PowerEdge：用于服务器和存储时的固态硬盘常见问题。

本文提供了有关戴尔固态驱动器 (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. 最佳的 SSD 用例和应用是什么？
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. 垃圾回收是什么？
10. 错误纠正代码 (ECC) 是什么？
11. 写入放大因子 (WAF) 是什么？
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/UNMAP，戴尔企业 SSD 驱动器是否支持这种功能？
15. SSD如何保持数据完整性？
16. SSD如何清理？
17. 推荐的应用程序优化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。数据保留很大程度上取决于闪存单元的编程/擦除 (P/E) 周期数，同时也与外部环境相关。高温往往会缩短保留持续时间。已执行的读取周期数量也可能使此保留降级。

编程/擦除 (P/E) 周期：
在 NAND 闪存中，存储通过构成与非门的浮栅晶体管来实现。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。这便是 NAND 闪存使用寿命有限的原因所在（通常，SLC 的编程/擦除周期数为 3-100 万次；MLC 的编程/擦除周期数为 2500-10000 次； eMLC的编程/擦除周期数为 10000-30000 次）。

闪存转换层 (FTL)：
闪存转换层是用于计算的软件层，可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。它使操作系统和文件系统能够像访问磁盘驱动器一样访问 NAND 闪存设备。通过 FTL 提供闪存设备的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。元数据通常包括关于下列内容的逻辑至物理地址映射表：存储信息、存储信息的属性信息及其他可帮助管理存储信息的数据。

虚拟池：
虚拟池是一组可供编程的 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（硬盘）不同，固态驱动器 (SSD) 使用固态内存 NAND 芯片。硬盘具有一些活动的机械部件，因此很容易被损坏。固态硬盘没有活动部件，即使在使用过程中受到撞击，也不那么容易损坏。
SSD 为事务处理密集型服务器和存储应用提供超高性能的每秒 I/O 操作次数 (IOPS) 和极低的延迟。得益于低功耗和低工作温度等特性，在具有硬盘的系统中适当搭配固态硬盘，可以有效降低总拥有成本 (TCO)。

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2.为何选择戴尔SSD？

戴尔严格管理向客户提供要求严苛的企业应用所需的高质量固态硬盘所需经历的每一个步骤。

这包括：

• 初始供应商资格鉴定和持续质量检测
• 创建特定固件
• 物料清单控制和范围广泛的可靠性检测
• 持续产品质量认证

所有戴尔企业固态驱动器都与戴尔企业系统精确匹配，可以为客户提供最理想的生产环境。硬盘行业最近呈现出供应商合并和驱动器标准化的趋势，但固态驱动器行业并未出现这种现象。由于 SSD 制造商众多，如果在戴尔服务器上使用的 SSD 不是购买自戴尔，那么戴尔将无法保证任何级别的功能或兼容性。

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3.SSD分为哪些类型？

一般来说，基于闪存的 SSD 延迟比硬盘驱动器（硬盘）更低，响应速度通常也更快。就随机读取工作负荷而言，SSD 可以提供比硬盘高的吞吐量。

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 驱动器的每个单元大约可以支持 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。假如一个单元丢失，即表示丢失了两个位。MLC 驱动器的每个单元大约可以支持 3,000 至 5,000 次写入。这种驱动器可提供更大的容量，而且更为便宜。基于 MLC 的 SSD 适用于部署智能管理技术的企业应用，例如过度配置和耐久性管理（后文有介绍）。
• eMLC或企业 MLC 是 MLC 技术的一种变体，它汇聚了最优质的 NAND 晶片，经过独特编程后可以增加擦除周期。 eMLC 的耐久性级别达到 30,000 次写入周期，然而有些最新的 MLC 还只有 3,000 次写入周期。 eMLC 也是经过权衡后才达到这种耐久性级别，因为它舍弃了数据保留。不过，为了解决这种问题， eMLC 延长了闪存芯片内部页面编程 (tProg) 周期，这样可以创建更优质、更持久的数据写入，但会使写入性能降低。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，让这种技术的驱动器成为一般用途的企业应用的理想之选。

基于主机接口

• SATA SSD：SATA SSD 基于行业标准的 SATA 接口。SATA SSD提供了恰到好处的企业服务器性能。
• SAS SSD：SAS SSD 基于行业标准的 SAS 接口。SAS SSD 具备卓越的可靠性、数据完整性和数据故障恢复等特性，使得它很适合企业应用。

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4.最佳的 SSD 用例和应用是什么？

SSD很适合需要最高性能的应用。SSD 是 I/O 密集型应用（如数据库、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）的最理想选择。

• 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 日益成为读写处理环境的首选选项，预算紧张的条件下尤为如此。
• MLC SSD 是适用于读取密集型应用（如访问数据库表）的最经济解决方案。

SSD 类型、应用、用例

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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 驱动器适用于读取比写入多的环境。为了让驱动器达到特定保修期，MLC 驱动器具有内置的耐久性管理机制。如果驱动器预计使用寿命将低于其保修期，则驱动器会使用节流机制来降低写入速度。

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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？

相关因素有很多，比如闪存使用次数（已使用的P/E周期数）、闪存类型和存储温度。在 MLC 和 SLC 中，最短可能只有 3 个月，最长可能超过 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（用户无法访问这部分容量），SSD 控制器可以更轻松地创建要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。FTL）时，此方法起作用。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向 SSD 中的所有内存块均匀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。动态磨损算法可以确保向 SSD 内的所有块均匀分配数据编程和擦除周期。这种算法是动态的，因为每当驱动器写缓存中的数据被刷新并写入闪存时都会运行这种算法。仅动态损耗均衡并不能确保所有块的损耗速度达到均衡。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。当其他块频繁被交换、擦除和池化时，这些块在损耗均衡流程中保持非活动状态。于是，为了确保所有数据块的损耗速度达到均衡，还部署了一种辅助损耗均衡算法（称为静态损耗均衡）。静态耗损均衡负责处理处于非活动状态但有存储数据的块。

戴尔 SSD 驱动器整合了静态和动态耗损均衡算法，以确保 NAND 块耗损均匀，从而让 SSD 的使用寿命得到延长。

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9.垃圾回收是什么？

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（原来的）页面将被标记为无效，可以通过擦除整个块进行回收。不过，要执行此操作，该块中所有其他已占用的页面上任何仍有效的信息都必须移动到其他块上。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。如果 SSD 忙于移动待擦除块中的数据，又要并发写入来自主机计算机的新数据，那么，这种需求还会导致 SSD 执行写入操作的速度变慢。

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。然而，由于闪存块在出现故障之前只能写入这么多次，因此对整个 SSD 进行耗损均衡以避免过早磨损任何一个块也很重要。

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10.错误纠正代码 (ECC) 是什么？

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。尽管任何指定数据位被损坏的概率小，但存储系统中数量庞大的数据位让这种数据损坏的可能性是真实存在的。

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 驱动器采用业界最顶尖的 ECC 算法，可以实现企业级不可纠正的位错误率 10-17。

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11.写入放大因子 (WAF) 是什么？

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 虽非理想数字，却是不争的事实。写入放大越高，驱动器损耗得越快，性能也会更低。

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

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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：此过程会增加固态硬盘上的备用空间。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 驱动器使用静态和动态耗损均衡技术。损耗均衡允许数据映射到驱动器上的不同位置，避免对同一单元的写入频率过高。
• 垃圾收集：戴尔 SSD 驱动器采用尖端的高级垃圾收集技术。“垃圾回收过程”可以消除每次写入之前擦除整个块的需求。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。 I/O。
• 数据缓冲和高速缓存：戴尔 SSD 驱动器将 DRAM 用于数据缓冲器，通过高速缓存以最大限度减少写入放大，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 的有效使用寿命取决于三个关键参数：SSD NAND 闪存技术、驱动器容量和应用程序使用模式。一般而言，以下生命周期计算器可用于推算驱动器还能使用多久。

使用寿命 [年] = (耐久性 [P/E 周期] * 容量 [物理, 位] * 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：

以每秒字节数表示的写入速度：

• 占空比：使用占空比
• 写入百分比：SSD 使用期间写入所占的百分比
• 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 SSD 驱动器是否支持这种功能？

某些操作系统支持 TRIM 功能，也就是将已删除的文件转换为存储设备 (SSD) 上关联的逻辑块地址 (LBA)。对于 SATA，该命令也称为 TRIM；对于 SAS，该命令称为 UNMAP。而 TRIM/UNMAP 命令向驱动器发出通知，它不再需要特定 LBA 中的数据，这将会释放一些 NAND 页面。

TRIM/UNMAP 命令必须得到操作系统、驱动器和控制器的支持才能正常工作。TRIM/UNMAP 命令不仅能提高 SSD 性能（可以减少垃圾回收期间要重新写入的数据），还能增加驱动器上的可用空间。当前发货的戴尔企业驱动器具有足够高的性能和耐久性，因此即便操作系统支持，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？

戴尔 SSD 驱动器使用以下方法保持数据完整性：

• 功能强大的ECC
• 数据路径CRC保护
• 多个元数据和固件复制
• 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，固态硬盘的抗电击能力更强，所需电量更少，访问时间更短，而且具备更加卓越的读取性能。但是，某些 SSD 设计可能存在电源突然中断时出现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破坏性电源故障之前和之后发挥作用，以提供全面的数据保护。
戴尔企业 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。所实施的板载电源保持电路和电容器可以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。戴尔正在为将来版本研发自加密驱动器 (SED) SSD 上的安全擦除和自加密功能。这些技术将实现更快、更高效的 SSD 清理方法。

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17. 推荐的应用程序优化和操作系统设置是什么？

• 协调的 I/O：协调的 I/O 对 SSD 性能和耐久性影响重大。协调的 SSD I/O 让设备可以更高效地管理 NAND 写入，同时还能通过减少读取-修改-写入操作（这种操作需要在 SSD 上后台进行额外的写入）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：请参见第 15 部分。
• 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。可是在固态硬盘上，让数据彼此靠近并不会带来什么优势，因为数据位置对 SSD 的数据访问速度完全没有影响。因此，对 SSD 进行碎片整理是没有必要的，它可能会造成不必要的额外 NAND 损耗。
• 禁用索引建立：建立索引通常可加快硬盘上的搜索速度，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。不过，SSD 却很擅长读取；因此，这种驱动器即便没有索引也能快速访问数据。

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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。如果驱动器存在繁重的写入负荷，固件限制写入。但是，客户很少会看到预期应用下使用的 SSD 出现性能节制。

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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 年的保修服务。如果服务器享有 ProSupport 或更高级别的保修服务，则其保修期可延长至服务器的整个使用期限。
2. NVMe (PCIe) SSD - 服务器产品中使用的驱动器享有服务器保修服务，最长可达 5 年。如果服务器享有 ProSupport 或更高级别的保修服务，则其保修期可延长至服务器的整个使用期限。
   1. 作为 Dell Technologies 组件购买的企业级 SATA、SAS 和 NVMe SSD (U.2)：
      • 除非与单独的服务选项（如 ProSupport 或 ProSupport 服务）一起购买，否则 PowerEdge 服务器产品没有资格购买自原始发货日期算起 3 年的保修期之外的延长保修期。
      • 存储产品沿用系统的保修期，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，不会更长。与服务器一起销售时，其保修期不超过 3 年。ProSupport 合同（或更高级别的保修服务）将保修期延长至服务器保修期的时长。
   2. PowerEdge Express Flash PCI Express (PCIe) SSD 设备的所有变体版本都享有附带 PowerEdge Express Flash PCIe SSD 设备的戴尔系统的有限硬件保修范围。除非与单独的服务选项（如 ProSupport 或 ProSupport Plus 服务）一起购买，否则 PowerEdge Express Flash PCIe SSD 设备没有资格购买自原始发货日期算起 5 年的保修期之外的延长保修期。

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