讀取干擾

讀取干擾

讀取干擾是較少發生的問題,但仍會發生:快閃記憶體隨著多次的讀取,會導致在同一區塊中相近的記憶單元內容改變(變成寫入動作)。這即是所謂的讀取干擾。

基本介紹

  • 中文名:讀取干擾
  • 外文名:Read interference
  • 適用對象:固態硬碟
  • 避免方法:快閃記憶體控制器
固態硬碟,固態硬碟的缺點,高成本,寫入次數,錯誤產生的條件,損壞時的不可挽救性,掉速,參見,

固態硬碟

固態硬碟(英語:Solid State DiskSolid State Drive,簡稱SSD)是一種主要以快閃記憶體作為永久性存儲器的電腦存儲設備。雖然SSD已不是使用“硬碟”來記存數據,而是使用NAND Flash,但是人們依照命名習慣,仍然稱為固態硬碟(Solid-State Disk)或固態驅動器(Solid-State Drive)。當然,SSD內也沒有用來驅動(Drive)旋轉的馬達,又稱固存(固態存儲器)
由於固態硬碟技術與需要精密機械與磁性材料的傳統硬碟技術不同,所以產生不少新興的存儲器廠商。廠商只需使用快閃記憶體(NAND FLASH),再配合適當的控制晶片,即可製造固態硬碟。新一代的固態硬碟普遍採用SATA-III接口,也有使用PCI-E x8或者mSATANVMe、M.2、ZIFIDE、U.2、CFCFast等接口的固態硬碟銷售,如Intel 910,Goldendisk CFast,Glodendisk Esatadom。

固態硬碟的缺點

現階段固態硬碟普及的五大問題:成本、寫入次數、讀取干擾、損壞時的不可挽救性及掉速。

高成本

固態硬碟以往由於價格高昂,通常只用於軍事工業用途上;不過隨著NAND快閃記憶體成本的不斷下降,如今固態硬碟已經使用在一般的筆記本電腦上,並預計逐步於刀片伺服器上採用,提供全新的電腦使用體驗。固態硬碟比起傳統硬碟,具有速度快、耗電量低與不會出現實體壞軌的優點。由於硬碟早已是系統性能的瓶頸,因此改用固態硬碟可以帶來明顯及令人興奮的性能提升。但由於價格與存儲空間比於傳統硬碟仍有較大差距,固態硬碟成為真正主流存儲設備而取代傳統硬碟仍需一定時間。

寫入次數

成本方面,無論是易失性記憶體還是非易失性記憶體,其每百萬位元組(MB)成本都遠高於傳統硬碟。因此只有小容量的固態硬碟的價格能夠被大多數人所承受。當消費級傳統硬碟2012年已經來到2T、3T甚至5T時,相當價位的固態硬碟只有128G或256G。壽命方面,由於快閃記憶體上每一個電閘都有一定的寫入次數限制,壽命結束後會無法寫入變成唯讀狀態;而且隨著使用的快閃記憶體從SLC架構到MLC,到最近開始改用TLC,若電閘的質量不變,理論上電閘壽命呈現6:3:2的衰退(因為其原理是在同一個電閘上記錄1、2或3個比特,記錄越多比特,被寫入的機會就越高),因此成為大眾接受固態硬碟的另一個障礙。
不過技術總是在更新:成本方面,隨著NAND Flash的19nm製程於2012年初進入量產,使得能夠在同樣大小的快閃記憶體空間內塞入倍增的容量;隨著NAND Flash從SLC架構到MLC,到最近開始改用TLC;這兩項技術都進一步降低每百萬位元組的成本。而壽命方面,隨著固態硬碟主控晶片的改進,能將寫入地址依照電閘使用率更平均地分散,使唯讀狀態不會太快到來;而固態硬碟容量的增大,也有助於拉低電閘平均使用率,因為一般使用習慣上,會經常改寫的檔案只占全部數據的一小部分。優秀的廠商通常會用軟體算法進一步延長一倍以上的壽命,使固態硬碟能經歷極大量的使用也不至於立即達到使用終點,甚至比電腦其它硬體還長久耐用,給予用戶足夠的緩衝時間將數據轉移和備份。而最新的3D-nand技術則可以在降低成本、增加容量的同時,避免寫入次數過低。
對於台式機及大型筆記本電腦的用戶來說,使用兩台硬碟是成本效益比最佳的方法:小容量的SSD來安裝作業系統及常用數據,大容量HDD安裝數據。但是對於小型筆記本電腦、Ultra book及平板電腦的用戶來說,SSD的高成本仍是問題:容量夠大的SSD很貴,而且緊湊的電腦通常無法自行更換SSD。

錯誤產生的條件

導致讀取干擾現象的讀取次數門檻介於區塊被抹除間,通常為100,000次。假如連續從一個記憶單元讀取,此記憶單元將不會受損,而受損卻是接下來被讀取的周圍記憶單元。為避免讀取干擾問題,快閃記憶體控制器通常會計算從上次抹除動作後的區塊讀取動作總次數。當計數值超過所設定的目標值門檻時,受影響的區塊會被複製到一個新的區塊,然後將原區塊抹除後釋放到區塊回收區中。原區塊在抹除動作後就會像新的一樣。若是快閃記憶體控制器沒有即時介入時,讀取干擾錯誤就會發生,如果錯誤太多而無法被ECC機制修復時就會伴隨著可能的數據丟失。

損壞時的不可挽救性

很多人最在意的問題:固態硬碟數據損壞後是難以修復的。當負責存儲數據的快閃記憶體顆粒有毀損時,現有的數據修復技術不可能在損壞的晶片中救回數據,相反傳統機械硬碟或許還能通過一些數據恢復技術挽回一些數據。不過真正在意數據保存的人士一般也會定期備份數據。
在量產之前,TLC架構的速度相較於SLC和MLC產品,原本也是令人質疑的,因為理論上隨著每一電閘記錄比特數的增加,判讀和寫入的速度在相同的準確度之下都必然更緩慢。不過正式量產之後,TLC固態硬碟的讀寫速度甚至略高於同容量MLC的最高速產品,這歸功於主控晶片的進步,以及多通道的使用。

掉速

SSD的另一個問題是掉速,SSD的速度會隨著寫入次數而降低,若SSD接近裝滿時速度也會下降;原因包括耗損平均技術的副作用、控制晶片及固件的優劣等。較好的解決方案是Secure Erase(會略微縮短SSD壽命,不過在出現掉速時、SSD的剩餘壽命還很長)及提高更換頻率。

參見

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