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為什麼我的 SSD 好像過早磨損了?

自從 NAND 快閃儲存設備問世以來,其磨損一直是一個備受關注的問題。為了解決此問題,大多數 SSD製造商都將 SMART(自我監控、分析和報告技術)屬性包含在 SSD 內,以追蹤 SSD 已用的使用量(與硬碟預期壽命相比較)。它通常描述為「剩餘壽命百分比」或有時稱為「已使用壽命百分比」作為記錄屬性。在監視此屬性時,它會在計數器開始接近剩餘 0% 壽命時建議使用者開始考慮更換 SSD。但計數器在 SSD 的剩餘使用壽命中代表什麼?剩餘 90% 或 50%的壽命又代表什麼?

導致快閃儲存設備磨損的原因是什麼?

要了解我們為什麼甚至還有磨損指示器,了解導致 SSD 磨損的原因就很重要。在最基本的層面上,磨損是由寫入資料(例如儲存文件)引起的。每次寫入 NAND 單元時,都會造成極少量的磨損。最終,經過多次寫入後,NAND 單元長時間保留資料的能力就會下降(在達到 SSD 預計壽命時,使用者資訊仍可以在未通電狀態下保留約 1 年)。
這很容易了解,但事實上不止如此。SSD 的磨損和其效能兩者皆取決於作為主機 IO 活動呈現的工作負載量的性質,電腦上儲存的「靜態」資料量(或可用空間量)以及資料已儲存的時間長度。隨著這些變量的變化,效能以及磨損的速度也會發生變化。

這是有實體原因的。NAND 快閃儲存設備以 SSD 工程師稱為頁面和區塊的形式組織而成。在大多數配置中,一塊 NAND 快閃區塊可包含數百個頁面,而一個頁面則包含 16kB 的資料。當 NAND 區塊包含資料時,新資料不能簡單地覆寫在當前資料上。在準備接收新資料之前,該區塊必須先經過清除步驟。然而,雖然 NAND 快閃儲存設備一次能寫入一頁,但它一次只能清除一個區塊。這些複雜情況綜合起來,代表 SSD 韌體將不斷管理儲存資料的實體位置並重新排列資料,以最有效地利用頁面和區塊。儲存資料的這種額外移動代表實體寫入 NAND 快閃儲存設備的資料量是從主機傳遞到 SSD 資料量的幾倍。

寫入放大因數(WAF)

工程師使用「寫入放大因數」(WAF)這個詞來描述寫入 NAND 快閃儲存設備的資料量與從主機寫入 SSD 的資料量之間的比率。一個完美的、理想化儲存系統的 WAF 應當恰好為 1.0。在用於 Windows 和 MacOS 之類的桌上型電腦操作系統的實際 SSD 中,典型的 WAF 在 2 到 4 範圍內。這代表與僅由主機寫入資料相比,SSD 寫入的資料要比預期的多兩倍至四倍。

這聽起來很糟糕,但是在設計 SSD 和 SSD 韌體時,SSD 工程師會考慮這種額外的寫入工作負載量。在此範圍內的 WAF 仍將為使用者提供良好的、較長時間才需要維修的 SSD。

那什麼會讓 WAF 變高?

除了最好的 SSD 設計之外,有時候 WAF 會高於預期或一般的數值。再說一次,這與工作負載量有關。對大部份的桌上型電腦使用者來說,他們的工作負載量會隨著時間而發生顯著的變化。有時工作負載量很重,有時又很輕。以下是一些可以造成 WAF 變高的條件:

  • 當硬碟已滿或快滿時,後台作業在確保始終有可用空間,以便準備接收新資料上會變得更加困難。如果磨損增加的疑慮是由於硬碟已滿而每天的工作負載量仍然很高,則在可能的情況下留出一些未使用的空間可能會有所幫助。同樣,在相同的工作負載量下,更大的 SSD 將成比例地減少磨損。若在相同的工作負載量和操作條件下,1000GB 硬碟的使用壽命將是 500GB 硬碟的兩倍。
  • 小型檔案傳輸會造成較高的 WAF。高頻率的複製、刪除和操作大量的小型檔案,像是影像檔或文字檔會造成 WAF 增加。這是因為每個檔案都只是 NAND 區塊的一小部分,所以這些小型資料結構更有可能由 SSD 韌體聚合和移動。較大型的檔案(例如影片檔)則不需要那麼頻繁地移動,因為它們可以填滿整個區塊。

儘管控制 WAF 的大部分內容都埋在操作系統和檔案系統中,但有些項目可能會根據使用者的輸入而更改。

  • 與大型隨機工作負載量相比,SSD 更喜歡大型有序的工作負載量。在現實生活中,這表示他們喜歡大檔案,而不是很多經常刪除或修改的小檔案。
  • 留下一些未使用的空間可以極大地幫助 SSD 有效率地管理儲存的資料。如果 SSD 的容量常常使用超過 90% 或以上,則最好刪除一些未使用的檔案,或者考慮使用更大的 SSD。
  • 通常,不建議在大型 RAID 陣列中使用消費級 SSD,但是如果需要這種硬體 RAID 部署,則使用較大的傳輸大小會比較好。使用者可以自行決定是否進行同樣的部署,但是有個很好的經驗法則,就是使用 128kB 乘以陣列中實體硬體的數量,來決定傳輸大小。但在個人電腦內以小型軟體為主的 RAID 部署則通常不需要進行此類計算。

確定 TRIM 的有效執行

Windows®10 旨在有效地運作 SSD,但是終端使用者可以幫助完成此過程。TRIM 是一項重要功能,它可以使 SSD 的後台運作能有效地運行,使上述 WAF 最小化。Windows 會定期執行 TRIM,但是在某些部署中,它可能不會非常頻繁地執行。使用者可以透過在 Windows 中執行硬碟的「最佳」功能來觸發 TRIM 頻繁地執行,如下所示:

首先,在視窗中開啟我的電腦,在 SSD 硬碟上按下滑鼠右鍵,然後選擇屬性,如下圖所示:

在開啟的屬性視窗中,選擇工具分頁,然後按一下最佳化

最佳化功能表如下所示。 使用者可以隨時按一下最佳化以執行 TRIM 功能。另外,在此功能表還有一個選項可以開啟最佳化排程,這會讓 TRIM 按照使用者決定的時間表執行。

最後,在時間表視窗中,使用者可以點選勾選方塊以按照時間表執行,然後按一下選擇來選取需要的 SSD。

這將有助於保持 SSD 的效能穩定,並有助於最大程度地減少 NAND 快閃儲存設備的磨損。

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