都说固态硬盘寿命短，那么谁把使用寿命用完了吗？

龙飞电脑工作室

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近日收到一个网友的提问，在这里粗浅表达一下见解：
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“都说固态硬盘寿命短，那么有谁把使用寿命用完了么？或者说用完之后的表现是什么？寿命快用完之前有什么表现？”
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固态硬盘（Solid State Drives, SSD）作为计算机行业中最具革命性的技术之一，凭借其更快的读写速度、增强的耐用性和能效，已经成为大多数用户的首选存储方案。然而，如同任何其他技术一样，SSD也面临自身的挑战，其中首要问题之一便是数据可靠性。由于电源故障、电压波动以及磨损和老化等因素，存储在SSD中的数据可能会遭到破坏。
9 L9 \) h) W$ q; NSSD的存储介质是什么，它就是NAND闪存。那你知道NAND闪存是怎么工作的吗？其实，它就是由很多个晶体管组成的。这些晶体管里面存储着电荷，代表着我们的二进制数据，要么是“0”，要么是“1”。NAND闪存原理上是一个CMOS管，有两个栅极，一个是控制栅极(Control Gate), 一个是浮栅(Floating Gate). 浮栅的作用就是存储电荷，而浮栅与沟道之间的氧化层(Oxide Layer)的好坏决定着浮栅存储电荷的可靠性，也就是NAND闪存的寿命。

. [5 t* n/ U/ d  Y9 [2 l但是呢，这些晶体管的电荷可不是永久存在的。它们就像一群顽皮的孩子，喜欢跑来跑去。如果你经常让它们进行“擦除”和“写入”的操作（NAND闪存中，P/E Cycle，也称为擦除次数），它们就会觉得累，电荷的存储能力也会逐渐下降。直到有一天，它们再也不想存储电荷了，那这个时候，你的SSD的寿命也就差不多了。

所以呢，SSD寿命评估的底层机理，其实就是计算NAND闪存的擦除和写入次数（P/E Cycle）。每个晶体管都有一个固定的擦除和写入次数，就像我们的腿一样，跑多了会累，会磨损。当这些晶体管达到一定的磨损程度时，它们就再也存储不了电荷了，这时候你的SSD可就要退休了哦！
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% M2 {. E9 o$ l! g7 _+ {& ?目前市面上主要流通的就是4种NAND类型：SLC、MLC、TLC、QLC。随着每个寿命从高到低依次是SLC>MLC>TLC>QLC，随着单个cell含有的bit数越多，NAND的可靠性也会有所降低。
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在我们选择固态硬盘，经常看到宣传页面会显示xxTBW以及3年or5年质保。这里的TBW到底怎么理解？

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8 l# Q- X5 |6 A$ L- b/ e* cSSD寿命评估的指标主要包括两个：DWPD（Drive Writes Per Day）和TBW（Total Bytes Written）。
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9 W2 R' G: A9 |DWPD，即每天可以写入SSD的数据量，是衡量SSD寿命的重要指标之一。一般来说，DWPD越大，SSD的寿命越长。使用年限的计算公式为：
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使用年限 = (闪存P/E周期×SSD容量) ÷ 年写入数据量

其中，闪存P/E周期是NAND闪存的基本存储单元（浮栅晶体管）可进行擦除和编程的次数，这个值取决于NAND闪存的规格和制造商的规定。SSD容量表示其存储空间大小。年写入数据量则取决于用户的使用情况。

: y6 `5 M  I2 {& l& V另一个评估指标是TBW，即SSD在寿命周期内可以承受的总写入数据量。TBW的计算公式为：

TBW = (每扇区可编程次数×SSD总扇区数×每天写入次数) ÷ 每扇区可编程次数

% y+ y1 k( G9 U& o3 x3 _3 L2 t其中，每扇区可编程次数是指每个存储块（Block）可进行的编程次数，这个值取决于NAND闪存的规格和制造商的规定。SSD总扇区数表示其内部存储结构中的总扇区数。每天写入次数则根据用户使用情况而定。

3 ]0 ~8 G7 a; i, [( TDWPD和TBW都是用来衡量SSD寿命的指标，DWPD更关注每天的使用频率，而TBW则关注硬盘的总写入能力。一般来说，DWPD越大，TBW越大，SSD的寿命也越长，可靠性越高，但相应的价格也自然会上涨了。然而，这些指标只是评估SSD寿命的参考值，实际使用寿命还受到其他因素的影响，如工作负载、环境温度、SSD的写入策略等。
如何查看SSD寿命？
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- x9 w7 V$ P: b; Zwindows下获取寿命的方式：使用CrystalDiskinfo
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最后，SSD的寿命到期后，是否可以继续使用？虽然SSD的寿命主要是根据闪存单元的擦写次数预测的，但实际情况并不会完全按照预测发展。

即使SSD SMART显示寿命到了，它的存储单元可能仍然完好无损，因为厂商有一定余量，通常可以继续使用。此外，SSD拥有众多的数据保护机制，当SSD的寿命预计即将到期时，SSD会进入自我保护状态，降低写入量，减缓擦写次数，从而延长使用寿命。因此，即使SSD的寿命到期，用户也可以继续使用它，但是，此时SSD的性能可能会降低，数据可靠性也会受到影响，因此建议及时更换SSD。
! ^* \* t2 A: T: m- i5 g3 s此外， 有关SSD可靠性还有一个参数“平均无故障时间”，对应的参数是MTBF，比如这个盘MTBF=150万小时。

" ~" z& l0 m: R( }5 G" B1 K6 J8 a小编发现有一些朋友对这个参数还有误解。大家看到这个参数误认为盘可以使用150万小时都没有发生故障。如果真的是这样，那么这盘的质量简直是逆天了！可以作为传家宝了。

  f" u, H8 \" u/ _; k  DMTBF是电子产品可靠性的一种基本参数，在规定的条件下和规定的时间内，产品的寿命单位总数与故障总次数之比。它通常用于评估产品的可靠性水平

2 y' t  i) p3 A- `6 {MTBF的原理基于概率统计的基础，它假设产品的故障符合指数分布，即故障率是恒定的。当产品发生故障时，MTBF可以计算出故障发生的概率，即失效率。MTBF的失效率是指单位时间内发生故障的概率，即每小时的故障率。

4 r6 G7 w" r% L" }另外，补充下，上面MTBF=150万小时是消费级SSD的，企业级SSD要求的可靠性更多，要求MTBF=200万小时以上。
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实际上，MTBF的计算大多数情况下是推算的，并不是实际测试的。MTBF是通过将样本总体观察总时间除以故障数量来获得的。如果假设有1000个盘每个运行1000小时，其中有五个故障（1000×1000/5），则MTBF=20万小时。
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评估MTBF时，通常在电子产品“浴盆曲线”中的平稳期。
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$ \+ ?2 |: u8 k# }6 f+ o# ~) g: \浴盆曲线是半导体产品可靠性质量知识分享中常用的一个术语，尽管特定的半导体产品的实际故障率曲线差异很大，但该曲线仍然具有一定的参考意义。
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/ \. \' `- n0 h5 n! z8 X该曲线以使用时间为横坐标，以失效率为纵坐标。由于该曲线两头高，中间低，类似于浴盆的形状，因此被称为“浴盆曲线”。

4 Q3 }0 l6 N; }/ p6 S浴盆曲线可以分为三个阶段：
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( X* u8 |8 b. a: w) j早期故障期：这一阶段处于曲线的第一阶段，也是早期失效率高的时期。在这个阶段，产品刚刚投入使用，失效率相对较低，但会随着时间的推移而逐渐升高。这个阶段的特点是失效率上升速度较慢，且相对稳定，往往可以将其近似看作常数。在电子行业的产品可靠性指标中，这一阶段所描述的是产品在早期使用时的故障率逐渐升高的过程。
9 X* u* `8 G: m, J故障平稳期：这个阶段的产品已经过了早期故障期，进入了一个相对稳定的阶段。在这个阶段中，产品的失效率会保持在一个相对较低的水平上，而且波动较小。这表明产品的可靠性在这个阶段得到了提高，而且产品的失效率通常可以被认为是一个随机事件。
5 f9 K0 D* M$ Z: _5 t/ n1 C严重故障期：随着产品使用时间的延长，会进入一个严重故障期。在这个阶段中，产品的失效率会急剧升高，故障率也开始呈现出明显的阶段性。这表明产品开始逐渐失去原有的功能，进入了一个失效加速的时期。



5 t( p" d( w) D! S) N此外，MTBF与另外一个参数AFR可以互相推算。
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AFR（Annual Failure Rate，年度故障率）是指一年内设备损坏的概率。它的计算公式为：AFR=总故障次数/总工作时间×100%。
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1 L* }# W4 A- H$ E将MTBF和AFR的计算公式结合起来，可以得到它们之间的换算关系：
AFR=总故障次数/总工作时间×100%=故障次数/MTBF×100%
MTBF=总工作时间/故障次数=总工作时间/(总工作时间×AFR)=1/AFR
例如，如果一块硬盘的MTBF为200万小时，则它的AFR为：AFR=1/(200万小时÷24÷365)≈0.44%，表示每100块硬盘中平均每年损坏0.44块。
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