磨损均衡及其对SSD预期寿命的影响

必须确保所有块都具有相当数量的擦除，以便最大限度地延长SSD的使用寿命和可靠性。

固态硬盘预期寿命

闪存中的数据按单元、页面和块的层次结构排列，数据一次写入一页。NAND闪存架构使得擦除只能在块级别进行。此外，对固态驱动器 （SSD） 中数据的访问通常是本地化的。会有一些数据很少使用，或者只是为了读取而访问，而其他数据则经常更新。

但是，可以擦除闪存单元的次数是有限制的。达到极限后，闪存单元的可靠性越来越差。错误可以纠正，但频繁的错误表明块即将达到其使用寿命。

如果某些块比其他块更频繁地写入并因此被擦除，那么它们将比其他块更早变得无法使用。因此，在某些块上过度重写会降低 SSD 的容量，并最终降低整个闪存的可用寿命。

磨损均衡

必须确保所有块都具有相当数量的擦除，以便最大限度地延长SSD的使用寿命和可靠性。此过程称为“磨损均衡”。

磨损均衡是大多数闪存控制器执行的功能。通过在闪存中使用块，控制器可以将磨损均匀地分布在所有块上。磨损均衡最直接的方法是计算每个块被擦除的次数。当需要块来存储某些数据时，将使用擦除计数最低的空块。

磨损均衡有两种：动态磨损均衡和静态磨损均衡。

动态磨损均衡

动态磨损均衡的缺点是仅适用于正在写入的块。

例如，一个家庭可能会获得一个新的 SSD，并立即用家庭照片填充其中的一半。这些块的初始擦除计数为 1。假设SSD的另一半存储家庭常见活动的结果，例如创建，编辑和复制文档，导致该一半的擦除计数稳步增加。同时，SSD前半部分的擦除计数仍为1。

因此，SSD的两半将具有明显不同的磨损程度。磨损较大的一半会缩短 SSD 的使用寿命。

静态磨损均衡

因此，必须确保SSD中不同块的不均匀使用不会缩短SSD的使用寿命。

称为“静态磨损均衡”的技术增加了很少使用的块的使用，以分散擦除计数。当 SSD 控制器擦除块时，会将该块的擦除计数与当前使用的块的擦除计数进行比较。如果前者和后者之间的差异达到某个预定义的阈值，则当前使用的块之一将被释放以供将来使用。

例如，假设磨损级别阈值为 32。当控制器第 33 次擦除块时，它将看到该块的数量已超出限制 1。然后，控制器会将照片从其中一个长期占用且很少使用的块复制到新擦除的块中。虽然此操作会将总擦除计数增加 1，但它也会将很少使用的块移动到空的可用块列表中。因此，此过程可确保闪存中的所有块均匀使用，以实现磨损均衡并确保闪存的最大使用寿命。

性能影响

由于静态磨损均衡必须作为后台任务进行，以避免对 SSD 的读写速度产生不利影响，因此该过程可能非常耗时。不同的制造商可能会采取略有不同的磨损均衡方法，这可能会对 SSD 性能或可靠性产生不同的影响。

功能强大的闪存控制器针对不同类型的闪存（如 SLC、MLC、TLC 或 QLC）以及特定的闪存设备属性进行了调整。用户甚至不会意识到磨损均衡的发生。因此，SSD的使用寿命刚刚延长。

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