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更親民、耐用的SSD等到了!
以TRIM向用戶保證效能

【作者: 巫姿惠】   2013年02月26日 星期二

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圖一 :  Windows 8的變革是,將會自動幫SSD執行TRIM,以有效確保SSD不會因反覆抹寫導致讀寫性能降低,進而維持SSD 的使用壽命。
圖一 : Windows 8的變革是,將會自動幫SSD執行TRIM,以有效確保SSD不會因反覆抹寫導致讀寫性能降低,進而維持SSD 的使用壽命。

SSD的許多應用優勢,包括耐震、穩定性與高速讀取的速度等,消費者可能早有耳聞,但由於成本仍偏高,使得這項產品並不親民,推出之初只能出現在這些高規格、高標準的應用環境,如美國太空總署、聯合國的軍艦或是拉斯維加斯的賭場。


接著,企業開始用它了,在一個個階段的成本比較、性能比較、實際效能測試,還有MIS埋頭寫報告的劇情帶過之後,SSD開始為仰賴大型資料庫營運的企業們服役,這些擁有高資本額的企業明白它的好,願意投入金錢購置,也享受到它的優越性能所帶來的利益。


目前企業若想讓數據讀寫效能升級,最佳方案就是改用內接式SSD。在空間上,SSD非機械結構,運作耗能低、發熱低,對企業機房的空間不會產生新的需求。在效能上,現有SSD企業級的應用方案已能達到每秒10,000~18,000 IOPS輸出/輸入的速度,對於資料庫型態的應用服務幫助非常大!



圖二 :  企業伺服器採用SSD的趨勢中,以虛擬應用伺服器及資料伺服器為最大宗
圖二 : 企業伺服器採用SSD的趨勢中,以虛擬應用伺服器及資料伺服器為最大宗

再加上SSD運用在雲端科技也愈見成熟,長遠來看,未來許多企業將不再聘僱行政人員,更毋須租賃大坪數的實體建築作為總部,更沒有IT基礎設備,而將企業的資訊系統都轉殖到雲端服務,員工不需要進辦公室就能工作…。


這種轉變的背後,利基在於成本,企業若有較高比例的營運成本是用在IT設備的運行和維護上,那麼未來藉由SSD技術的擴展,雲端服務的成本將變得相當低廉,讓企業有了不同的選擇。目前這種趨勢在英國已經慢慢發酵,據統計已有百萬個員工成為在家工作者。


SSD推動16奈米製程

而今SSD製程從原先的數十奈米推展到20奈米,更將在2013年一腳跨進16奈米的耐力賽,這得之不易的里程碑代表的是:SSD的Flash顆粒越來越小,不僅工作電壓降低、容量也提昇、速度也倍數成長、連帶著成本越壓越低…它的脫胎換骨為市場圍觀的消費者們拉出長長響炮:恭喜了,接下來的日子,消費者們終於不再是旁觀者了!預估2013年,家用PC裝置SSD硬碟的量將大幅度成長。



圖三 :  SSD的平均售價變化
圖三 : SSD的平均售價變化

只是,不管是什麼樣的產品,跟人一樣,一定都存在著不完美地方。


SSD的整體表現受到快閃記憶體元件、控制晶片的技術能力(自動錯誤校正、故障區塊管理、平均抹寫儲存)、Flash韌體演算法等條件影響,控制晶片所執行的演算法決定了平均抹寫(Wear-leveling)時的演算效率及區塊(block)讀寫的程序,當程序太繁瑣時就會降低其讀寫效能。但若為了提升效能省略了某些區塊的讀取優化程序,卻還是可能因此讓快閃記憶體資料區塊提早損壞。


另一個重要的議題是,SSD的效能表現會隨著使用時間增加而漸漸下降,背後的主因在於控制晶片的TRIM指令集設計與區塊空間回收設計,SSD需適時回收可用空間,以維持夠大的空間作平均抹寫的資料處理,也需要準備足夠的備用資料空間,若上述的回收機制沒有做好,會造成特定的NAND讀寫區塊頻繁寫入、過度使用,而提早出現損壞,此時SSD整體的效能即受到影響開始走下坡。


TRIM指令是讓SSD系統提高效能、做出應用最佳化的基礎工具,它的功能是讓控制晶片自行清理出SSD不用之資料區塊,將儲存空間做回收,來增加SSD可用空間,同時維持SSD的效能表現。


2012下半年,Windows 8甫上市來個揮手致意,即默默地送上定情信物給SSD;意味著兩者將手牽手一起邁向家用PC消費群的約定,Windows 8的變革是,將會自動幫SSD執行TRIM,如此一來便可以有效確保SSD不會因反覆抹寫導致讀寫性能降低,進而維持SSD 的使用壽命。


Windows 8支援的TRIM功能

Windows 8為協助達到SSD的最佳化費了一些功夫。


過去硬碟寫入資料時,舊版Windows系統會命令硬碟將舊資料去除,再寫入新資料。刪除資料時,Windows會在刪除資料的地方做上記號,標記這些地方留有儲存空間,等真正要寫入新資料時再刪除,標示記號的動作會先暫存,等磁碟空間有餘力再執行,但這一來一往的動作比較耗時,因而影響到速度。


新版Windows 8識別到SSD時,當確認此SSD支援TRIM時,一旦舊資料要刪除時,會改用Volume Bitmap來記錄刪除資料的位置,比起之前做記號的方式快速許多。等新資料要寫入時,直接比對Volume Bitmap中紀錄已刪除資料的位置並寫入新資料,省掉抹除原本資料的步驟,不僅保有執行速度也減少反覆抹寫的耗損。最重要的是此作法有助於延長SSD的使用壽命。


結論

家用電腦往往需要較大的硬碟容量來儲存影音、圖檔等資料,這些檔案格式上說大不大,但數量累積起來相當可觀,注定是要耗用硬碟空間的,儘管HDD的讀寫速度跟SSD一比相形遜色,但本著經濟實惠的賣相,一般使用者還是繼續買HDD的單。


直到現在,SSD的價格終於來到讓使用者駐足觀望的水平了,事實上只會越降越便宜。當價格不再是雙方之間難解的議題,再加上微軟帶來的正向推力,可以預期2013年將會掀起SSD走進消費者PC/NB的潮流,對SSD心生嚮往的玩家們,可終於等到了!


事實上,當雲端應用與行動服務有了SSD技術作為後盾,意味著個人的行動裝置即使沒有很大的儲存容量,但仍能獲得即時的存取應用服務,這將讓圍繞著行動產品而生的創新應用商機,得以落實到一般人的生活中。試想,若要票選近五年或十年來對人類生活影響最大的技術或應用,說不定SSD能名列前茅呢!


(作者為CTIMES特約主筆)


延伸閱讀

SSD使用上注意事項

在SSD的使用上,仍有一些需要注意的事項,安裝好SSD除了享受它截然不同的「快」,也記得要培養以下小習慣:


1. 建立定期備份的習慣

利用 Google Drive 、 Sky Drive …等雲端硬碟服務,定期將SSD中的資料做備份動作。可以避免沒來由的SSD硬碟損毀,導致資料無法救回。


2. 設定Secure Erase的週期

每半年(或8個月,可自訂)做一次 Secure Erase 的動作,藉此找出 SSD 裡損壞的記憶體區塊,才能讓控制器不再去存取這些記憶體區塊,避免控制器死當的風險。執行Secure Erase動作可以讓記憶體區塊損壞的比例由數%降回0%,但記憶體區塊仍會因為讀寫資料發生損壞情形,因此每半年最都需要進行 Secure Erase 來保養硬碟。


3. 升級韌體

當SSD 推出新的韌體(Firmware)版本時請立刻升級,好處是可以提高 SSD 硬碟的穩定度,雖然升級的程序完全不會影響內存的資料,但不放心的話還是先將資料做好備份後再做升級。升級韌體時,請不要用 SSD作為開機磁碟,這樣會導致韌體無法升級。


(巫姿惠)


SSD基本觀念

「固態硬碟」是照著「Solid State Drive」字面翻譯的中文名稱,但「傳統硬碟」不是由硬體零組件構成嗎?為何不也叫做「固態硬碟」?「傳統硬碟」是由佈滿磁性物質的碟片所構成,藉由內建的讀取頭改變碟片上磁性物質的極性,進行存取動作,而非透過電子來記錄資料。如果讀取頭在移動時直接接觸到碟片的話會毀損上面的磁性物質,因此「傳統硬碟」最怕震動或撞擊。


「固態硬碟」是由控制器、快閃記憶體、RAM(option)所組成,是藉由電子來記錄資料,透過改變電壓值的方式將資料儲存在快閃記憶體中。快閃記憶體又以矽為主要原料,所以才稱它為「固態硬碟」,與「傳統硬碟」的差別在於其中完全沒有機械構造,不會有吵雜的馬達運轉與磁頭讀取聲音,安靜、耐震、體積小、速度快,比起「傳統硬碟」用到較高電流啟動機械構造,「固態硬碟」節能許多。


(巫姿惠)


SSD 常見名詞

1.快閃記憶體:主要用在記憶卡 (Smart Phone/數位相機)、隨身碟、SSD


2.記憶單元的儲存技術:


 SLC (Single-Level Cell)


一個記憶單元只存放一個位元 (兩個狀態),SLC 的壽命為 100,000 次的讀寫。


 MLC (Multi-Level Cell)


一個記憶單元可以存放多個電位狀態, 若以2bits為例就是00, 01, 10, 11 四個狀態,儲存密度較SLC高,成本低、速度慢。MLC 的壽命為3000 -10,000 次的讀寫。


 TLC (Triple-Level Cell;3-bit cell)


一個單元可以存放多個電位狀態, 若以3 bits 為例就是000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111八個狀態,儲存密度較MLC更高,成本更低,但壽命/速度較MLC更差。TLC 的壽命為 500 - 1000 次的讀寫。


以同容量的 SLC與MLC 相比,MLC的價格便宜許多,但壽命只有十分之一,大容量、成本低是其優點,同樣地,TLC 與MLC比較起來亦是價格、成本更低,只是不到1000次的讀寫壽命讓人不敢恭維。(註:讀寫次數會隨著奈米製程不同而有所差異)


3.Wear-leveling (平均抹寫) 技術:


不管是SLC或MLC都有壽命上的問題,如果有些記憶單元存取次數太頻繁,就會造成記憶單元損毀(Bad Block)。wear-leveling像是會偷偷幫使用者把資料搬家的小幫手,目的是平均所有記憶單元的讀取壽命。就像穿鞋子,若是天天穿同一雙鞋,鞋子會壞得比較快,倘若好幾雙鞋輪流穿,這樣更能拉長每雙鞋的壽命。wear-leveling大概就是這樣的概念,讓每個記憶單元的損耗磨損盡量相同。


(巫姿惠)


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