戴尔固态驱动器(SSD)常见问题 - 服务器(PowerEdge)和存储。

本文提供了戴尔固态驱动器(SSD)的常见问题(FAQ)列表。

目录：

词汇表：

数据保留：

数据保留是指ROM保持正确读取的时间范围，即芯片保持其编程状态的时间长度而不受电力偏差。数据保留在很大程度上取决于闪存单元P/E周期数，同时也与外部环境相关。高温往往会缩短保留持续时间。已执行的读取周期数量也可能使此保留降级。

P/E(编程/擦除)周期:

在NAND在闪存过程中，通过非门浮栅晶体管来实现存储。因此，位的非编程状态为1，编程操作将电荷注入非门时的结果位变为0。反向操作(擦除)提取向操作(擦除)恢复到1。擦除和编程操作本身会导致隔离浮栅的氧化层降级；这便是NAND闪存使用寿命有限的原因(通常，SLC编程/擦除周期为3-100万次；MLC为2500-10000次；eMLC为10000-30000次)。

闪存转换层(FTL)：

闪存转换层是计算常规文件系统支持所需闪存的软件层。FTL基于扇区的文件系统和NAND闪存芯片之间的转换层。因此，操作系统和文件系统可以像磁盘驱动器一样访问NAND闪存设备。FTL闪存的复杂性是通过提供闪存设备的逻辑块接口来隐藏的。由于闪存不支持重写已实施的闪存页面，因此FTL将逻辑块映射到物理闪存页面并擦除这些块。

元数据：

管理元数据NAND存储在闪存中的信息或数据。元数据通常包括从逻辑到物理地址映射表的逻辑：存储信息、存储信息的属性信息和其他可以帮助管理存储信息的数据。

虚拟池：

虚拟池是一组可编程的虚拟池NAND擦除块。

使用旋转盘存储数据的硬盘驱动器(HDD)固态驱动器不同(SSD)使用固体内存NAND芯片。HDD有一些活动的机械部件，所以很容易损坏。固态驱动器没有活动部件，即使在使用中受到影响，也不那么容易损坏。

SSD不仅可以提供超高性能的每秒输入/输出操作次数(IOPS)，而且延迟极低，即使是事务处理密集型服务器和存储应用程序。由于功耗低、操作温度低，具有HHD固态驱动器在系统中的适当匹配可以有效降低总成本(TCO)。

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戴尔严格管理为客户提供高质量驱动器所需的每一步。

这包括：

初始供应商资格鉴定和持续质量检验。

创建特定固件。

物料清单控制和广泛的可靠性检测。

持续产品质量认证。

所有戴尔企业的固态驱动器都与戴尔企业系统精确匹配，为客户提供最理想的生产环境。硬盘行业最近呈现出供应商合并和驱动标准化的趋势，但固态驱动行业并没有出现这种现象。SSD戴尔服务器上使用的制造商很多SSD如果不是从戴尔购买，戴尔将无法保证任何级别的功能或兼容性。

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一般来说，基于闪存的固态驱动器(SSD)比硬盘驱动器延迟(HDD)更低，响应速度通常更快。就随机读取工作负荷而言，SSD可以提供比HHD吞吐量高。

基于NAND闪存

SLC(即单层单元)支持每个单元NAND内存单元存储一个信息。SLC NAND提供相对较快的读写能力、高耐久性和相对简单的纠错算法。目前来讲，SLC最贵的NAND技术。SLC每个单元的驱动器可以支持大约10万次写入，读取不受限制。超耐久性让SLC驱动器更适合企业环境。然而，这种驱动器对消费者来说可能太贵了。

一般而言，MLC(即多层单元)技术需要在每个单元中存储两个位置，因此其稳定性略低于SLC。假如一个单元丢失，即表示丢失了两个位。MLC每个驱动器单元可支持3000-5000次写入。这种驱动器通常提供更大的容量，而且更便宜。基于MLC的SSD适用于部署过度配置和耐久性管理等智能管理技术的企业应用。

eMLC(即企业MLC)是MLC一种技术变体，它汇集了最好的质量NAND独特编程后，晶片可以增加擦除周期。eMLC耐久性水平达到3万次写入周期，但有些是最新的MLC周期只有3000次。eMLC因为它放弃了数据保留，所以在权衡之后才达到这个耐久性水平。但是，为了解决这个问题，eMLC闪存芯片内部页面编程延长(tProg)这样可以创建更好更持久的数据写入，但会降低写入性能。由于eMLC SSD写入耐久性介于MLC和SLC价格通常是一样的。通过添加高级耐久性管理技术，让这种技术的驱动器成为一般用途的企业应用的理想之选。

基于主机接口

SATA SSD：SATA SSD基于行业标准SATA接口。SATA SSD提供适当的企业服务器性能。

SAS SSD：SAS SSD基于行业标准SAS接口。SAS SSD它具有优异的可靠性、数据完整性和数据故障恢复性，非常适合企业应用。

SSD很适合需要最高性能的应用。SSD是I/O密集型应用(如数据库、数据挖掘、数据仓库、分析、交易、高性能计算、服务器虚拟化、Web最理想的选择是服务和电子邮件系统)。

SLC SSD是读写缓存应用的首选技术，需要随机读取和密集写入。

eMLC SSD在预算紧张的情况下，成为首选，尤其是在预算紧张的情况下。

MLC SSD最经济的解决方案是读取密集型应用程序(如访问数据库表)。

SSD类型/应用例

闪存技术

应用类型

应用程序

MLC/eMLC

基于Web和客户端

计算

前端Web

流媒体

Web应用程序

电子邮件/消息传输

协作

eMLC/SLC

DSS/HPC/

OLTP/存储

OLTP/存储

HPC/超级计算

数据仓库/挖掘

基础架构

虚拟桌面

OLTP/数据库/业务处理

数据缓存

SSD驱动器适用于读取比写入多的环境。为了让驱动器达到特定保修期，MLC驱动器通常具有内置的耐久性管理机制。如果驱动器的预期有效使用寿命达不到保修期，驱动器将使用节流机制来降低写入速度。

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有许多相关因素，如闪存次数（已使用）P/E周期数)、闪存类型和存储温度。MLC和SLC最短可能只有3个月，最长可能超过10年。保留时间很大程度上取决于温度和工作负荷。

NAND技术

P/E当周期数固定时，数据保留

SLC

6个月

eMLC

3个月

eMLC

3个月

过度配置用于闪存SSD闪存介质卡设计技术。提供额外的内存容量(用户无法访问这部分容量)，SSD控制器可以更容易地创建虚拟池中使用的预擦块。过度配置可以改进：

写入性能和IOPS

可靠性和耐久性

NAND由于使用闪存转换层，闪存容易磨损(FTL)系统中经常执行的数据存储应用和重复编程和擦除周期。不断编程和擦除同一内存位置最终会磨损内存部分，使其无效。因此，NAND闪存的使用寿命有限。为了防止这种情况发生，所以在SSD内部部署了特殊算法(称为损失平衡)。顾名思义，平衡的损失提供了一种方向SSD编程和擦除周期的方法均匀分布在所有内存块中。这可以防止同一内存块的连续编程和擦除，使整个内存块NAND延长闪存的使用寿命。

平衡损失分为动态和静态两种。动态磨损算法可以保证方向SSD数据编程和擦除周期均匀分配。这种算法是动态的，因为当驱动器写缓存中的数据被刷新并写入闪存时。动态损失平衡并不能保证所有块的损失速度平衡。还有一种特殊情况，即数据长期或无限地写入并存储在闪存中。当其他块经常被交换、擦除和池化时，这些块在损失平衡过程中保持非活动。因此，为了保证所有数据块的损失速度平衡，还部署了辅助损失平衡算法(称为静态损失平衡)。静态损失平衡负责处理非活动但存储数据的块。

戴尔SSD驱动器集成了静态和动态损平衡算法，以确保NAND块损失均匀，从而让SSD延长使用寿命。

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闪存由每个存储一个或多个数据的单元组成。这些单元被分成页面（可以写入数据的最小离散位置）。这些页面集合成块（可擦除的最小离散位置）。闪存不能像硬盘驱动器那样直接重写，但必须先擦除。因此，虽然块中的空白页面可以直接写入，但不能重写整个页面块。

如果在使用驱动器时更改数据，则更改的数据将写入块中的其他页面或新块。此时，旧（原）页面将被标记为无效，可以通过擦除整个块来回收。但是，要实施此操作，必须将该块中所有其他已占用页面上的任何有效信息移动到其他块。在将新数据写入同一块之前，需要重新定位有效数据并擦除该块，这将导致写入放大；因此，闪存中的写入总数大于主机计算机的最初要求。如果SSD忙于移动待擦除块中的数据，并发写入自主计算机的新数据，这种需求也会导致SSD慢慢执行写入操作。

SSD控制器使用一种叫做垃圾回收的技术来释放之前写入的块。此过程还将合并页面，因为它需要移动并重新写入多个块中的页面，以填充更少的新页面。旧块随后被擦除，为新的输入数据腾出存储空间。然而，由于闪存块的写入次数有限（以后会失败），因此有必要对整个块进行处理SSD均衡损失，避免任何过早损失。

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闪存单元随时间老化以及来自相邻闪存页面的中断都可能导致存储数据出现随机位错误。尽管任何指定数据位被损坏的概率很小，但存储系统中数量庞大的数据位让这种数据损坏的可能性是真实存在的。

在闪存存储系统中，用于保护数据不受损坏的错误检测和纠正代码。SSD行业顶级驱动器采用行业顶级驱动器ECC企业级不可纠正的位错率为10-17。

写入放大因子是指SSD控制器必须写入的数据量与主机控制器需要写入的数据量之比。理想的写入放大因子1，即您想要写入1MB，SSD控制器便写入1MB。写入放大因子大于1虽非理想数字，却是不争的事实。写入放大越高，驱动器损耗得越快，性能也会更低。

数据写入闪存

---------------------------------------= 写入放大

数据由主机写入

戴尔使用以下方法避免损坏闪存单元以及延长SSD驱动器的使用寿命：

过度配置：此过程会增加固态驱动器上的备用空间。它还会增加可用的“写入就绪”资源池，从而减少写入放大。由于所需的后台数据移动更少，性能和耐久性得到了提升。

例如，具有100GB可用容量的驱动器会具有额外28GB的隐藏容量。剩余容量将用于损耗均衡。

损耗均衡：戴尔SSD驱动器使用静态和动态损耗均衡技术。损耗均衡允许数据映射到驱动器上的不同位置，避免对同一单元的写入频率过高。

垃圾回收：戴尔SSD驱动器采用尖端的高级垃圾回收技术。“垃圾回收过程”可以消除每次写入之前擦除整个块的需求。此过程以“垃圾”形式累积标记要擦除的数据并执行整块擦除来回收空间，从而重复使用该块，此过程通常在驱动器I/O较低时在后台执行。

数据缓冲和缓存：戴尔SSD驱动器将DRAM用于数据缓冲区，通过缓存可以最大限度减少写入放大，从而降低因过度写入导致损坏单元的可能性。

SSD的有效使用寿命取决于三个关键参数：SSD NAND闪存技术、驱动器容量和应用程序使用模式。一般而言，以下生命周期计算器可用于推算驱动器还能使用多久。

使用寿命 [年] = (耐久性 [P/E 周期] * 容量 [物理, 位] * 过度配置系数) / (写入速度 [Bps] * 占空比 [周期] * 写入百分比 * WAF) / (36 *24* 3,600)

参数：

耐久性，NAND P/E周期：SLC为10万次、eMLC为3万次、MLC为3000次

容量：SSD可用容量

过度配置系数：过度配置NAND百分比

写入速度：

以每秒字节数表示的写入速度

占空比：使用占用比

写入百分比：SSD使用期间写入所占的百分比

WAF：基于应用程序用例计算的控制器写入放大因子

某些操作系统支持TRIM功能，也就是将已删除的文件转换为存储设备(SSD)上关联的LBA(逻辑块地址)。对于SATA，该命令也称为TRIM；对于SAS，该命令称为UNMAP。TRIM/UNMAP命令向驱动器发出通知，它不再需要特定LBA(逻辑块地址)中的数据，随后释放大量NAND页面。

TRIM/UNMAP命令需要操作系统、驱动器和控制器的支持才能正常工作。TRIM/UNMAP命令不仅能提高SSD性能(可以减少垃圾回收期间要重新写入的数据)，还能增加驱动器上的可用空间。当前发货的戴尔企业驱动器具有足够高的性能和耐久性，因此即便操作系统支持，它们也尚不支持这些命令。这些功能将在后续的戴尔SSD产品中推出。

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戴尔SSD驱动器使用以下方法保持数据完整性：

功能强大的ECC

数据路径CRC保护

多个元数据和固件复制

元数据校验和保护

功能强大的电压线路设计，可以确保NAND闪存电源稳定

意外断电保护

与硬盘驱动器(HDD)相比，固态驱动器(SSD)的抗电击能力更强，所需电量更少，访问时间更短，而且具备更加卓越的读取性能。但是，某些SSD设计可能存在电源突然中断时出现数据和文件系统损坏的难题。有效电源故障数据保护机制需要在发生破坏性电源故障前后起作用，以便提供全面的电源故障。

戴尔企业SSD包含基于硬件和固件的电源故障数据保护功能。它们包括一种电源故障检测电路，后者可以监控电源电压，电压一旦降至预定义的阈值就会向SSD控制器发送信号。此后会触发SSD从输入电源断开连接，同时启动将临时缓冲数据和元数据移动到NAND闪存所需的步骤。所实施的板载电源保持电路和电容器可以为此操作提供足够的能量。保持电容器从多方面过度配置，以保证有足够的能量支持驱动器。

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SSD可以通过多次改写整个驱动器容量进行清理。戴尔目前正在为将来版本研发SED(自加密驱动器)SSD上的安全擦除和自加密功能。这些技术将实现更快、更高效的SSD清理方法。

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协调的IO：协调的IO对SSD性能和耐久性影响重大。协调的SSD I/O让设备可以更高效地管理NAND写入，同时还能通过减少读取-修改-写入操作(这种操作需要在SSD上后台进行额外的写入)提高SSD耐久性。

可变队列深度：队列深度是系统和存储设备的一个重要因素。通过增加SSD设备的队列深度支持更高效地处理写入操作，可以提高效率，而且还能帮助减少对SSD耐久性有影响的写入放大。

使用TRIM：请参阅第15节。

禁用磁盘碎片整理：在磁性驱动器上，碎片整理可以让驱动器的数据扇区彼此靠近，从而提高性能。可是在固态驱动器上，让数据彼此靠近并不会带来什么优势，因为数据位置对SSD的数据访问速度完全没有影响。因此，SSD并不需要碎片整理，实际上还可能造成不必要的额外NAND损耗。

禁用索引建立：建立索引通常可加快HDD上的搜索速度，不过对SSD并没有帮助。因为建立索引会不断地尝试维护系统上文件及其属性的数据库，这些操作需要进行大量的小型写入，而这正是SSD的短板。不过，SSD却很擅长读取；因此，这种驱动器即便没有索引也能快速访问数据。

使用耐久性管理算法，可以确保驱动器保修时间期内有足够的编程/擦除(P/E)周期。如果驱动器存在繁重的写入负荷，固件将限制写入。但是，客户很少会看到预期应用下使用的SSD出现性能节制。

戴尔SSD附带标准3年保修期。对于具有ProSupport或更高级别支持的客户，该保修期随系统保修期一起延长达7年。