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[电脑常识] 都说固态硬盘寿命短,那么谁把使用寿命用完了吗?

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发表于 2024-9-11 13:01:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
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( t, Z' F! o/ x. L0 N5 n. }
# s1 T) O5 v# q- L
近日收到一个网友的提问,在这里粗浅表达一下见解:
0 r# r- K5 ]- v: e' K0 w) j& c- B
/ u( I1 b6 F. t, H$ h) a0 [“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?”  u8 w, }0 H9 m8 p

1 T( [& T( y& U; p4 t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。+ c& ]$ [9 p* i& G! d5 `
SSD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。
4 [, U7 g8 U! Z+ J- g
9 A+ D/ J1 g3 L2 v( D" q# |3 h1 ~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。8 a7 f8 a1 ^. P! H. W4 L1 \" E
: }& _! a& U. z$ X. T
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!" L, q1 ]8 d  U

' E- s; g* y8 _  ?' I; f3 O- _7 w0 _+ z7 [
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。1 z9 A. l: M6 I- p# v/ l; b0 Z

2 o. i6 E3 K  r) f- _5 b: ^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?8 l7 G0 J: V: l  B
12.jpg ; i* V5 S2 j% \; Q& U

  s$ ^: K* x, d2 Q/ }SSD寿命评估的指标主要包括两个:DWPD(Drive Writes Per Day)和TBW(Total Bytes Written)。- j0 S' x) C: y, L/ p- J9 a0 f

0 m3 m! e2 Z$ [5 n) CDWPD,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:
  P7 T- Y/ @/ a2 R' W+ Z' u% |; ]( d9 _
使用年限 = (闪存P/E周期×SSD容量) ÷ 年写入数据量
2 F0 p% L; p( A+ X
% f5 {( K6 m5 ?7 r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。
% Y' v$ X# c- {( _6 T' Y# @9 y% a
* a7 r% U3 X6 ~* k( C3 `( Q0 ^( q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:
# h! x" }$ N2 L5 {) [/ O# R
. _" i9 Y4 s  L7 N4 |, e3 VTBW = (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. m7 i+ \" x4 k( h/ X! ~6 D- L

/ U+ z% ?8 N# i0 ?' O5 S( P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。& B8 _2 c% x+ V  s: ?

: B+ @" z' Y+ A% lDWPD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。6 B5 m% V- M5 e& E' n2 H- Q/ _% Z
如何查看SSD寿命?8 V" Q; N$ N" ^/ A) n, j# q
! c7 o  g1 ?1 [" c( N" m9 f7 m
windows下获取寿命的方式:使用CrystalDiskinfo9 {' S: t/ A5 H8 a, U, j2 Q3 V5 D
11.jpg
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' L! r9 @* F1 C5 v' Q, W. j) n+ t; N% o: E- ]& h2 j4 F$ j

% j3 m! {, b9 @% r3 X
( {9 S$ l" A8 @' O2 \! D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。
. P0 i. {3 b) _+ F- D/ c) D( c/ c6 j( ?3 h2 [7 V  m
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。
1 U* \& ]/ M' M- r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。
' R/ z0 q. V: ^4 l' a" D. q
: `" d# i* w. H- w$ K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。3 Y$ u, W% u! k6 R8 Z
, D& J+ ]/ P. w* X+ l7 C
MTBF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: R9 K# [( t, W! L3 a
& ~+ G0 m6 w1 g+ V) `
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。/ @  p0 k$ z; p( A6 V: H. |; j% G7 g
% m/ U3 m1 C  V! @3 N: y% f
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。. M  ~7 C8 k  W8 F) x4 c

7 D% M3 F$ D! [6 N4 J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。' A/ J+ |3 `' d! Y

$ L2 u; p$ ~3 d8 @, O/ V* [4 f* O% B评估MTBF时,通常在电子产品“浴盆曲线”中的平稳期。
, w0 Z: g$ m0 c# [" V, c: l2 R$ k" d! _% H
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。' s/ J1 j  h  @9 e: A
6 q- g% s9 v5 |8 C
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”。( |2 Y- X6 Y7 H6 d' J2 y

- S! D) W5 s# e. [; R0 U浴盆曲线可以分为三个阶段:( j% A, M6 ]9 k& a' g, J9 o# _/ x

7 l, c6 ?, n  f/ C& J: U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。/ P6 z* \8 M' o: L5 ]" ~
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 u3 O2 v9 W( y# D: m4 ]# I5 T
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。
' D8 H6 t: t+ u( Z) o( ^
& a$ {' |. ~$ n3 v9 \6 u( v5 F% l6 x' ~

+ ?  a+ X" N* n1 a, s此外,MTBF与另外一个参数AFR可以互相推算。
0 Z) M. P% G4 @' j- n
+ A# j  \0 L9 i8 R6 E2 IAFR(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%。
/ M; @, p1 s9 ^- U* h8 v% _
, ]; x+ m: v6 ]' E5 ~5 n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:# g; ~  {6 y& K+ q; V2 X, ]
AFR=总故障次数/总工作时间×100%=故障次数/MTBF×100%
* R1 p. M5 E7 F! p' {MTBF=总工作时间/故障次数=总工作时间/(总工作时间×AFR)=1/AFR
6 g. X" Y: E0 V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。% k# N! ~! W+ B8 P* \3 i

; G+ j3 R" H  y. u  J9 Z- D4 f) ~* @4 ]0 h" V7 J
当然你也可以直接拨打电话13101986181,让我帮你组装电脑,装机!
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