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nand数据保持时间固态硬盘内的数据能够保存多久？

发布时间 : 2024-11-25

作者 : 小编

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固态硬盘内的数据能够保存多久？

在讲解固态硬盘（SSD）前，我们先讲几个术语（名词）。就像我们如果讲解机械硬盘，我们要明白磁盘和磁头，读写部分的机械结构等。

反正吧，磨刀不误砍柴工。

为了更好地展开说明，列举一些容易混淆的概念并加以说明。

固态存储(Solid State Storage) ：使用硅晶半导体技术，而不是借助于机械旋转对磁碟、光碟或者磁带进行操作，从而实现数据存取的存储方式。内存(RAM)、闪存(Flash)、相变存储(Phase Change Memory，简称为 PCM)等都被称为固态存储。当前，因为闪存在价格、容量、可靠性等多方面达到了相对领先的平衡，因此被广泛应用于固态存储领域。闪存：一种非易失性的半导体存储器件。所谓“非易失性”，是指在断电情况下仍能保持所存储的数据信息，分NOR闪存和NAND闪存。NOR闪存常用于存放系统启动程序，在嵌入式设备中较为常见;NAND闪存主要用于数据存储，固态硬盘中使用的就是NAND闪存。固态硬盘（SSD）：由控制器、内存、闪存颗粒（前面提到，因其多方面达到了领先的平衡，被广泛用于固态存储）等单元组成。控制器提供了外部主机接口、内部闪存管理接口，并通过内嵌的 CPU 来运行SSD固件，它管理着主机可见的存储地址空间、闪存物理空间、垃圾回收、磨损均衡等。内存用于运行SSD固件，并保存在地址空间虚拟化所需要的各种表项。闪存只是最终的存储信息的实体，多颗闪存颗粒分布在SSD的电路板上，共同为SSD提供存储空间。

闪存介绍

上面提到闪存在固态硬盘的广泛应用，所以在讲解固态硬盘的各种算法前需要重点介绍一下闪存的特性。

概念与原理

闪存使用三端器件作为存储单元，分别为源极、漏极和栅极，主要利用电场的效应来控制源极与漏极之间的通断;在栅极与硅衬底之间增加了一个浮置栅极，浮置栅极可以存储电荷，利用电荷存储来存储记忆。

擦除：释放浮置栅极的电荷，从而使之变成‘1’，这个动作被称为“擦除”。

编程：向浮置栅极注入电荷，从而使之变成‘0’，这个动作被称为“编程”。

2. 内部组织结构

闪存颗粒内部一般由成千上万个大小相同的块(Block) 所组成，块大小一般为数百 KB 倒数 MB。每一个块的内部又分为若干个大小相同的页(Page)，页的大小一般为 4KB 或者 8KB。

3. 数据写入

向闪存中写入数据时，只能以页为粒度进行写入，如果闪存中某个页已经被写入了数据，那么不能向这个页中再次直接写入数据，只能在这个页的数据被清空以后才能再次写入。闪存进行数据清空的力度是块，即一次清空动作会将一个块的数据全部抹除。清空动作对应着闪存的擦除动作，即擦除了一个块的数据后，这个块中所有的 bit 位都变成了 1。写入动作对应着闪存的编程动作，将数据写入页时，将特定的 bit 位从 1 变成 0，就使得这个页保存了相应的数据。闪存就工作在这样的“擦除”和“编程”循环中，一次这样的循环，被称为一次擦写(Program/Erase，简称为 P/E)。闪存中每个块的 P/E 次数有限;当某个块的 P/E 次数达到上限后，就无法保证能够继续有效地存取数据。

4. 数据读出

闪存中保存的数据，经过一段时间后，可能存在若干 bit 位的错误。如果直接将页中读出的数据返回给上层业务，就可能造成业务失败。为了保证返回给上层业务的数据是正确有效的，闪存内部预留了部分空间用于保存业务数据的 ECC(Error Correcting Code，纠错码)。每当读取数据时，控制器会使用相应的 ECC 对这些数据进行错误检查和纠正。受限于控制器的计算能力，ECC 的纠错范围有限，只能在页面数据中出现bit 位错误的数量不超过一定的上限时才有效。当前主流的 ECC 纠错能力一般是 24bit/1KB，即每 1KB 数据(包含业务数据和 ECC 校验数据) 内出现了 bit 位错误不超过24个时，控制器可以通过计算的方式得出正确有效的业务数据。当某个页中的 bit 位错误数超过控制器的计算能力后，该页的业务数据无法被正确读出，此时便产生一个 UNC(Uncorrectable)错误，UNC 错误只能被更高层级的 RAID 机制所修复。

在通电 40°C 和断电 30°C 温度下，SSD 将将数据保留 52 周，即一年。如表所示，数据保留与活动温度成正比，与断电温度成反比，这意味着较高的断电温度将导致保留率下降。该活动温度仅为 25-30°C 且断电为 55°C 的最坏情况下，数据保留时间可能短至一周，这是许多网站所炒作“数据在几天内丢失”的言论。是的，它在技术上可能发生，但不是在典型的用户环境中。在现实中，55°C 的断电温度对于客户端用户来说根本不现实，因为SSD很可能在室温下存储在室内某处（壁橱、地下室、车库等），温度往往低于 30°C。另一方面，活动的温度通常至少为 40°C，因为电脑中的硬盘和其他元件会产生热量，使之超过室温

Control Gate: 控制栅ONO: 氧化层Floating Gate: 浮动栅Tunnel Oxide: 隧道氧化层Silicon: 硅与一般原理一样，数据保留的时长是有技术解释的。半导体的导电率随温度而变化，这对NAND来说是个坏消息，因为当它不通电时，电子不应该移动，因为这会改变单元(cell)的电荷。换句话说，随着温度的升高，电子更快地从浮动栅中逸出，最终改变单元的电压状态，使数据不可读（即SSD不再保留数据）。对于正常通电使用时，温度具有相反的效果。由于较高的温度使硅导电性更高，因此在编程/擦除操作过程中电流较高，对隧道氧化层的压力较小，从而提高了单元(cell)的耐久性，因为隧道氧化层保持电子在浮动栅内的能力实际上决定了SSD的耐久性[寿命]。总之，在典型的客户环境中，绝对没有理由担心 SSD 数据保留时长 。请记住，此处提供的数字适用于已通过其耐久性考核的SSD（写入量达到标称值） [潜台词就是隧道氧化层将电子控制在浮动栅的能力已经变得较差了]。因此对于新SSD，数据保留时长要久得多，通常对于基于全新的MLC NAND的SSD来说，数据保留时长通常会超过十年 。如果你今天买了一个SSD，并存储数据，SSD本身将变得完全过时比它将失去它的数据更快。此外，考虑到 SSD 的成本，将它们用于冷存储无论如何都不经济高效，因此，如果您希望存档的数据，我建议仅出于成本原因使用机械硬盘。

SSD一年不通电数据会不会丢？

不少读者认为在长时间存储数据的情况下，机械硬盘的安全性是要高于固态硬盘的，因为机械硬盘是通过磁盘来存储数据，断电存放时间可以达到十年甚至更久，而固态硬盘是使用浮栅晶体管和内部电子保存数据，假设固态硬盘在长时间不通电的情况下，内部数据会有很大的几率因浮栅内电子的衰减而彻底丢失，并且无法恢复，那真的是这样吗？

固态硬盘不通电不会丢数据

固态硬盘采用NAND Flash作为存储介质，其能防止SSD在长时间不通电的情况下数据丢失，所以即使SSD在长时间不通电的情况下，一般也不会出现数据丢失的现象。

我们的数据放在SSD里安全吗？

随着闪存成本的不断下降，SSD的应用越来越广泛，其速度相较于机械硬盘可谓是天差地别，但是我们的数据存放在里面真的安全吗，它能有机械硬盘抗造吗？

SSD寿命计算公式

我们知道NAND Flash单元的寿命是由擦写（P/E）次数决定的，而目前大部分的SSD都是由TLC颗粒组成，一般的TLC有1000次左右的擦写寿命，但不是我们向这块SSD写入1000次数据它就报废了，它的寿命是跟主控、容量、OP空间等众多因素相关，根据众多实测证明，SSD的实际承载写入量要远远大于标称写入量，所以我们将数据存放在SSD内是安全的，尽可以放心。

会什么会有数据丢失的现象？

NAND是通过把电子禁锢在Gate里来存储数据，当温度越高时，电子便会越活跃，进而会造成电子丢失的现象，这也就会造成数据丢失。

电子与温度关系图

固态技术协会（JEDEC）也早已经对此做出了相关规定，在30℃不通电保存的情况下，消费级SSD里的数据存放一年是没有问题的，但是如果掉电保存温度过高，丢失数据的风险将会大幅增加。

结论

固态硬盘作为存储使用的情况下，我们不需要担心使用寿命的问题，妥善使用即可，虽然它拥有众多的数据保护机制，但是笔者并不建议长时间掉电放置，毕竟SSD是买来用的。

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