Warum haben SSD-Sektoren eine begrenzte Schreibausdauer?

Stellen Sie sich ein Stück normales Papier und Bleistift. Jetzt können Sie so oft schreiben und löschen, wie Sie möchten, an einer Stelle auf dem Papier. Wie lange dauert es, bis du es durch das Papier schaffst?

SSDs und USB - Sticks haben dieses Grundkonzept aber auf Elektronenebene.

Das Problem ist, dass das verwendete NAND-Flash-Substrat bei jedem Löschen verschlechtert wird. Der [[1]] erase - Prozess beinhaltet das Auftreffen auf die Blitzzelle mit einer relativ [[3]}großen Ladung elektrischer Energie, wodurch sich die Halbleiterschicht auf dem Chip selbst leicht zersetzt.

Dieser schaden auf lange sicht, erhöhen bit-fehlerraten, die mit software korrigiert werden können, aber schließlich die fehlerkorrektur code routinen in die flash controller kann nicht halten mit diesen fehlern und die Blitzzelle wird unzuverlässig.

Meine Antwort stammt von Menschen mit mehr Wissen als ich!

SSDs verwenden den sogenannten Flash-Speicher. Ein physikalischer Prozess tritt auf, wenn Daten in eine Zelle geschrieben werden (Elektronen bewegen sich ein-und aus.) Wenn dies geschieht, erodiert es die physikalische Struktur. Dieser Prozess ist so ziemlich wie Wassererosion; schließlich ist es zu viel und die Wand weicht. In diesem Fall wird die Zelle unbrauchbar gemacht.

Ein anderer Weg ist, dass diese Elektronen "stecken bleiben" können, was es für die Zelle schwieriger macht richtig lesen. Die Analogie dafür ist, dass viele Leute gleichzeitig reden, und es ist schwer, jemanden zu hören. Sie können eine Stimme auswählen, aber es kann die falsche sein!

SSDs versuchen, die Last gleichmäßig zwischen den verwendeten Zellen zu verteilen, damit sie sich gleichmäßig abnutzen. Schließlich stirbt eine Zelle und wird als nicht verfügbar markiert. SSDs haben einen Bereich von "überprovisionierten Zellen", dh Ersatzzellen (denken Sie an Ersatzstoffe im Sport). Wenn eine Zelle stirbt, wird stattdessen eine davon verwendet. Schließlich alles, was diese zusätzlichen zellen werden ebenfalls verwendet und die SSD wird langsam unlesbar.

Hoffentlich war das eine verbraucherfreundliche Antwort!

Bearbeiten: Quelle Hier

Fast alle Consumer-SSDs verwenden eine Speichertechnologie namens NAND Flash Memory. Die Schreibausdauergrenze ist auf die Funktionsweise des Flash-Speichers zurückzuführen.

Einfach ausgedrückt, Flash-Speicher arbeitet durch Speichern von Elektronen in einer isolierenden Barriere. Beim Lesen einer Flash-Speicherzelle muss der Ladezustand überprüft werden, um gespeicherte Daten aufzubewahren, muss die Elektronenladung über die Zeit stabil bleiben. Um die Speicherdichte zu erhöhen und die Kosten zu senken, verwenden die meisten SSDs Flash-Speicher, der nicht nur zwei unterscheidet mögliche Ladestufen (ein Bit pro Zelle, SLC), aber vier (zwei Bits pro Zelle, MLC), acht (drei Bits pro Zelle, TLC) oder sogar 16 (vier Bits pro Zelle, TLC).

Das Schreiben in den Flash-Speicher erfordert das Ansteuern einer erhöhten Spannung, um Elektronen durch den Isolator zu bewegen, ein Prozess, der sie allmählich abnutzt. Wenn sich die Isolierung abnutzt, ist die Zelle weniger in der Lage, ihre Elektronenladung stabil zu halten, was schließlich dazu führt, dass die Zelle keine Daten speichert. Mit TLC und insbesondere QLC NAND sind die Zellen besonders empfindlich auf diese Ladung driften aufgrund der Notwendigkeit, zwischen mehr Ebenen zu unterscheiden, um mehrere Datenbits zu speichern.

Um die Speicherdichte weiter zu erhöhen und die Kosten zu senken, wurde der zur Herstellung von Flash-Speicher verwendete Prozess drastisch auf bis zu 15 nm reduziert-und kleinere Zellen verschleißen schneller. Für planaren NAND-Flash (nicht 3D-NAND) bedeutet dies, dass SLC-NAND zwar Dutzende oder sogar Hunderttausende von Schreibzyklen dauern kann, MLC-NAND jedoch normalerweise nur für etwa 3.000 Zyklen und TLC nur 750 bis 1.500 Zyklen.

3D-NAND, das NAND-Zellen übereinander stapelt, kann eine höhere Speicherdichte erreichen, ohne die Zellen so klein schrumpfen zu müssen, was eine höhere Schreibausdauer ermöglicht. Während Samsung für seinen 3D-NAND zu einem 40-nm-Prozess zurückgekehrt ist, haben andere Flash-Speicherhersteller wie Micron beschlossen, ohnehin kleine Prozesse zu verwenden (wenn auch nicht ganz so klein wie planares NAND), um maximale Speicherdichte und minimale Kosten zu erzielen. Typisch ausdauer bewertungen für 3D TLC NAND sind über 2,000 zu 3,000 zyklen, aber kann höher in enterprise-klasse geräte. 3D QLC NAND ist in der Regel für etwa 1.000 Zyklen bewertet.

Eine neue Speichertechnologie namens 3D XPoint, die von Intel und Micron entwickelt wurde, verwendet einen völlig anderen Ansatz zum Speichern von Daten, der nicht den Ausdauerbeschränkungen des Flash-Speichers unterliegt. 3D XPoint ist auch erheblich schneller als Flash-Speicher, schnell genug, um möglicherweise DRAM als Systemspeicher zu ersetzen. Intel verkaufen Sie Geräte mit 3D-XPoint-Technologie unter der Marke Optane, während Micron 3D-XPoint-Geräte unter der Marke QuantX vermarkten wird. Consumer-SSDs mit dieser Technologie könnten bereits 2017 auf den Markt kommen, obwohl ich der Meinung bin, dass 3D-NAND (hauptsächlich der TLC-Sorte) aus Kostengründen die dominierende Form der Massenspeicherung für die nächsten Jahre sein wird.

Eine Blitzzelle speichert statische Elektrizität . Es ist genau die gleiche Art von Ladung, die Sie auf einem aufgeblasenen Ballon speichern können: Sie legen ein paar zusätzliche Elektronen darauf^∗.

Das Besondere an statischer Elektrizität ist, dass sie an ihrem Platz bleibt. Normalerweise ist in der Elektronik alles auf irgendeine Weise mit Leitern mit allem anderen verbunden, und selbst wenn es einen großen Widerstand zwischen einem Ballon und einer Masse gibt, verschwindet die Ladung ziemlich schnell^†. Der der Grund dafür, dass ein Ballon geladen bleibt, ist, dass Luft tatsächlich ein Isolator ist: Er hat einen unendlichen - Widerstand.

Normalerweise, das ist. Da alle Materie^‡ besteht aus elektronen und atom rumps, können sie machen etwas ein leiter: nur gelten genug energie, und einige der elektronen wird schütteln lose und werden (für eine kurze zeit) frei zu bewegen näher an die ballon, oder weiter von es. Dies geschieht tatsächlich in Luft mit statischer Elektrizität: Wir kennen diesen Prozess als Blitz!

Ich muss nicht betonen, dass Blitz ein ziemlich heftiger Prozess ist. Diese Elektronen sind ein entscheidender Teil der chemischen Struktur der Materie. Bei Luft hinterlässt der Blitz einen Teil des Sauerstoffs und Stickstoffs, der in Ozon und Stickstoffdioxid umgewandelt wird. Nur weil sich die Luft weiter bewegt und vermischt und diese Substanzen schließlich auf Sauerstoff und Stickstoff reagieren, wird kein "anhaltender Schaden" angerichtet, und die Luft ist immer noch ein Isolator.

Nicht so für den Fall einer Blitzzelle: Hier muss der Isolator viel kompakter sein. Dies ist nur mit Festkörperoxidschichten möglich. Robustes Zeug, aber es ist auch nicht undurchlässig für die Auswirkungen, etwas Ladung durch das leitfähige Material zu zwingen. Und das ist es, was schließlich eine Flash-Zelle zerstört, wenn Sie ihren Zustand zu oft ändern.

Dagegen hat eine DRAM-Zelle keine geeigneten Isolatoren. Deshalb muss es regelmäßig aktualisiert werden, viele Male pro Sekunde, um keine Informationen zu verlieren; aber weil es ist alles nur gewöhnliche leitfähige Ladungstransporte, nichts Schlimmes passiert normalerweise, wenn Sie den Zustand einer RAM-Zelle ändern. Daher erträgt RAM viel mehr Lese - / Schreibzyklen als Flash.

^∗_{Oder, für eine positive Ladung, Sie entfernen einige Elektronen aus den Molekülbindungen. Sie müssen so wenige nehmen, dass dieses die chemische Struktur nicht nachweisbar beeinflusst.}

^†_{Diese statischen Ladungen sind tatsächlich winzig. Selbst die kleinste Uhrenbatterie, die jahrelang hält, liefert jede Sekunde genügend Ladung, um Hunderte von Ballons aufzuladen! Es hat einfach nicht annähernd genug Spannung, um eine nennenswerte Potentialbarriere zu durchschlagen.}

^‡_{Zumindest ist alles Materie auf der Erde... komplizieren wir die Dinge nicht, indem wir zu Neutronensternen gehen.}

Weniger technisch, und eine Antwort auf das, was ich glaube, OP bedeutet mit "Ich sehe oft, dass Leute erwähnen, dass SSDs eine begrenzte Menge an Schreibvorgängen in ihren Sektoren haben, bevor sie schlecht werden, insbesondere im Vergleich zu klassischen Festplattenlaufwerken, bei denen die meisten Laufwerke aufgrund mechanischer Ausfälle ausfallen, nicht Sektoren, die schlecht werden."
Ich werde die OP-Frage so interpretieren: "Da SSDs viel häufiger ausfallen als Rost, wie kann die Verwendung einer solchen eine vernünftige Zuverlässigkeit bieten?"

Es gibt zwei Arten von Zuverlässigkeit und Scheitern. Eines ist, dass die Sache aufgrund von Alter, Qualität, Missbrauch usw. vollständig versagt. Oder es kann einen Sektorfehler aufgrund von viel Lesen/Schreiben geben.

Sektorfehler treten auf allen Medien auf. Der Laufwerkscontroller (SSD oder SSD) ordnet fehlerhafte Sektordaten einem neuen Sektor neu zu. Wenn es vollständig fehlgeschlagen ist, kann es immer noch neu zugeordnet werden, aber die Daten gehen verloren. In SSD ist der Sektor groß und scheitert oft vollständig.

SSDs können eine oder beide Arten von Zuverlässigkeit aufweisen. Lese - / Schreibzyklusprobleme können mit{[1] geholfen werden]} mit einem größeren Laufwerk. Wenn Sie ein kleines Laufwerk haben und es für Betriebssysteme wie Windows verwenden, werden viele Lese - /Schreibzyklen ausgeführt. Das gleiche Betriebssystem auf einem Laufwerk mit viel, viel größerer Kapazität hat weniger Zyklen. Selbst ein Laufwerk mit" nur " einigen tausend Zyklen ist möglicherweise kein Problem, wenn nicht jeder Sektor häufig gelöscht wird.
Balancing data-SSDs verschieben Daten von häufig verwendeten Sektoren in weniger häufig verwendete. Denken Sie wieder über das Betriebssystem nach und aktualisieren Sie ein Foto, das Sie aufgenommen haben und will nur halten. Irgendwann kann die SSD die physischen Speicherorte des Fotos und einer Betriebssystemdatei austauschen, um die Zyklen auszugleichen.
Komprimierung-Komprimieren von Daten benötigt weniger Platz und somit weniger Schreiben.

Dann gibt es Qualität der Komponenten. Die billigste SSD oder USB, die Sie finden können, funktioniert möglicherweise eine Weile, aber eine hochwertige SSD für den Unternehmensgebrauch hält viel länger, nicht nur in Löschzyklen, sondern insgesamt.

Wenn Laufwerke immer größer werden (wie 100-1000GB) dann werden Löschzyklen weniger ein Problem, obwohl sie weniger Schreibvorgänge aufrechterhalten können. Einige Laufwerke verwenden DRAM als Cache, um die Schreibzyklen zu senken. Einige werden ein hochwertiges Segment der SSD für Cache und niedrigere Qualität für niedrige Kosten und große Größe verwenden.

Moderne Consumer-SSDs von guter Qualität können in einer Consumer-Maschine sehr lange halten. Ich habe einige 5 + Jahre alt, die noch arbeiten. Ich habe auch ein paar billige, neue, die nach ein paar Monaten gescheitert sind. Manchmal ist es nur (Pech) Glück.