保护SSD中数据的两种方法

坚固耐用的特性，如抗冲击和振动以及宽工作温度范围，现在在嵌入式固态硬盘中很常见。但是，如果没有强大的电源保护，在发生意外断电时，数据可靠性可能会受到严重损害。

作为一项颠覆性技术，SSD在从消费类笔记本电脑到企业数据中心再到工业嵌入式系统的各种应用中已经取代了较慢的传统硬盘。除了提供更快的I/O性能外，没有移动部件意味着SSD消耗更少的功率，并且本质上更耐冲击和振动，使其适用于工业和嵌入式系统通常部署的恶劣环境。

与具有冗余备用电源发生器和计划数据备份的企业数据中心中的SSD不同，部署在工业和嵌入式系统中的SSD通常在电源不可靠的恶劣环境中运行时存储关键数据。

SSD的坚固特性使其成为嵌入式和工业用途的可靠数据存储解决方案，但同样，只有在解决功率损耗问题时。虽然从闪存读取非常简单，但写入闪存更为复杂，并且大多数 SSD 使用易失性 DRAM 缓存来优化写入操作。这些 DRAM 缓冲区通过缓存 I/O 操作和在驱动器周围分布写入操作来提高 SSD 性能和使用寿命。然而，由于DRAM是一种易失性的存储介质，因此在发生意外断电的情况下，除非采用电源保护策略，否则存储在这些缓冲区中的关键数据可能会不可挽回地丢失。

磁性介质可以就地覆盖，但写入闪存需要首先擦除先前存储的数据。因此，每次写入不再是单个操作，而是擦除，然后是程序（PE）操作。此外，虽然读取操作可以一次读取一个小数据单元，但PE周期在块级别运行。仅仅为了写入一个单元而擦除一个大块是低效的，因此写入操作通常在一次写入闪存块之前被缓存。

实现写入缓冲区允许 SSD 每秒实现大量操作。同时，通过使用易失性DRAM，它们在肮脏的电源条件下对数据可靠性提出了严峻的挑战。当电源意外丢失时，需要将所有缓冲区内容刷新到非易失性存储，否则可能会发生数据丢失或损坏。

电源保护策略

在不可靠的电源条件下保护 SSD 免受数据丢失的风险，可以采取硬件/固件组合方法的形式。使用电压检测电路，可以立即检测到低压场景，从而触发数据保护方案。I/O操作停止，输入电源被切断，而存储在板载电容器中的残余功率放电，以允许易失性DRAM缓存的内容被刷新到非易失性闪存。其中一项技术是因诺迪斯克的iCell。

解决功率损耗问题的另一种方法是消除问题的根源。无 DRAM 固态硬盘从等式中移除了易失性 DRAM 数据缓冲器，使断电保护更简单，因为关键数据永远不会存储在易失性 DRAM 中。出于写入优化目的，应改用较小的 SRAM 缓冲器。通过使用小容量的快速（尽管更昂贵）SRAM，该设计可以在意外断电时快速刷新到闪存。

最佳级工业 SSD 可以采用组合的固件和硬件电源保护方法，也可以采用更简单的无 DRAM 设计来实现闪存数据完整性的电源保护。这两种选择都有自己的优势，决定归结为成本和性能，无DRAM SSD提供价格优势，而使用DRAM的电源保护SSD提供性能和电源保护的平衡。

审核编辑：郭婷