戴尔固态硬盘与 PowerEdge 服务器和存储的常见问题。

本文提供有关戴尔固态硬盘 （SSD） 的常见问题 （FAQ） 列表。

目录：

1. 为何选择SSD？
2. 为何选择戴尔SSD？
3. SSD分为哪些类型？
4. SSD 的理想应用场景和应用有哪些？
5. 为何将用过的驱动器与新驱动器比较时可能出现写入性能降低的情况？
6. 数据保留：我拔下SSD驱动器并存储起来。如果不重新插入驱动器，我的数据预计可以在驱动器中保留多久？
7. 过度配置是什么？
8. 损耗均衡是什么？
9. 什么是垃圾回收？
10. 什么是纠错代码 （ECC）？
11. 什么是写入放大因子 （WAF）？
12. SSD驱动器执行哪些步骤来限制因过度写入导致损坏单元的可能性？
13. 如何计算SSD有效使用寿命？
14. 什么是 TRIM 和 UNMAP，戴尔企业级 SSD 驱动器是否支持它？
15. SSD如何保持数据完整性？
16. SSD如何清理？
17. 建议的应用程序调整和操作系统设置是什么？
18. 耐久性管理是什么？
19. 戴尔SSD有哪些保修条款？

词汇表：

数据保留：
数据保留是指ROM保持可正确读取的时间范围，也就是芯片不受电力偏压的情况下单元保持其编程状态的时间长度。数据保留对闪存单元上的编程/擦除 （P/E）周期数很敏感，还取决于外部环境。高温往往会缩短保留持续时间。执行的读取周期数也会降低此保留期。

编程/擦除 （P/E） 周期：
在NAND闪存中，存储是使用形成NAND门的浮栅晶体管实现的。因此，位的非编程状态为1，编程操作将电荷注入与非门时其结果位变为0。反向操作（擦除）提取存储的电荷并将状态恢复为1。擦除和编程操作本身会导致隔离浮栅的氧化层退化。这就是NAND闪存使用寿命有限的原因（通常，SLC的编程/擦除周期为3000-100万次，MLC为2.5000-10000次，eMLC为10000-30000次）。

闪存转换层 （FTL）：
闪存转换层是计算中使用的软件层，用于支持具有闪存的普通文件系统。FTL是基于扇区的文件系统与NAND闪存芯片之间的转换层。借此，操作系统和文件系统可以像磁盘驱动器那样访问NAND闪存设备。FTL 通过为闪存设备提供逻辑块接口来隐藏闪存的复杂性。由于闪存不支持改写已实施到位的闪存页面，因此FTL会将逻辑块映射到物理闪存页面并擦除这些块。

元数据：
元数据用于管理 NAND 闪存中存储的信息或数据。元数据通常包括存储信息的逻辑到物理地址映射表、存储信息的属性信息以及可帮助管理存储信息的任何其他数据。

虚拟池：
虚拟池是一组可随时进行编程的 NAND 擦除块。

1.为何选择SSD？

与使用旋转盘片存储数据的硬盘驱动器（HDD）不同，固态驱动器（SSD）使用固态内存NAND芯片。硬盘有几种不同的机械移动部件，因此很容易受到持拿损坏。固态硬盘没有移动部件，即使在使用过程中受到影响，也不太容易发生操作损坏。
SSD 可为事务密集型服务器和存储应用程序提供超高性能每秒 I/O 操作 （IOPS） 和低延迟。如果在带有硬盘的系统中正确使用，它们可通过低功耗和低工作温度降低总拥有成本 （TCO）。

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2.为何选择戴尔SSD？

戴尔密切管理所有必要步骤，以便为客户提供要求苛刻的企业应用程序所需的高质量固态硬盘。

这包括：

• 初始供应商资格鉴定和持续质量测试
• 创建特定固件
• 物料清单控制和广泛的可靠性测试
• 持续的产品质量认证

所有 Dell Enterprise 固态硬盘都与 Dell Enterprise 系统精确匹配，可为客户提供理想的生产环境。硬盘行业最近呈现出供应商合并和驱动器标准化的趋势，固态硬盘则不是这种情况。市面上有许多 SSD 制造商，但戴尔无法保证使用非从戴尔购买的 SSD 的戴尔服务器上的任何级别的功能或兼容性。

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3.SSD分为哪些类型？

基于闪存的固态硬盘 （SSD） 通常表现出比硬盘驱动器 （HDD） 更低的延迟，通常可实现更快的响应时间。对于随机读取工作负载，SSD 可提供相对于硬盘更高的吞吐量。

基于NAND闪存

• SLC（即单层单元）支持每个NAND内存单元存储一位信息。SLC NAND提供相对更快的读写能力、高耐久性和相对简单的纠错算法。目前来讲，SLC是最为昂贵的NAND技术。SLC 驱动器指定每个单元持续大约 10 万次写入。而且读取不受限制。超强的耐用性让SLC驱动器更适合企业环境。可是，这种驱动器对于消费者应用可能成本过高。
• 一般而言，MLC（即多层单元）技术需要在每个单元中存储两个位，因此其稳健性会稍逊于SLC。如果一个单元丢失，则丢失两个位。对于MLC驱动器，每个单元的额定寿命为3,000至5,000次写入。这些驱动器具有更大的容量，而且价格更低。基于 MLC 的 SSD 用于部署智能管理技术的企业应用，例如过量配置和耐久性管理（详见本文档后面部分）。
• eMLC（即企业级 MLC）是 MLC 技术的一种变体，它从 NAND 晶圆的最高质量部分获取，并经过独特编程以延长擦除周期。eMLC 实现了 30,000 个写入周期的耐久性级别，而一些最新的 MLC 只有 3,000 个写入周期。eMLC 做出权衡，通过放弃数据保留来实现这种耐久性。eMLC 通过延长闪存芯片的内部页面编程 （tProg） 周期来解决该问题，从而创建更好、更持久的数据写入，但降低写入性能。由于eMLC SSD的写入耐久性介于MLC和SLC之间，其价格通常也是如此。通过添加高级耐久性管理技术，此技术可以成功地用于通用企业应用程序。

基于主机接口

• SATA SSD：SATA SSD 基于行业标准 SATA 接口。SATA SSD提供了恰到好处的企业服务器性能。
• SAS SSD：SAS SSD 基于行业标准 SAS 接口。SAS SSD 结合了卓越的可靠性、数据完整性和数据故障恢复功能，可用于企业应用程序。

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4.SSD 的理想应用场景和应用有哪些？

SSD很适合需要最高性能的应用。数据库、数据挖掘、数据仓库、分析、交易、高性能计算、服务器虚拟化、Web 服务和电子邮件系统等 I/O 密集型应用程序最适合使用 SSD。

• SLC SSD是需要随机读取和密集写入的读写缓存应用的首选技术。
• eMLC SSD 日益成为处理读取和写入任务的首选，在预算紧张的情况下尤为有利。
• MLC SSD 是适用于读取密集型应用（如访问数据库表）的最具成本效益的解决方案。

SSD 类型、应用、应用场景

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5.为何将用过的驱动器与新驱动器比较时可能出现写入性能降低的情况？

SSD 驱动器适用于读取次数多而写入次数多的环境。为了使驱动器达到特定的保修期，MLC驱动器内置了耐久性管理机制。如果驱动器预计使用寿命将低于其保修期，则驱动器会使用限制机制来减慢写入速度。

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6.我拔下SSD驱动器并存储起来。如果不重新插入驱动器，我的数据预计可以在驱动器中保留多久？

它取决于闪存的使用频率（使用的P/E周期）、闪存类型和存储温度。在MLC和SLC中，这可能低至3个月，最好的情况可能超过10年。保留的时长很大程度上取决于温度和工作负荷。

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7.过度配置是什么？

过度配置是一种用于闪存SSD和闪存介质卡设计的技术。通过提供额外的内存容量（用户无法访问），SSD 控制器可以更轻松地创建可在虚拟池中使用的预擦除块。过度配置可以提高：

• 写入性能和 IOPS
• 可靠性和耐用性

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8.损耗均衡是什么？

NAND闪存容易磨损，这是由于使用闪存转换层(FTL)的数据存储应用和系统中经常执行的重复编程和擦除周期所致。不断地对同一个内存位置进行编程和擦除最终会磨损掉内存的该部分，使其变得无效。因此，NAND闪存的使用寿命有限。为了防止此类情况发生，于是在SSD内部署了特殊的算法（称为损耗均衡）。顾名思义，损耗均衡提供了一种在SSD内的所有内存块中均匀地分配编程和擦除周期的方法。这样可以防止连续地对同一个内存块进行编程和擦除，让整个 NAND 闪存的使用寿命得到延长。

耗损均衡分为“动态”和“静态”两种类型。动态磨损算法可确保数据编程和擦除周期均匀分布在NAND闪存内的所有块中。该算法是动态的，因为每次驱动器写入缓冲区中的数据被刷新并写入闪存时都会运行该算法。仅动态损耗均衡无法确保所有块都以相同的速率进行损耗均衡。还有一种特殊情况，即数据长时间或无限地写入并存储在闪存中。当其他数据块被交换、擦除和池化时，这些数据块在损耗均衡过程中保持非活动状态。为确保所有数据块以相同的速率进行损耗均衡，将部署称为静态损耗均衡的辅助损耗均衡算法。静态损耗均衡可解决处于非活动状态且其中存储有数据的数据块。

戴尔 SSD 驱动器整合了静态和动态损耗均衡算法，可确保 NAND 块均匀损耗，从而延长 SSD 的使用寿命。

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9.什么是垃圾回收？

闪存由各存储一位或多位数据的单元组成。这些单元被分组成页面（可写入数据的最小离散位置）。这些页面又集合成块（可擦除的最小离散位置）。闪存无法像硬盘驱动器那样直接改写，而必须先擦除。因此，虽然块中的空白页面可以直接写入，但是不能在事先未擦除整个页面块的情况下进行改写。

如果在使用驱动器时数据发生更改，更改的数据将写入块中的其他页面或新块。旧（过时）页面标记为无效，可通过擦除整个块进行回收。但是，要执行此操作，必须将有关该块中所有其他占用页面的任何仍然有效的信息移动到另一个块。由于将新数据写入同一块之前需要重新定位有效数据再擦除该块，这会导致写入放大；因此，闪存中所需的写入总数比主机计算机最初请求的数量多。当 SSD 忙于从必须擦除的数据块移动数据时，它还会导致 SSD 以较慢的速率执行写入操作，同时从主计算机写入新数据。

SSD 控制器使用一种称为垃圾收集的技术来释放以前写入的数据块。此过程还会合并页面，因为它需要移动并重新写入多个块中的页面来填充更少的新页面。旧块随后会被擦除，从而为新的传入数据腾出存储空间。但是，由于闪存块在发生故障之前只能写入这么多次，因此还需要对整个 SSD 进行磨损均衡，以避免任何单个块过早磨损。

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10.什么是纠错代码 （ECC）？

闪存单元随时间老化以及来自相邻闪存页面的中断都可能导致存储数据出现随机位错误。尽管任何给定数据位损坏的概率很小，但存储系统中的大量数据位使得数据损坏的可能性真实存在。

在闪存存储系统中，错误检测和纠正代码用于保护数据不受损坏。戴尔 SSD 驱动器采用业界卓越的 ECC 算法，可实现企业级不可纠正的位错误率 10-17。

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11.什么是写入放大因子 （WAF）？

写入放大因子是指SSD控制器必须写入的数据量与主机控制器需要写入的数据量之比。最理想的写入放大因子为1，即您想要写入1MB，SSD控制器便写入1MB。写入放大因子大于 1 是不可取的，但却是生活中的一个不幸事实。写入放大越高，驱动器损耗越快，性能也越低。

写入闪存
的数据---------------------------------------= 主机写入的写入放大
数据

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12.SSD驱动器执行哪些步骤来限制因过度写入导致损坏单元的可能性？

戴尔使用以下方法避免损坏闪存单元以及延长SSD驱动器的使用寿命：

• 过量配置：增加固态硬盘上的备用区域的过程。它还会增加“准备就绪可供写入”的可用资源池，从而减少写入放大。由于所需的后台数据移动更少，性能和耐久性得到了提升。
  例如，具有100GB可用容量的驱动器会具有额外28GB的隐藏容量。剩余容量将用于损耗均衡。
• 耗损均衡：戴尔 SSD 驱动器同时使用静态和动态损耗均衡技术。损耗均衡允许将数据映射到驱动器上的不同位置，以避免频繁写入同一单元。
• 垃圾收集：戴尔 SSD 驱动器采用先进的高级垃圾收集技术。“垃圾数据收集过程”消除了在每次写入之前执行整个数据块擦除的要求。此过程以“垃圾”形式累积标记要擦除的数据并执行整块擦除来回收空间，从而重复使用该块，此过程通常在驱动器I/O较低时在后台执行。
• 数据缓冲和缓存：戴尔 SSD 驱动器使用 DRAM 进行数据缓冲区缓存，以更大限度地减少写入放大，从而降低因过度写入导致损坏单元的可能性。

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13.如何计算SSD有效使用寿命？

SSD 的使用寿命由三个关键参数决定;SSD NAND 闪存技术、驱动器容量和应用程序使用模式。通常，可以使用以下生命周期计算器来计算驱动器的持续时间。

寿命 [年] = （耐用性 [P/E 周期] * 容量 [物理， 字节] * 过量配置系数） / （写入速度 [bps] * 占空比 [周期] * 写入百分比 * WAF） / （36 *24* 3,600）

参数：

• 耐久性，NAND P/E 周期：SLC 为 10 万次、eMLC 为 3 万次、MLC 为 3000 次
• 容量：SSD 可用容量
• 过量配置系数：过量配置 NAND 百分比
• 写入速度：

写入速度（字节/秒）：

• 占空比：使用占空比
• 写入百分比：SSD 使用期间的写入百分比
• WAF：基于应用程序用例计算的控制器写入放大因子

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14.什么是 TRIM/UNMAP，戴尔企业级 SSD 驱动器是否支持它？

某些操作系统支持 TRIM 功能，该功能可将已删除的文件转换为存储设备 （SSD） 上的关联逻辑块地址 （LBA）。对于SATA，该命令也称为TRIM；对于SAS，该命令称为UNMAP。TRIM/UNMAP 命令通知驱动器它不再需要某些 LBA 中的数据，这将释放几个 NAND 页面。

TRIM/UNMAP 命令必须受操作系统、驱动器和控制器支持才能运行。TRIM/UNMAP命令可能会因减少垃圾收集期间需要重写的数据以及驱动器上产生的更高可用空间而提高SSD性能。当前发货的戴尔企业驱动器具有足够高的性能和耐用性，因此，即使操作系统支持，它们也尚不支持这些命令。这些功能将在后续的戴尔 SSD 产品中推出。

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15.SSD如何保持数据完整性？

使用以下方法维护戴尔 SSD 驱动器数据完整性：

• 功能强大的ECC
• 数据路径CRC保护
• 多个元数据和固件拷贝
• 元数据校验和保护
• 功能强大的电压线路设计，可以确保NAND闪存电源稳定

意外断电保护
与硬盘相比，固态硬盘的抗冲击能力更强，消耗的电量更少，访问速度更快，而且读取性能更好。但是，如果突然断电，某些 SSD 设计存在数据和文件系统损坏的难题。有效的电源故障数据保护机制必须在中断性电源故障之前和之后发挥作用，才能提供全面的数据保护。
Dell Enterprise SSD 包含基于硬件和固件的电源故障数据保护功能。它们包括一种电源故障检测电路，后者可以监控电源电压，电压一旦降至预定义的阈值就会向SSD控制器发送信号。此后会触发SSD从输入电源断开连接，同时启动将临时缓冲数据和元数据移动到NAND闪存所需的步骤。内置电源保持电路和电容器，可为此操作提供足够的能量。保持电容器从多方面过度配置，以保证有足够的能量支持驱动器。

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16.SSD如何清理？

SSD可以通过多次改写整个驱动器容量进行清理。戴尔正在研究未来版本的自加密驱动器 （SED） SSD 上的安全擦除和自加密功能。这些技术可以更快、更高效地清理 SSD。

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17. 建议的应用程序调整和操作系统设置是什么？

• 协调的 I/O：协调的 I/O 会对 SSD 的性能和耐用性产生巨大影响。SSD 协调的 I/O 可提高设备管理 NAND 写入的效率，还可以通过减少导致在 SSD 上后台进行额外写入的读取-修改-写入操作数量来提高 SSD 耐久性。
• 可变队列深度：队列深度是系统和存储设备的一个重要因素。通过增加SSD设备的队列深度支持更高效地处理写入操作，可以提高效率，而且还能帮助减少对SSD耐久性有影响的写入放大。
• 使用 TRIM：请参阅第 15 节。
• 禁用磁盘碎片整理：在磁性驱动器上，碎片整理可以让驱动器的数据扇区彼此靠近，从而提高性能。但是，在固态硬盘上，让数据靠近没有区别，因为无论数据位于何处，SSD 都可以以相同的速度访问数据。因此，SSD的碎片整理不是必需的，可能会导致额外的不必要的NAND损耗。
• 禁用索引建立：索引通常会加快硬盘搜索速度。不过对SSD并没有帮助。因为建立索引会不断地尝试维护系统上文件及其属性的数据库，这些操作需要进行大量的小型写入，而这正是SSD的短板。但是，SSD 确实擅长读取，因此即使没有索引，驱动器也可以快速访问数据。

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18.耐久性管理是什么？

使用耐久性管理算法，可以确保驱动器保修时间期内有足够的编程/擦除(P/E)周期。如果驱动器写入量很大，固件会限制写入。但是，在预期应用下使用 SSD 时，客户很少看到性能节约。

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19.戴尔SSD有哪些保修条款？

1. SATA、SAS、NVMe （U.2） SSD — 服务器产品中使用的驱动器**享有 3 年的保修期。如果有 ProSupport 或更高级别的保修，则可以扩展到服务器的整个长度。
2. NVMe （PCIe） SSD - 服务器产品中使用的驱动器享有服务器长达 5 年的保修期。如果有 ProSupport 或更高级别的保修，则可以扩展到服务器的整个长度。
   1. 作为 Dell Technologies 组件购买的企业级 SATA、SAS 和 NVMe SSD （U.2）：
      • 除非随单独的服务选项（如 ProSupport 或 ProSupport 服务）一起购买，否则服务器 PowerEdge 产品不符合购买自原始发货日期起 3 年以上的延长保修的条件。
      • 存储产品遵循系统的保修期，而不是更长的保修期，例如，如果系统有 3 年保修期，则 SSD 的保修期也是 3 年，而不是更长。与服务器一起销售时，其保修期不超过 3 年。ProSupport 合同（或更高级别）将保修期延长至服务器保修期。
   2. PowerEdge Express Flash PCI Express （PCIe） SSD 设备 享有随附 PowerEdge Express Flash PCIe SSD 设备的戴尔系统的有限硬件保修期限。除非随单独的服务选项（如 ProSupport 或 ProSupport Plus 服务）一起购买，否则 PowerEdge Express Flash PCIe SSD 设备不符合购买自原始发货日期起超过 5 年的延长保修条件。

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