Большинство твердотельных накопителей используют NAND, который сохраняет данные без питания.
Большинство твердотельных накопителей используют электронные микросхемы, называемые флэш-памятью NAND. Сам NAND является энергонезависимым, то есть он сохраняет свои данные даже после отключения питания, но потеря данных может происходить различными способами, которые сильно отличаются от того, как может выйти из строя электромеханический жесткий диск.
Некоторые устройства, в основном снятые с производства, которые иногда называют твердотельными накопителями, используют энергозависимые DRAM в качестве носителя информации и, следовательно, теряют свои данные при отключении питания. Эти устройства «RAM-диск» могут иметь резервные батареи, которые позволяют им сохранять данные в течение нескольких часов после отключения питания. Вы можете путать твердотельные накопители на основе NAND с этими устройствами, которые обычно не встречаются в потребительской вычислительной среде.
Хотя маловероятно, что SSD может потерять свои данные, если его таблица сопоставления повреждена, что приведет к потере данных. Это может произойти, если питание неожиданно отключено, когда накопитель занят. Современные приводы разработаны так, чтобы быть устойчивыми к этому типу поломок.
Упоминаемый вами режим отказа, связанный с неожиданным отключением питания, связан не только с отключением питания, но и с тем, как твердотельные накопители управляют данными в своих NAND. Некоторая соответствующая история следует ниже:
Каждая физическая ячейка NAND может поддерживать только конечное число записей. Чтобы избежать преждевременного отказа из-за неравномерного использования базовой NAND, контроллер SSD - его встроенный процессор - активно распределяет записи и реорганизует данные в зависимости от ситуации в процессе, который называется выравниванием износа.
Однако контроллер должен по-прежнему иметь возможность отслеживать, где находятся данные, и согласованно представлять их операционной системе, независимо от того, где находятся данные NAND. Эта функция известна как слой трансляции флэш-памяти (FTL). Как часть этого FTL, контроллер SSD поддерживает внутреннюю таблицу сопоставления, которая указывает, где каждый блок на SSD, как он представляется ОС, расположен на физическом NAND. Большинство твердотельных накопителей имеют микросхему DRAM, такую как память на вашем компьютере, для хранения этой таблицы сопоставления. Этот DRAM является энергозависимым, то есть его содержимое теряется при отключении питания. Хотя эта таблица отображения в конечном итоге сохраняется в самой NAND, она не часто перезаписывается в NAND из-за вышеупомянутых ограничений выносливости и потому, что DRAM все еще значительно быстрее, чем NAND.
При определенных условиях таблица сопоставления может быть повреждена из-за потери питания, скорее всего, во время операции записи. Если таблица сопоставления повреждена, данные на SSD не могут быть прочитаны, поскольку накопитель не может определить, где находятся данные в NAND. Для защиты от повреждения данных таблица сопоставления, как правило, записывается и поддерживается таким образом, что она практически всегда остается в согласованном состоянии и возможно восстановление после потери питания. Новые твердотельные накопители разработаны таким образом, чтобы быть очень надежными в случае потери мощности, но все же возможно - даже если маловероятно - привести к повреждению таблицы, что приведет к потере всех данных на диске.
Некоторые твердотельные накопители, особенно модели, предназначенные для использования на серверах и в других критически важных приложениях, оснащены встроенными конденсаторами, которые обеспечивают достаточную мощность, чтобы гарантировать, что таблицы сопоставления и (возможно) любые данные в процессе записи могут быть безопасно переданы в энергонезависимую NAND. в случае сбоя питания. Хотя эта функция редко встречается в потребительских твердотельных накопителях, тем не менее, есть такие накопители, как Crucial MX500, которые имеют некоторую степень защиты от потери питания. Даже если она не может защитить данные, которые не были полностью записаны на диск, защита от потери питания помогает предотвратить повреждение таблицы сопоставления в случае сбоя питания, независимо от того, что SSD делал в то время, поэтому любой данные уже на диске в безопасности.
Ячейки флэш-памяти могут со временем утекать заряд, что приводит к потере или повреждению данных, и жестко используемые диски не будут сохранять свои данные до тех пор, пока новые диски.
Что касается долгосрочного хранения данных и потери данных во времени, флэш-память работает путем хранения и измерения электронных зарядов в массиве MOSFET с плавающим затвором. Этот электронный заряд может быть изменен путем принудительного электрического заряда через изолятор, который формирует плавающий затвор в каждом транзисторе для хранения данных.
Со временем электроны могут вытекать из изоляторов с плавающим затвором, что приводит к потере или повреждению данных. Этот процесс может занять много лет для флэш-памяти, которая не получила большого использования, но SSD, который получил интенсивное использование, изнашивает изоляцию плавающего затвора внутри чипов NAND и не будет сохранять свои сохраненные данные так долго. В конце концов, транзисторы вообще не смогут удерживать заряд, что делает их неспособными хранить данные.
Чтобы увеличить емкость хранилища и снизить стоимость на гигабайт, большинство современных NAND могут хранить более одного бита на ячейку, вместо этого сохраняя два (MLC), три (TLC) или даже четыре (QLC) бита на ячейку. Для этого устройство должно иметь возможность различать четыре, восемь или 16 различных уровней заряда в транзисторе с плавающим затвором соответственно. Это делает такие устройства более чувствительными к изменениям уровня заряда и, следовательно, быстрее изнашивается. Для современных форм NAND каждая ячейка обычно может обрабатывать от 1000 до 3000 циклов записи, прежде чем она больше не сможет надежно хранить данные. Вот почему твердотельные накопители имеют ограниченную выносливость и поэтому необходимо выравнивание износа.
Для потребительских твердотельных накопителей рейтинг выносливости, предоставленный изготовителем твердотельных накопителей, представляет собой общий объем данных, которые вы можете записать на диск и при этом ожидать, что он сохранит свои данные в течение как минимум одного года. Это число традиционно имеет тенденцию быть консервативным для гарантийных целей, но обычно составляет порядка нескольких сотен терабайт (TBW) для современных твердотельных накопителей.
Температура также влияет на выносливость NAND. Изоляторы с плавающим затвором будут пропускать заряд быстрее при более высоких температурах, чем при более низких. С другой стороны, NAND, который многократно записывается при более высокой температуре, будет работать дольше, потому что изоляторы с плавающим затвором не изнашиваются так быстро, когда ячейки записываются при более высоких температурах.
В общем, слегка используемый SSD будет хранить свои данные в течение нескольких лет, но если вы интенсивно использовали накопитель, данные, хранящиеся на нем, могут не сохраняться до тех пор, пока они не начнут повреждаться или будут потеряны. Периодическое включение накопителя позволит ему обновлять сохраненные данные, а хранение накопителя в прохладном месте и исключение сильной жары помогут ему дольше сохранять данные. Из-за особенностей работы флэш-памяти твердотельные накопители и флэш-накопители не являются идеальным средством хранения данных для долгосрочного архивирования; Лучшим решением было бы использовать архивные оптические диски, такие как носители M-DISC, которые специально разработаны и протестированы для хранения данных в течение очень длительных периодов времени.
