本帖最后由 nighttob 于 2015-5-24 21:03 编辑
第一回 http://bbs.pceva.com.cn/thread-96059-1-1.html （补档）
第二回 http://bbs.pceva.com.cn/thread-96063-1-1.html （补档）
第三回 http://bbs.pceva.com.cn/thread-96827-1-1.html
数据保存期的“真相”？
拜某位专家所赐，5月一开始我们就连续看到几篇给SSD用户“敲响警钟”的新闻。我们先不管到底是外国专家危言耸听、国内小编哗众取宠还是希捷的HDD卖不出去了，总之，这回事是存在的。
但这个问题就跟“稳定态性能”一样，是普通用户"Don't Care"（不需要关心）的。事实上这个事也并没有影响SSD用户的信心，要说影响力，应该还不如春节那段时间三星850 PRO的固件升级事件。
要理解数据保存期这个概念，首先我们复习一下NAND闪存的编程/擦除(P/E)过程。
编程(Program)时，控制栅(Control-Gate/CG)高电位（比如+10V），从而把电子从“供体”硅基底(Base)拉过“阀门”氧化层(Tunnel Oxide)存到“受体”浮置栅极(Floating-Gate/FG)中，而浮置栅极中储存电子的多少也就表示了编程状态（SLC的0/1，MLC的00/01/10/11，等）；
擦除(Erase)时，控制栅低电位（比如-10V），从而把电子从“受体”浮置栅极中推到“供体”硅基底。
也就是说，NAND闪存的编程/擦除过程，其实就是浮置栅极的充放电过程。从某种意义上说就跟电容一样，所以SSD实际上相当于一个大电容阵列……
理解了这个，也就明白了为什么NAND闪存有擦写循环(P/E cycle)，因为作为“阀门”的氧化层有寿命磨损。每一次循环都会让少量电子困在氧化层中，形成一个漏电的“隧道”，让浮置栅极中的电子漏回到基底中，使编程状态发生改变。久而久之，这个“阀门”也就失效了，浮置栅极无法保存电子，这个存储单元(Cell)也就废了。
NAND闪存的数据保存期也就是浮置栅极保持某个编程状态的时间。
这个时间，也就是数据保存期，受到多种因素的影响。比如：材料（工艺）、擦写循环次数、使用时间、温度（通电及断电）等。
其中，温度是很关键的一点，对数据保存期影响巨大。这也就是那位专家声称“一周（几周内）不通电就变砖”的根据所在。
那么为什么温度对数据保存期影响巨大呢？大家应该听说过“电子迁移”这个现象，特别是超频玩家。“电子迁移”往往是长期通电，特别是高温长期通电的典型现象。对CPU等逻辑电路来说，电子迁移的危害性较大，严重以后会导致报废。但闪存不一样，闪存的原理依靠的就是电子迁移，如果电子不迁移，浮置栅极自然无法储存电子。
温度升高以后，电子迁移率增大，有利于电子穿过氧化层到达浮置栅极（或者返回基底）。
当然，这不仅对通电状态有效，断电状态也是有效的。断电时温度高，电子就会更快速地从浮置栅极中漏回到基底去。
至于这个速度有多快，或者说不同通电及断电温度下，NAND闪存的数据保存期都有多久，有公式可以计算。但对一般玩家来说，还是直接查表更方便。
需要注意：JESD218标准的适用对象是SSD整体，此表格是根据JEP122中提供的数据保存期模型汇总出来的。
用红框圈出来的也就是我们经常听到的“消费级1年，企业级3个月”这一说法的来源。严谨的表述应当是：消费级产品以40℃的工作温度每周通电5天，每天8小时，断电后在30℃的环境中，数据保存期为1年（52周）；企业级产品以55℃的工作温度每周通电7天，每天24小时，断电后在40℃的环境中，数据保存期为3个月（13周）。
从表格中也可以明显看出，通电温度相同的情况下，断电温度每升高5℃，数据保存期都要减半。虽然表格中未列出断电温度比通电温度高的情况，但我们可以估计一下通电低温断电高温的情况。结论就是，只要你的机箱内部不是全天候的蒸笼或者你有给SSD做日光浴的习惯，就不需要担心数据保存期这回事。
除了“消费级1年，企业级3个月”这个说法以外，还有一个“加热利于ECC，冷冻利于数据保存”的说法，道理也是前面提到的。电子迁移率的升高还会导致RBER（读取错误率）下降，使颗粒ECC需求降低，有利于性能提升。但一般情况下温度对性能的影响十分不明显，除非RBER接近ECC阈值，比如前段发现的三星840系列TLC SSD的事情（http://bbs.pceva.com.cn/thread-119411-1-1.html）。
关于这件事的始末，这个“爆炸性新闻”是有一个过程的。最开始的新闻里只说一周或者几周内就会变砖，随后逐渐补充内容，到了第三篇新闻的时候已经可以让普通玩家明白这回事了。这就跟某些网络流言一样，先有一个唬人的标题吸引你点进去，然后里面有一套很厉害的说辞引起你的重视，并让你广为传播，最后再来人辟谣澄清。稍有区别的是这从头到尾都是那一个专家做的，但不同的转载媒体也会添上去点什么，特别是正逢三星的TLC SSD遭遇连环打击，正好推波助澜一下。不过典型案例应当是当年压死旧OCZ的最后一根稻草，也就是26nm Hynix那批颗粒。由于漏电率极高，导致RBER巨大，数据保存期也短，本来是很烂的颗粒，OCZ再拿去做跑分盘，那结果大家都清楚了，返修榜霸榜的伟绩。
同一块MLC的晶圆切下来的，调好的做eMLC，用剩的做SLC
有点夸张，但是没有错别字，且往下看。
在我们的认知中，SLC是高大上的存在，其次是eMLC，最后是普通的MLC。用以划分等级的标准无非就是速度及耐久度。
以普通MLC(Client Computer MLC/ccMLC)为标准，SLC的写入速度大约是ccMLC的2倍多，耐久度则是20倍，eMLC的写入速度比ccMLC略慢，但耐久度却高了10倍。既然是同一块晶圆切下来的，为什么会有这么大差距？
那就是颗粒的筛选分等。颗粒厂会对同一块晶圆上的颗粒进行测试，包括坏块数、漏电率和出错率等。首先坏块数达标的（最低可用块数达标+第一个块是好的）符合原厂MLC要求，漏电率较低的被挑走并经参数调整做成eMLC，出错率较高的可以屏蔽高位改成SLC。
为什么SLC反而成了“残次品”？看下面我整理出的表格，列出了美光近几代NAND闪存的部分技术参数。
数据来源是美光的颗粒说明书，这里把同代的MLC和SLC列在一行，以方便比较。没有准确信息的数值以*表示，20nm SLC的说明书不公开，所以关键的地方都没有了。而16nm的SLC，我不确信美光是否还单独做SLC，因为自L85C以后已经有了MLC+的功能，简单来说就是让用户（这里指的是美光的用户，也就是SSD生产商）直接以SLC模式操作MLC，而不是现在这样在固件中模拟成SLC。至于为什么是（只有）美光的，因为它们的PDF很好找……
从表格中可以看出，SLC的ECC需求要比MLC低得多，对那些难以胜任MLC工作的颗粒来说，改成SLC还有重新做颗粒机会。
事实上，现在已经有实用技术，可以在最终用户的阶段，动态转换MLC及SLC的产品。一类实例就是各家的SLC缓存方案，利用的就是SLC模式下编程页(tPROG)和擦除块(tBERS)的时间短，ECC消耗低（一方面是SLC缓存写入本身错误率低，另一方面是持续把SLC缓存GC成MLC的过程干扰较少，同样是降低了错误率），而且几乎不消耗耐久度（即使模拟SLC没有“原生”SLC那样20倍于MLC的耐久度，10倍也总是有的）。特别是当前的平面（2D）MLC颗粒保持3k的耐久度已经不易，以及低容量盘颗粒喂不饱主控性能太低，因此采用SLC缓存是平衡性能与耐久度的合理做法。
另外一类则是另外一种最大化颗粒使用寿命的方案。我们知道一个块到了寿命末期错误率会上升很多，当错误率超过主控和固件的ECC能力以后，这个块就要被标记为坏块。但是，这个块的错误率只是超过了MLC的ECC需求，如果把这个块屏蔽高位变成SLC的话，错误率就会显著下降。即使不能当全新的用，至少是能以SLC的形式继续发挥余热的。配合刚刚提到的SLC缓存方案，那就真是如鱼得水了。
但是，并不是任何情况都适合把MLC转换为SLC。除了写入密集型这种性能因素导致没有办法充分利用SLC缓存以外，还有就是NAND自身缺陷。对漏电大的颗粒来说，高错误率只是表象，即使转换为SLC还是会漏电。换句话说，SLC不解决数据保存期的问题。电位无法保持只能靠自刷新解决，而只有通电状态下才会刷新。
从上面的表格中我们可以轻易看出随着工艺（制程）的进步，NAND颗粒的ECC要求一直在稳步提升。如果ECC要求不变，现在的颗粒必然无法维持3k的P/E。但以SSD整体来说，现在的SSD跟5年前的SSD比，耐久度并没有显著降低，原因就在于NAND颗粒和SSD主控之间此消彼长相互平衡。虽然老颗粒的自身耐久度高，但受制于主控较弱及固件不完善，难以完全发挥颗粒的能力（主控弱，要靠颗粒带）；现在主控和固件都得到了长足进步，让“烂颗粒”实现同等效果并非不可能（颗粒弱，要靠主控带）。而SSD最重要的两个指标——容量和价格，也驱使所有人只能往前走，因为没人愿意再回到80GB就要￥2000的时代，即使它看上去再怎么美好。
揭下来再让我们看看eMLC和ccMLC的区别，这里把L74A这一代MLC、eMLC及M73A SLC放在一起
通过增加tPROG和tBERS及ECC需求，以及上面说到的减少数据保存期，实现了eMLC的高耐久度。
增加tPROG和tBERS的意义就类似于慢工出细活。我们已经知道了每次编程/擦除操作都需要控制电子在氧化层中穿行，那么更精准的控制就会使其中滞留的电子更少，以最小化对氧化层的损伤。增加ECC需求则是容许颗粒出更多错误，以此延缓无法纠正错误的出现，不过这对ccMLC颗粒也有用，主控和固件可以开到超过颗粒需求的ECC水平，用以进一步延长颗粒寿命。减少数据保存期就是简单粗暴的玩法了，一方面是企业级负载更高难以确保1年的数据保存期，另一方面也可以视作“主动降低要求”以确保全心全意为通电时服务。
这样的结果也就是我们看到的，很多使用eMLC的SSD产品，写入性能并不如同样方案但使用ccMLC的产品，但TBW却能高数倍甚至十几倍。
懒得翻图了，这里就用OCZ最新发布的NVMe来举例。ZD6000用的是ccMLC，ZD6300是eMLC，可以看到ZD6300的写入性能明显低于ZD6000，但写入耐久度要高。
可能有人要问了，我还见过I家的DC S3500和S3700就是ccMLC的比eMLC的慢得多，怎么解？
1、这俩一个用的是L85A一个用的是L74A-ENT，后者并不比前者慢；
2、L74A的单位容量“劣势”也使得以充分发挥主控能力；
3、I家当然做限速了，不然低端的比高端的性能强，高端的卖给谁，就算耐久度高了20倍，不也一样有搞跨界的么。而且，I家限速是传统，从X25-M到现在，一直都在限速，避免低端直接与高端对头竞争。
虽然eMLC的速度劣势较大，但耐久度接近SLC，在SATA的外部限制下，eMLC可以替代SLC。而SLC由于单位容量这一不可回避的短板，只能在低容量有所作为，容量大了以后其读取劣势就显露无遗。所谓尺有所短寸有所长，就是这个道理。
早先的SLC就是纯SLC，MLC当然也是纯MLC，后来SLC才变成直接用现成的MLC颗粒屏蔽高位得来的。具体是什么时候我说不准，至少IMFT 25nm这一代开始就是这样做的了，所以后来听说三星850 PRO是TLC屏蔽成MLC的以后也没太吃惊。不过三星称第二代V-NAND的P/E可达35k也就是上面说的，先屏蔽高位，再调整参数。本来电荷陷阱(Charge Trap)就比浮置栅极捕获电子的能力更强，再加上外部手段，耐久度高出平面MLC闪存几倍完全不成问题。
曾经我们以为SLC缓存是投机取巧的办法，并对此嗤之以鼻。现在来看，这都是年轻而犯下的错。虽然旧OCZ确实干了不光彩的事，但也让SLC缓存这个方案得以发扬光大，然后有了干爹继续用……
我记得论坛里曾有人设想过TLC降级成MLC，MLC再降级成SLC的方案，果然只有人想得到才能做得到。而拒绝思考的人只会幻想着SLC。
企业级SSD的等级划分
消费级SSD有高中低端，企业级同样有高中低端。只不过消费级靠性能（其实是跑分）区分，企业级靠耐久度区分。
通常来说，企业级SSD分为读取密集型(Read-Intensive/RI)、混合读写型(Mixed use/MU)及写入密集型(Write-Intensive/WI)这三级，如果加上商用级(Business class)的话就是四级。其实我不希望把商用级算进企业级当中，但下面说明的时候也会有它的事。
除了用耐久度区分企业级SSD的等级以外，还可以看内部使用的颗粒类型及OP大小，下面用个表格简单说明。
| | 商用级 | 读取型 | 混合型 | 写入型 | | 写入量 | 72TBW | <1DWPD | 1-10DWPD | ≥10DWPD | | 使用ccMLC | 7% OP | 20%-28% OP | - | - | | 使用eMLC | - | 7% OP | 20%-28% OP | ≥28% OP | | 固件功能 | 全盘加密等 | | | 高耐写策略 |
容易混淆的地方就是对读取密集型来说，既有用ccMLC颗粒开28% OP的，也有用eMLC颗粒只开7% OP的，实现的效果都是一样的，都是每天小于1遍全盘覆写(DWPD)的写入强度。而混合读写型和写入密集型都是28%的OP，区别主要在固件策略上。当然对写入密集型来说，OP可以开的更大，甚至超过100%。
不同的等级对应着不同的使用需求，不是你用个写入密集型SSD，效果就一定比别人用主流消费级的好，更不代表不会坏。就象我一直说的，企业级与消费级的考量有很大区别，随便跨界可能死的很惨。
OP迷思
类似于“新买的SSD要不要设置三级OP”以及“OP设置多少最好”这样的问题也是求助区的常客了。问这个问题的，往往是头回买SSD的，或者刚从不知道哪儿学习了新姿势的。
但奇怪的一点是，这些“节衣缩食”买来人生中的第一块SSD，要买“性价比”最高的。放着大牌靠谱的128G不要，一定要自己买一个160G的回来，手动OP成128G的才行，这样才能实现物质和精神的完全胜利。
反正不是花我的钱……
回到技术问题上来。既然我们上面看见，读取密集型SSD就可以用一般的ccMLC颗粒开28% OP得到，那么我们自己划分一定量的OP，是不是也能达到类似的效果？
我的回答总是——如果你有相应的需求的话，当然没问题。
那么什么算是相应的需求？
比如你有0.5DWPD的日常写入需求，但不要求性能一致性及端到端数据保护等。那你可以找一个没有写入量限制保修的盘，自己设置一定量的三级OP，然后该怎么用怎么用。
但OP不是万能的，功能上不支持端到端数据保护、企业级QoS、完整掉电保护的，就算开到250% OP，耐久度上升20倍，也不会升级成企业级。
OP的局限性还体现在，少数主控和固件并不能利用用户自行设置的OP，或者即使设置了也无法扭转自身的劣势。典型的就是浦科特全家，就算你开了OP，其稳定态性能还是渣渣一样。这就是固件策略纯粹为家用设计，企图改变的一切努力都是徒劳。
而对像东芝Q Pro这种开启全盘模拟SLC的SSD来说，其简单粗暴且有效的固件策略使得手动开到100% OP能实现近似原生SLC的效果，非常适合跑分党用来吊打各路旗舰，只要你能接受买个256G的来只能当128G的用就行。
第一波NVMe袭来
毁三观的第一回我就提到过NVMe，三星依靠XS1715抢占了先机。虽然XS1715是DELL专供，面向通用的SM1715被取消，直接由SM1725取代。Intel也没闲着，一口气发布了从WI级的P3700到消费级的750一整条NVMe产品线。同时750也抢在SM951-NVMe版之前成为第一个消费级NVMe SSD。就在最近，OCZ也发布了其NVMe产品，也就是上面提到的ZD6000及ZD6300，并声称技术指标优于三星和Intel的产品。
这不当然的嘛，先出头的必然要成为“众矢之的”，对这两款同样使用PMC-Sierra主控的产品且都有第一手颗粒来源的厂家来说，产品优与劣就看两家固件编写的能力了。什么？你刚知道XS1715不是全三星产？
对不差钱，总先人一步的土豪们来说，早站到起跑线，可不要“犯规”。要记住，NVMe是协议与指令一体的，不能用现在ATA设备的一套来招呼它。比如你用CDI看750的SMART信息估计就是一张白纸。Intel本月刚刚更新了3.3.0版本的ITB，就是为了招待750。
“新版ITB已安装，就差一块750了。”
添头
今天家里来客人，包括熊孩子x1，那么当然是服务器的虚拟机+快照伺候。
在我登陆vSphere Client的时候才发现，做ESXi系统盘的X25-E掉盘了，但ESXi和所有虚拟机却一切正常，包括虚拟机开关机、建快照等，因为虚拟机存储在浴室牌sTec PCIe SSA上。对企业级Linux系统来说，系统完全加载到内存运行正是为了防止这种事情的发生。盘可以掉、网可以断、内存可以坏、CPU可以烧，但是服务不能宕，这便是那些花大价钱买来方案体现价值的地方。（然而这跟我却没啥关系……）
事后查明，盘没事，只是ESXi存储器的路径信息始终锁定为出错或者不可用，重启服务器后变恢复如常了。
有信息指出这跟X25-E（固件8860）对SATA3.0不友好有关，而我正是插在SATA3.0的接口上。
所以说，忘了SLC的神秘光环吧。别认为只有某些厂才是专注掉盘30年，也别认为只有电源管理冲突才会导致掉盘。好在没8M……
5.24 update
7爷和喵哥说凑不够5条不给射（弥天大雾）。今天突然想到了点东西，于是补了进去。另外又稍作调整。
看完这大半天的回帖，似乎大家的关注点都集中在了X25-E是怎么掉的这回事上。可这明明是添头……
我有想过这部分做回复后可见，但又一想这也是分享经验的一部分。明明为的就是让别人知道，却还要藏着掖着傲娇一下，这种方式还是让我不齿的。
所以，就像以前写完又臭又长没人看的帖子一样，欢迎酱油，只要不故意歪楼搭车就行。 |
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浴室牌sTec PCIe SSA什么鬼
