最大问题就是成本，从而导致其价格难以为主流市场所接受。而MLC架构可以一次储存4个以上的充电值，因此拥有比较好的存储密度，再加上可利用现有的生产设备来提高产品容量，厂商即享有生产成本上的优势同时产品良率又得到了保证，自然比SLC架构更受欢迎。因此，U盘主流容量能够迅速的从1G、2G到4G，MLC功不可没，这也是追求容量的消费者所乐于见到的，更主要的是，在容量提升后，价格却得到了很好的控制，并且逐渐下降，MLC已经成为目前市场上的主流应用颗粒。

NAND Flash晶圆的极限制程——25NM

    简单来看，MLC就是在SLC的基础上，通过叠加存储层来增加存储容量，从而实现单位存储密度的提升，这样的提升对于U盘产品的意义是相当明显的，通过对此技术的进一步挖掘，U盘等存储产品的容量将会有更高的提升，而性能的提升我们也可以期待未来的表现，所以整体来看，MLC在未来的发展趋势上，将会领先SLC。而目前，SLC的容量提升，只能通过增加单位存储密度，目前这样的提升，只能通过产品的制造工艺来实现，而随着未来工艺提升难度的加大，这样的方法必将是一条不归路，所以如何开发成本低廉，速度又快速的MLC才应该是重中之重。SLC在传输速度方面的优势是毋庸置疑的，但是MLC因为其出色的成本控制和技术优势，必将是未来的主流产品，在U盘、SSD和手机的数码存储设备上将会有更加广阔的空间。

这个还得时间慢来考验。