PowerEdge：固態硬碟常見問答集，含伺服器和儲存裝置。

本文提供有關 Dell 固態硬碟 (SSD) 的常見問題 (FAQ) 清單。

目錄：

1. 為何選擇固態硬碟？
2. 為何選擇 Dell 固態硬碟？
3. 固態硬碟有哪些類型？
4. 固態硬碟的最佳使用案例和應用是什麼？
5. 為什麼將二手磁碟機與新磁碟機進行比較時，可能會發現寫入效能有所降低？
6. 資料保留：我已拔下固態硬碟的插頭，並將其儲存起來。若未將磁碟機重新插回，我能預計資料可保留多久時間？
7. 什麼是過度佈建？
8. 什麼是耗損平均技術？
9. 什麼是垃圾收集？
10. 什麼是錯誤校正碼 (ECC)？
11. 什麼是寫入放大係數 (WAF)？
12. 固態硬碟會採取哪些步驟來限制因寫入過多而損壞單元的可能性？
13. 如何計算固態硬碟實用的使用壽命？
14. 什麼是 TRIM UNMAP，Dell Enterprise 固態硬碟是否提供支援？
15. 固態硬碟如何維護資料完整性？
16. 固態硬碟如何清理？
17. 建議的應用程式調整和作業系統設定是什麼？
18. 什麼是耐用度管理？
19. Dell 固態硬碟有哪些保固？

詞彙表：

資料保留：
資料保留是指 ROM 保持精確可讀取的時間範圍。當晶片未處於電源偏差狀態時，單元會維持其程式設計的狀態多久時間。資料保留對於放置在快閃單元上的程式/清除 (P/E) 週期數目很敏感，同時也取決於外部環境。高溫往往會縮短保留期間。執行的讀取週期數目也會降低此保留期間。

程式/清除 (P/E) 週期：
在 NAND 快閃中，儲存是使用形成 NAND 閘的浮閘電晶體來執行。因此，位元的非程式化狀態為 1，而程式設計作業則會將電量注入浮閘，其產生的位元則會變成 0。對應的作業會清除、擷取儲存的電量，並將狀態還原為 1。清除和程式作業本身會導致氧化層降級，進而隔離浮閘。這是 NAND 快閃生命週期有限的原因 (SLC 通常為 30K-1M 程式/清除週期、MLC 為 2.5K-10K 程式/清除週期、 eMLC為 10K-30K 程式/清除週期)。

快閃轉譯層 (FTL)：
快閃轉譯層是用於運算的軟體層，可支援具有快閃記憶體的一般檔案系統。 FTL 是磁區式檔案系統和 NAND 快閃晶片之間的轉譯層。它可讓作業系統和檔案系統存取 NAND 快閃記憶體裝置作為存取磁碟機。透過提供邏輯區塊介面到快閃記憶體裝置， FTL 會藉此隱藏快閃記憶體的複雜性。由於快閃記憶體不支援就地覆寫快閃記憶體頁面， FTL 會將邏輯區塊對應至實體快閃記憶體頁面並清除區塊。

中繼資料：
中繼資料用於管理 NAND 快閃記憶體中儲存的資訊或資料。中繼資料通常包括儲存資訊的邏輯到實體位址的對應表、儲存資訊屬性的資訊，以及可協助管理儲存資訊的任何其他資料。

虛擬集區：
虛擬集區是一組準備程式化的 NAND 清除區塊。

1.為何選擇固態硬碟？

與使用正在旋轉的碟盤來儲存資料的硬碟機 (硬碟) 不同，固態硬碟 (SSD) 使用固態記憶體 NAND 晶片。硬碟有幾種不同的機械移動零件，容易在處理時受損。固態硬碟沒有可移動的零件，因此即使在使用期間受到衝擊，也較不容易因處理不慎而損壞。
固態硬碟可對於交易密集的伺服器和儲存應用程式提供超高效能的每秒 I/O 作業 (IOPS) 和極低的延遲時間。在配備硬碟的系統中妥善使用，可透過低耗電量和低作業溫度降低總體擁有成本 (TCO)。

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2.為何選擇 Dell 固態硬碟？

Dell 會嚴格管理所有必要步驟，為客戶提供要求需求量大的企業級應用程式所需的高品質固態硬碟。

這包括：

• 初始供應商資格和持續的品質測試
• 建立特定韌體
• 材料單控制和廣泛的可靠性測試
• 持續進行產品品質認證

所有 Dell Enterprise 固態硬碟的研發是為了精確符合 Dell Enterprise 系統，並為客戶提供最佳的生產環境。硬碟產業最近整合了供應商和磁碟機的標準化。固態硬碟的情況並非如此。固態硬碟製造廠商有許多家，Dell 無法保證使用非向 Dell 購買的固態硬碟在 Dell 伺服器上可提供任何等級的功能或相容性。

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3.固態硬碟有哪些類型？

以快閃記憶體為基礎的固態硬碟一般比硬碟機 (硬碟) 的延遲更低，通常可縮短回應時間。針對隨機讀取工作負載，固態硬碟相對於硬碟能提供較高的輸送量。

以 Nand 快閃記憶體為基礎

• SLC 或單層單元可讓您儲存每個 NAND 記憶體單元的一個位元資訊。SLC NAND 提供相對快速的讀取和寫入功能、高耐用度，以及相對簡單的錯誤修正演算法。SLC 通常是最昂貴的 NAND 技術。使用 SLC 磁碟機時，每個單元會指定持續約 100K 次寫入。讀取不受限制。SLC 磁碟機因其耐用性高，更適合企業環境。在消費者應用方面，其成本可能令人卻步。
• MLC (或多層單元) 技術一般不如 SLC 健全，因為每個單元中儲存了兩個位元。如果一個單元遺失，將會遺失兩個位元。使用 MLC 磁碟機時，每個單元會指定持續 3,000 to 5,000 次寫入。磁碟機提供更大的容量，而且價格較低。MLC 型固態硬碟用於部署智慧型管理技術的企業應用程式，例如過度佈建和耐用性管理 (稍後在文件中定義)。
• eMLC或企業 MLC 是 MLC 技術的其中一種，從 NAND 晶圓的最高品質部分擷取，並以獨特的程式設計來增加清除週期。 eMLC 可達到 30,000 個寫入週期的耐用性等級，而有些最新 MLC 只有 3,000 個寫入週期。 eMLC 會放棄資料保留，藉以保留此耐用性。 eMLC 可透過加長快閃記憶體晶片的內部頁面程式設計 (tProg) 週期來解決此問題，這會產生更好、更持久的資料寫入，但會降低寫入效能。由於 eMLC 固態硬碟的寫入耐用性介於 MLC 和 SLC 之間，其價格通常介於這兩種類型之間。藉由新增進階耐用性管理技術，這項技術便可成功用於一般用途的企業應用程式。

根據主機介面

• SATA 固態硬碟：SATA 固態硬碟是以業界標準 SATA 介面為基礎。SATA 固態硬碟可為企業伺服器提供合理的效能。
• SAS 固態硬碟：SAS 固態硬碟是以業界標準 SAS 介面為基礎。SAS 固態硬碟結合了卓越的可靠性、資料完整性及資料故障復原，因此適用於企業應用程式。

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4.固態硬碟的最佳使用案例和應用是什麼？

固態硬碟最適合需要最高效能的應用。資料庫、資料採礦、資料倉儲、分析、交易、高效能運算、伺服器虛擬化、Web 服務和電子郵件系統等 I/O 密集型應用最適合使用固態硬碟。

• SLC 固態硬碟是寫入快取和讀取快取應用偏好的技術，此技術會隨機讀取和密集寫入。
• 處理讀取和寫入時，eMLC 固態硬碟將日益成為偏好的選項，在預算緊縮時尤其有利。
• MLC 固態硬碟是讀取密集型應用 (例如存取資料庫表格) 最具成本效益的解決方案。

固態硬碟類型，應用，使用案例

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5.為什麼將二手磁碟機與新磁碟機進行比較時，可能會發現寫入效能有所降低？

固態硬碟用於執行大部分讀取與寫入的環境中。為了讓磁碟機持續運轉至特定的保固期，MLC 磁碟機內建耐用性管理機制。如果磁碟機預估使用壽命將無法達到其保固要求，則磁碟機會使用節流機制來減緩寫入速度。

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6.我已拔下固態硬碟的插頭，並將其儲存起來。若未將磁碟機重新插回，我能預計資料可保留多久時間？

這取決於快閃的使用頻率 (使用的 P/E 週期)、快閃類型和儲存溫度。在 MLC 和 SLC 中，最短可達 3 個月，最佳案例可為 10 年以上。保留高度依賴溫度和工作負載。

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7.什麼是過度佈建？

過度佈建是一種用於設計快閃固態硬碟和快閃媒體卡的技術。透過提供額外的記憶體容量 (使用者無法存取)，固態硬碟控制器可以更輕鬆地建立已預先清除的區塊，以便用於虛擬集區。過度佈建可改善：

• 寫入效能與 IOPS
• 可靠性和耐用性

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8.什麼是耗損平均技術？

NAND 快閃記憶體可能因為重複的程式和清除週期而容易耗損，這些週期通常會在使用快閃轉譯層 (FTL) 的資料儲存應用程式和系統中執行。持續的程式設計和清除到相同的記憶體位置，最終會使該部分的記憶體耗損，並使其無效。因此造成 NAND 快閃的使用壽命有限。為防止發生此類情況，稱為耗損平均技術的特殊演算法已在固態硬碟中部署。耗損平均技術顧名思義可為在固態硬碟內的所有記憶體區塊提供一種統一分配程式和清除週期的方法。這可防止連續的程式和清除週期至相同的記憶體區塊，進而延長整體 NAND 快閃記憶體的使用壽命。

耗損平均技術有兩種類型：動態和靜態。動態耗損演算法可保證資料程式和清除週期會平均分佈在 NAND 快閃內的所有區塊中。此演算法為動態，因為每次磁碟機寫入緩衝區中的資料被排清並寫入快閃記憶體時，都會執行此演算法。僅動態耗損平均技術無法確保所有區塊都以相同的速率進行耗損平均。資料長時間或無限期地寫入和儲存在快閃中時，也會發生特殊情況。當其他區塊正在進行交換、清除和放入集區時，這些區塊在耗損平均技術程序中仍為非使用中。為了確保所有區塊的耗損平均技術速度相同，我們已部署一種稱為靜態耗損平均技術的次要耗損平均技術演算法。靜態耗損平均技術可處理非使用中的區塊，並將資料儲存在其中。

Dell 固態硬碟磁碟機結合了靜態和動態耗損平均技術演算法，以確保 NAND 區塊的耗損平均，並延長固態硬碟的使用壽命。

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9.什麼是垃圾收集？

快閃記憶體是由各會儲存一或多個資料位元的單元所組成。這些單元會分組到頁面中，這些頁面是資料可寫入的最小獨立位置。頁面會收集到區塊中，這些區塊是可清除的最小獨立位置。快閃記憶體無法像硬碟機一樣直接覆寫；必須先加以清除。因此，雖然可以直接寫入區塊中的空白頁面，但不先清除整個頁面區塊，就無法覆寫。

使用磁碟機時，資料會變更，且變更的資料會寫入區塊中的其他頁面或至新區塊。舊的 (過時) 頁面會標示為無效，並可透過清除整個區塊來回收。然而，若要執行此作業，區塊中所有其他已佔用頁面上任何仍然有效的相關資訊都必須移至另一個區塊。在將新資料寫入相同區塊之前，若必須重新放置有效資料，然後清除區塊，則會導致寫入放大；快閃記憶體所需的寫入總數高於最初要求的主機電腦。當固態硬碟正忙著從主機電腦同時寫入新資料時，將資料從必須清除的區塊中移動時，也會導致固態硬碟以較慢的速度執行寫入作業。

固態硬碟控制器使用一種稱為垃圾收集的技術來釋放先前寫入的區塊。此程序也會透過從多個區塊移動和重寫頁面來整合頁面，以填入較少的新區塊。接著會清除舊區塊，為新傳入資料提供儲存空間。但是，由於快閃記憶體區塊只能在故障前寫入這麼多次，因此必須也為整個固態硬碟進行耗損平均，以避免過早耗損任何單一區塊。

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10.什麼是錯誤校正碼 (ECC)？

快閃記憶體單元會隨時間惡化，再加上來自相鄰快閃記憶體頁面的中斷，可能會導致儲存資料中發生隨機位元錯誤。雖然任何特定資料位元損毀的機率較小，但儲存系統中大量的資料位元使得資料損毀很有可能發生。

快閃記憶體儲存系統中會使用錯誤偵測和錯誤校正碼來保護資料免於損毀。Dell 固態硬碟配備業界最先進的 ECC 演算法，可達到企業級無法修正的位元錯誤率 10-17。

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11.什麼是寫入放大係數 (WAF)？

寫入放大係數是固態硬碟控制器必須寫入的資料量，與主機控制器想要寫入的資料量相關。寫入放大係數為 1 時是完美的，這表示您想要寫入 1MB，而固態硬碟的控制器則寫入 1MB。寫入放大係數大於一並不理想，但可惜這是實際的狀況。寫入放大越高，磁碟機耗損的速度越快，效能也會越低。

寫入快閃記憶體的資料
--------------------------------------- = 寫入放大
由主機寫入的資料

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12.固態硬碟會採取哪些步驟來限制因寫入過多而損壞單元的可能性？

Dell 使用下列方法，以避免損壞快閃記憶體單元並延長固態硬碟的使用壽命：

• 過度佈建：增加固態硬碟上備援區域的程序。它會增加可用的「準備寫入」資源池，進而減少寫入放大。由於的背景資料移動需求較少，效能和耐用度因此會提升。
  例如，具有 100 GB 可用容量的磁碟機會有額外 28 GB 的隱藏容量。剩餘的容量將用於耗損平均技術。
• 耗損平均技術：Dell 固態硬碟採用靜態和動態兩種耗損平均技術。耗損平均技術可讓資料對應到磁碟機上不同的位置，以避免頻繁寫入相同的單元。
• 垃圾收集：Dell 固態硬碟配備先進的進階層級垃圾收集技術。「垃圾收集程序」不需要在每次寫入之前清除整個區塊。它會將標示為清除的資料累積為「垃圾」，並執行整個區塊清除作為空間回收，以重複使用區塊，通常會在磁碟機未忙於 I/O時，將此作業做為背景程序執行。
• 資料緩衝與快取：Dell 固態硬碟使用 DRAM 作為資料緩衝快取，以將可能因寫入過多而損壞單元的寫入放大最小化。

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13.如何計算固態硬碟實用的使用壽命？

固態硬碟的使用壽命由三個關鍵參數所規範；固態硬碟 NAND 快閃技術、磁碟機的容量和應用程式使用模式。一般來說，可以使用下列生命週期計算機來計算磁碟機的持續時間。

壽命 [年] = (耐用度 [P/E 週期] * 容量 [實體，位元組] * 過度佈建係數) / (寫入速度 [Bps] * 耐用性週期 [週期] * 寫入 % * WAF) / (36 *24* 3,600)

參數：

• 耐用度， NAND P/E 週期：100K SLC、30K eMLC、3K MLC
• 容量：固態硬碟可用的容量
• 過度佈建係數：過度佈建 NAND 百分比
• 寫入速度：

每秒位元組的寫入速度：

• 耐用性週期：使用耐用性週期
• 寫入 %：固態硬碟使用期間的寫入百分比
• WAF：根據應用程式使用案例計算的控制器寫入放大係數

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14.什麼是 TRIM/UNMAP，Dell Enterprise 固態硬碟是否提供支援？

特定作業系統支援 TRIM 功能，可將刪除的檔案轉換為儲存裝置 (固態硬碟) 上相關的邏輯區塊位址 (LBA)。SATA 的命令也稱為 TRIM，SAS 的命令稱為 UNMAP。可使用 TRIM/UNMAP 命令來通知磁碟機它不再需要某些 LBA 中的資料，而這會釋出數個 NAND 頁面。

作業系統、磁碟機和控制器必須支援 TRIM/UNMAP 命令才能正常運作。TRIM/UNMAP 命令可能會因為垃圾收集期間需要重新寫入的資料減少，以及磁碟機產生的可用空間提高，而使得固態硬碟效能提高。目前出貨的 Dell Enterprise 磁碟機具備夠高的效能和耐用度，因此它們尚未支援這些命令，即使作業系統有提供支援。後續的 Dell 固態硬碟產品會調查這些功能。

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15.固態硬碟如何維護資料完整性？

使用下列方法維護 Dell 固態硬碟的資料完整性：

• 強大的 ECC
• 資料路徑 CRC 保護
• 多個中繼資料和 FW 複本
• 中繼資料檢查總和保護
• 強大的電壓軌設計，可確保 NAND 快閃記憶體供電穩定

突然電力中斷保護
與硬碟相比，固態硬碟在防撞擊時更為堅固耐用、耗電量較低、存取時間更快，且讀取效能更優異。然而，某些固態硬碟設計在突然電力中斷的情況下，會面臨資料和檔案系統損毀的挑戰。有效的電源故障資料保護機制必須在造成干擾的電源故障之前與之後運作，才能提供全方位的資料保護。
Dell Enterprise 固態硬碟包含硬體和韌體式電源故障資料保護功能。其中包括一個電源故障偵測電路，可監控電壓供應器，如果電壓下降到低於預先定義的閾值，則會傳送訊號給固態硬碟控制器。這會觸發固態硬碟中斷輸入電源的連線，並啟動必要步驟，將暫時緩衝資料和中繼資料移至 NAND 快閃記憶體。已實作內建電源滯留電路和電容器，以提供足夠的電量來進行此作業。滯留電容器會多次過度佈建，以保證磁碟機使用壽命有足夠的電量。

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16.固態硬碟如何清理？

固態硬碟可透過寫入整個磁碟機容量數次以執行清理。Dell 正在調查自我加密磁碟機 (SED) 固態硬碟上的安全清除和自我加密功能，以供日後版本使用。這些技術能讓您以更快速且有效率的方式清理固態硬碟。

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17. 建議的應用程式調整和作業系統設定是什麼？

• 對齊 I/O：對齊 I/O 可能會對固態硬碟效能和耐用度產生巨大影響。固態硬碟的對齊 I/O 可為裝置提供管理 NAND 寫入的效率，也可透過減少讀取-修改-寫入作業的次數來提高固態硬碟的耐用度，因為這些作業會在固態硬碟的背景中產生額外的寫入。
• 不同的佇列深度：佇列深度是系統和儲存裝置的重要係數。增加固態硬碟裝置的佇列深度可提高效率，進而提高寫入作業的處理效率，同時有助於減少可能影響固態硬碟耐用度壽命的寫入放大功能。
• 使用 TRIM：請參閱章節 15.
• 停用磁碟重組：在磁碟機上，磁碟重組會造成資料磁區彼此接近而改善效能。然而，在固態硬碟上，將資料彼此接近並不會有差異，因為固態硬碟無論位於何處，都能以相同的速度存取資料。因此，固態硬碟不需要重組，重組可能會導致不必要的額外 NAND 耗損。
• 停用索引：索引通常可加快在硬碟上的搜尋速度。但是，這並不適用於固態硬碟。由於索引會不斷嘗試維護系統上檔案的資料庫及其屬性，因此會導致大量小型寫入，這不是固態硬碟擅長的作業。但是，固態硬碟在讀取方面表現優異，因此即使沒有索引，磁碟機也能快速存取資料。

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18.什麼是耐用度管理？

使用耐用度管理演算法可確保在磁碟機的保固期間內，有足夠的程式/清除 (P/E) 週期可供使用。如果磁碟機大量寫入，韌體會限制寫入。但是，當固態硬碟在預期的應用下使用時，客戶很少會看到效能節流。

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19.Dell 固態硬碟有哪些保固？

1. SATA、SAS、NVMe (U.2) SSD - 在伺服器產品中使用的磁碟機** 享有 3 年保固。如果有 ProSupport 或更高等級的保固，則可將保固延長至伺服器的完整壽命。
2. NVMe (PCIe) SSD - 在伺服器產品中使用的磁碟機享有伺服器保固，最長可達 5 年。如果有 ProSupport 或更高等級的保固，則可將保固延長至伺服器的完整壽命。
   1. 作為 Dell Technologies 元件購買的企業級 SATA、SAS 及 NVMe 固態硬碟 (U.2)：
      • 除非購買個別服務方案 (例如 ProSupport 或 ProSupport Services)，否則不能為伺服器 PowerEdge 產品購買超過原始出貨日 3 年的保固範圍。
      • 儲存產品遵循系統的保固，而非更長時間，例如，如果系統有 3 年的保固，則固態硬碟的保固也是 3 年，而非更長時間。當與伺服器一起出售時，其保固不超過 3 年。ProSupport 合約 (或更高等級) 會將保固延長至伺服器的保固期限。​​​​​​​
   2. PowerEdge Express Flash PCI Express (PCIe) SSD 裝置均以隨附 PowerEdge Express Flash PCIe 固態硬碟裝置的 Dell 系統之有限硬體保固範圍為準。除非購買個別服務方案 (例如 ProSupport 或 ProSupport Plus 服務)，否則 PowerEdge Express Flash PCIe 固態硬碟裝置不符合購買自原出貨日期起超過 5 年保固的資格。

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