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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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) n& u/ \( e5 E. D7 P. l, k6 ]2 `# V2 R4 P
近日收到一个网友的提问,在这里粗浅表达一下见解:
! w  B6 N" ]! [7 E% M
: B) G; c( ]$ z( J“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?”
  I/ d5 j" ]" Q9 C" i0 b! `
* [% H; o2 e# k: o! k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。( ?% v9 w5 c( y2 X' E- c. B1 \3 E
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。
! e4 W9 F8 w+ G! X% m9 x8 w; x7 @- J, T
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。% J9 f; b! \, ?) \- S. i0 V

& ~# M5 Q& u: ^& 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!1 j# W6 }4 |8 M& D
! w/ {! F1 k* d: N" e% f

8 Q) i- F2 b/ i. |. n$ g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。
4 G0 v5 F+ A$ i
! Q+ _6 `: L$ g0 o8 y) D# [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?
  v# o& _' T1 H; P2 @  y0 ] 12.jpg
4 s6 a& A+ [' C) y) G" L( ]% B" g+ D5 T) z9 F/ B* t9 i
SSD寿命评估的指标主要包括两个:DWPD(Drive Writes Per Day)和TBW(Total Bytes Written)。
* }* ~4 ]. r9 F5 Z* R' {6 v5 t+ b  C  G
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:
) Q' S- _* l) J2 g0 e: |5 n$ C' r; K7 @
使用年限 = (闪存P/E周期×SSD容量) ÷ 年写入数据量
8 C. o9 G: T9 l' b, x+ ]' R. d; f) [+ S. @0 t8 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。
, W$ I, C2 v! ^. ^" g5 V( C/ _& L
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:! r) `0 a$ J6 o( [# N

+ ~& W( T/ `- z: KTBW = (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+ r% k) }3 h( z
5 ]: w4 E5 Q: n) O
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。: f. X6 A* ?! Z8 s% F& Y8 Y" w

; Z5 A' D6 S  Q* Z3 E& U1 t6 GDWPD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。( ?4 v* J0 u% k1 A& J
如何查看SSD寿命?
/ y& Y" `" f/ |( s7 L7 A( e3 d& K
" ^1 b3 u: Z7 }. P# M- l( z3 }windows下获取寿命的方式:使用CrystalDiskinfo
% Z; Q/ k- b9 X0 Q0 ^. N* I 11.jpg ' ]' q* n0 D6 ~1 m
! N' C9 w/ K& G8 T, x  d0 L
" |) h2 [# S! b7 g4 }. H7 Z' I3 g

  E3 X" S# F/ H2 ]8 Y/ e" P- M
5 e2 G' F$ X; p' Y% H5 u, m/ U0 q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。4 L) ~/ @* \) ~  E2 p) F9 b+ |

3 u5 f: f$ d/ V8 @3 E0 A( Y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。
7 R. J0 m: O! {% {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。
1 o" G* }4 W1 l9 S0 S" F* C: {: Q0 K( C, T$ J
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。
; }& c0 [: d+ l  Q4 i6 O# K9 E9 ^) P/ Q+ o4 P7 o
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
" O* }# @5 B' o2 E
' m8 G. T9 ^# X4 HMTBF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。
; F+ r9 L$ E- L3 b$ g
  p0 {/ d8 \( k% B% C5 Q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。7 z: S/ ^. W  d- t# q  y: q4 c

* u; D) M# b( T; ?& x( L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。1 t3 W+ q) l) w, M! s* [8 ?

5 n5 H1 [, d. Z# m2 d0 v评估MTBF时,通常在电子产品“浴盆曲线”中的平稳期。' ^( C) B. [4 x8 v9 [4 W# {  `

7 u* Y4 |8 L) K7 Y* p" w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。! ?& ^1 j' ?$ @! U* _9 a

8 Y" e9 V2 [, g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”。$ Y4 U  U) e( m5 g3 M! b5 c. a0 l! r

* @* `! \  b( N, E# j浴盆曲线可以分为三个阶段:2 F% c# {) {2 T- S% E, p9 k+ k

6 I9 @1 f- u6 J1 @/ }$ p0 S) I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。, C% |. i+ c) y" e# z) E+ H9 z
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。
6 Y1 k. g0 Z4 Q9 ]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。0 [) r) M* m4 ~5 n. q

( N# r: ?, `/ H. |; U2 K2 K- F

" K7 Y2 d! g, x9 y  z此外,MTBF与另外一个参数AFR可以互相推算。
) E+ l+ a  f' o$ D$ b
4 `$ @6 T! y8 @6 {. ~, MAFR(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%。
. Y6 d" ^0 I5 G+ K" h7 g0 q( d
9 _9 E  y. J/ v3 p0 G% I- j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:
! ^: v: `# S2 k% _* k, g3 UAFR=总故障次数/总工作时间×100%=故障次数/MTBF×100%6 v9 t; `( C6 m" c9 C
MTBF=总工作时间/故障次数=总工作时间/(总工作时间×AFR)=1/AFR2 y& i/ F5 Y" X' g4 a2 T
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。0 H- J% I4 C  t, t

) N$ @7 {6 Q% a$ ~1 N2 O4 n7 N+ b- F: M) x4 U
当然你也可以直接拨打电话13101986181,让我帮你组装电脑,装机!9 S2 E2 ]' h  ?; T0 c
  h6 H* f3 d7 C, F% [! v
. K/ h/ l- P7 J) M: ~
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