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更亲民、耐用的SSD等到了!
以TRIM向用户保证效能

【作者: 巫姿惠】2013年02月26日 星期二

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图一 : Windows 8的变革是,将会自动帮SSD执行TRIM,以有效确保SSD不会因反复抹写导致读写性能降低,进而维持SSD 的使用寿命。
图一 : Windows 8的变革是,将会自动帮SSD执行TRIM,以有效确保SSD不会因反复抹写导致读写性能降低,进而维持SSD 的使用寿命。

SSD的许多应用优势,包括耐震、稳定性与高速读取的速度等,消费者可能早有耳闻,但由于成本仍偏高,使得这项产品并不亲民,推出之初只能出现在这些高规格、高标准的应用环境,如美国太空总署、联合国的军舰或是拉斯维加斯的赌场。


接着,企业开始用它了,在一个个阶段的成本比较、性能比较、实际效能测试,还有MIS埋头写报告的剧情带过之后,SSD开始为仰赖大型资料库营运的企业们服役,这些拥有高资本额的企业明白它的好,愿意投入金钱购置,也享受到它的优越性能所带来的利益。


目前企业若想让数据读写效能升级,最佳方案就是改用内接式SSD。在空间上,SSD非机械结构,运作耗能低、发热低,对企业机房的空间不会产生新的需求。在效能上,现有SSD企业级的应用方案已能达到每秒10,000~18,000 IOPS输出/输入的速度,对于资料库型态的应用服务帮助非常大!



图二: 企业伺服器采用SSD的趋势中,以虚拟应用伺服器及资料伺服器为最大宗
图二: 企业伺服器采用SSD的趋势中,以虚拟应用伺服器及资料伺服器为最大宗

再加上SSD运用在云端科技也愈见成熟,长远来看,未来许多企业将不再聘雇行政人员,更毋须租赁大坪数的实体建筑作为总部,更没有IT基础设备,而将企业的资讯系统都转殖到云端服务,员工不需要进办公室就能工作…。


这种转变的背后,利基在于成本,企业若有较高比例的营运成本是用在IT设备的运行和维护上,那么未来藉由SSD技术的扩展,云端服务的成本将变得相当低廉,让企业有了不同的选择。目前这种趋势在英国已经慢慢发酵,据​​统计已有百万个员工成为在家工作者。


SSD推动16奈米制程

而今SSD制程从原先的数十奈米推展到20奈米,更将在2013年一脚跨进16奈米的耐力赛,这得之不易的里程碑代表的是:SSD的Flash颗粒越来越小,不仅工作电压降低、容量也提升、速度也倍数成长、连带著成本越压越低…它的脱胎换骨为市场围观的消费者们拉出长长响炮:恭喜了,接下来的日子,消费者们终于不再是旁观者了!预估2013年,家用PC装置SSD硬碟的量将大幅度成长。



图三 : SSD的平均售价变化
图三 : SSD的平均售价变化

只是,不管是什么样的产品,跟人一样,一定都存在着不完美地方。


SSD的整体表现受到快闪记忆体元件、控制晶片的技术能力(自动错误校正、故障区块管理、平均抹写储存)、Flash韧体演算法等条件影响,控制晶片所执行的演算法决定了平均抹写(Wear-leveling)时的演算效率及区块(block)读写的程序,当程序太繁琐时就会降低其读写效能。但若为了提升效能省略了某些区块的读取优化程序,却还是可能因此让快闪记忆体资料区块提早损坏。


另一个重要的议题是,SSD的效能表现会随着使用时间增加而渐渐下降,背后的主因在于控制晶片的TRIM指令集设计与区块空间回收设计,SSD需适时回收可用空间,以维持够大的空间作平均抹写的资料处理,也需要准备足够的备用资料空间,若上述的回收机制没有做好,会造成特定的NAND读写区块频繁写入、过度使用,而提早出现损坏,此时SSD整体的效能即受到影响开始走下坡。


TRIM指令是让SSD系统提高效能、做出应用最佳化的基础工具,它的功能是让控制晶片自行清理出SSD不用之资料区块,将储存空间做回收,来增加SSD可用空间,同时维持SSD的效能表现。


2012下半年,Windows 8甫上市来个挥手致意,即默默地送上定情信物给SSD;意味着两者将手牵手一起迈向家用PC消费群的约定,Windows 8的变革是,将会自动帮SSD执行TRIM,如此一来便可以有效确保SSD不会因反覆抹写导致读写性能降低,进而维持SSD 的使用寿命。


Windows 8支援的TRIM功能

Windows 8为协助达到SSD的最佳花费了一些功夫。


过去硬碟写入资料时,旧版Windows系统会命令硬碟将旧资料去除,再写入新资料。删除资料时,Windows会在删除资料的地方做上记号,标记这些地方留有储存空间,等真正要写入新资料时再删除,标示记号的动作会先暂存,等磁碟空间有余力再执行,但这一来一往的动作比较耗时,因而影响到速度。


新版Windows 8识别到SSD时,当确认此SSD支援TRIM时,一旦旧资料要删除时,会改用Volume Bitmap来记录删除资料的位置,比起之前做记号的方式快速许多。等新资料要写入时,直接比对Volume Bitmap中纪录已删除资料的位置并写入新资料,省掉抹除原本资料的步骤,不仅保有执行速度也减少反覆抹写的耗损。最重要的是此作法有助于延长SSD的使用寿命。


结论

家用电脑往往需要较大的硬碟容量来储存影音、图档等资料,这些档案格式上说大不大,但数量累积起来相当可观,注定是要耗用硬碟空间的,尽管HDD的读写速度跟SSD一比相形逊色,但本着经济实惠的卖相,一般使用者还是继续买HDD的单。


直到现在,SSD的价格终于来到让使用者驻足观望的水平了,事实上只会越降越便宜。当价格不再是双方之间难解的议题,再加上微软带来的正向推力,可以预期2013年将会掀起SSD走进消费者PC/NB的潮流,对SSD心生向往的玩家们,可终于等到了!


事实上,当云端应用与行动服务有了SSD技术作为后盾,意味着个人的行动装置即使没有很大的储存容量,但仍能获得即时的存取应用服务,这将让围绕着行动产品而生的创新应用商机,得以落实到一般人的生活中。试想,若要票选近五年或十年来对人类生活影响最大的技术或应用,说不定SSD能名列前茅呢!


(作者为CTIMES特约主笔)


延伸阅读

SSD使用上注意事项

在SSD的使用上,仍有一些需要注意的事项,安装好SSD除了享受它截然不同的「快」,也记得要培养以下小习惯:


1. 建立定期备份的习惯

利用 Google Drive 、 Sky Drive …等云端硬碟服务,定期将SSD中的资料做备份动作。可以避免没来由的SSD硬碟损毁,导致资料无法救回。


2. 设定Secure Erase的周期

每半年(或8个月,可自订)做一次Secure Erase 的动作,借此找出SSD 里损坏的记忆体区块,才能让控制器不再去存取这些记忆体区块,避免控制器死当的风险。执行Secure Erase动作可以让记忆体区块损坏的比例由数%降回0%,但记忆体区块仍会因为读写资料发生损坏情形,因此每半年最都需要进行 Secure Erase 来保养硬碟。


3. 升级韧体

当SSD 推出新的韧体(Firmware)版本时请立刻升级,好处是可以提高SSD 硬碟的稳定度,虽然升级的程序完全不会影响内存的资料,但不放心的话还是先将资料做好备份后再做升级。升级韧体时,请不要用 SSD作为开机磁碟,这样会导致韧体无法升级。


(巫姿惠)


SSD基本观念

「固态硬碟​​」是照着「Solid State Drive」字面翻译的中文名称,但「传统硬碟」不是由硬体零组件构成吗?为何不也叫做「固态硬碟​​」? 「传统硬碟」是由布满磁性物质的碟片所构成,藉由内建的读取头改变碟片上磁性物质的极性,进行存取动作,而非透过电子来记录资料。如果读取头在移动时直接接触到碟片的话会毁损上面的磁性物质,因此「传统硬碟」最怕震动或撞击。


「固态硬碟​​」是由控制器、快闪记忆体、RAM(option)所组成,是藉由电子来记录资料,透过改变电压值的方式将资料储存在快闪记忆体中。快闪记忆体又以矽为主要原料,所以才称它为「固态硬碟​​」,与「传统硬碟」的差别在于其中完全没有机械构造,不会有吵杂的马达运转与磁头读取声音,安静、耐震、体积小、速度快,比起「传统硬碟」用到较高电流启动机械构造,「固态硬碟​​」节能许多。


(巫姿惠)


SSD 常见名词

1.快闪记忆体:主要用在记忆卡 (Smart Phone/数位相机)、随身碟、SSD


2.记忆单元的储存技术:


 SLC (Single-Level Cell)


一个记忆单元只存放一个位元 (两个状态),SLC 的寿命为 100,000 次的读写。


 MLC (Multi-Level Cell)


一个记忆单元可以存放多个电位状态, 若以2bits为例就是00, 01, 10, 11 四个状态,储存密度较SLC高,成本低、速度慢。 MLC 的寿命为3000 -10,000 次的读写。


 TLC (Triple-Level Cell;3-bit cell)


一个单元可以存放多个电位状态, 若以3 bits 为例就是000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111八个状态,储存密度较MLC更高,成本更低,但寿命/速度较MLC更差。 TLC 的寿命为 500 - 1000 次的读写。


以同容量的SLC与MLC 相比,MLC的价格便宜许多,但寿命只有十分之一,大容量、成本低是其优点,同样地,TLC 与MLC比较起来亦是价格、成本更低,只是不到1000次的读写寿命让人不敢恭维。 (注:读写次数会随着奈米制程不同而有所差异)


3.Wear-leveling (平均抹写) 技术:


不管是SLC或MLC都有寿命上的问题,如果有些记忆单元存取次数太频繁,就会造成记忆单元损毁(Bad Block)。 wear-leveling像是会偷偷帮使用者把资料搬家的小帮手,目的是平均所有记忆单元的读取寿命。就像穿鞋子,若是天天穿同一双鞋,鞋子会坏得比较快,倘若好几双鞋轮流穿,这样更能拉长每双鞋的寿命。 wear-leveling大概就是这样的概念,让每个记忆单元的损耗磨损尽量相同。


(巫姿惠)


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