固態(tài)硬盤對可靠性的要求

工業(yè)級固態(tài)硬盤和軍工級固態(tài)硬盤必須擁有極高的可靠性。但是，現(xiàn)實中固態(tài)硬盤會遭受復(fù)雜、苛刻的環(huán)境和使用工況，供電偶爾遭遇故障或者失效。遺憾的是，SSD固態(tài)硬盤對于這種外部電源的異常掉電的抵抗能力先天不足，異常掉電會造成數(shù)據(jù)丟失，甚至整個固態(tài)硬盤失效。

異常掉電的起因和后果

電源的失效事件包括從瞬態(tài)欠壓到長時間完全斷電的情況。這些事件可以因為供電網(wǎng)絡(luò)、外置UPS的部件、系統(tǒng)電源（熔斷，線纜故障），或者是在振動、熱量、沖擊等條件下的PCB或者連接頭失效而引起。

睿達硬件級斷電保護功能的SSD

SSD固態(tài)硬盤層面的電源失效的風(fēng)險，部分的決定于安全供電的措施是否完善。電源失效能夠?qū)е孪到y(tǒng)延遲，甚至永久性的數(shù)據(jù)丟失。根據(jù)睿達研發(fā)部門進行的數(shù)十萬次主機異常掉電測試發(fā)現(xiàn)，目前市面上的各類SSD固態(tài)硬盤，根據(jù)產(chǎn)品的不同，大約有1/346~1/2000的概率導(dǎo)致SSD固態(tài)硬盤系統(tǒng)數(shù)據(jù)損壞導(dǎo)致無法識別。根據(jù)第三方的測試，大約有1/170~1/2000分之一的情況下，丟失系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

異常掉電破壞固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)和自身的原理

對SSD固態(tài)硬盤而言，掉電保護比其他設(shè)備更加必要。這和SSD固態(tài)硬盤的存儲介質(zhì)——閃存的有很大的關(guān)系。當(dāng)SSD固態(tài)硬盤正在對一個Nand閃存的塊進行編程（寫入）時，編程的操作必須完整執(zhí)行，以確保數(shù)據(jù)可靠地保存。當(dāng)正在編程時，SSD固態(tài)硬盤的供電出現(xiàn)問題的話，對數(shù)據(jù)是一種極大的危險，尤其是對MLC介質(zhì)的SSD固態(tài)硬盤。對MLC閃存而言，這種危險是雙重的。

原因有兩個:

一是Nand閃存讀取的最小單位是頁，而擦除的最小單位是塊。當(dāng)一個新的頁的數(shù)據(jù)需要寫入時，SSD固態(tài)硬盤通常需要將寫入目標(biāo)頁的"鄰居"讀取到緩存，合并成新的數(shù)據(jù)進行存儲或者轉(zhuǎn)存。如果在這個過程當(dāng)中電源失效，就會有很大的風(fēng)險。

原因二是因為MLC Nand Flash使用存儲單元的同一個物理頁，來存儲2個邏輯頁的數(shù)據(jù)。當(dāng)在對高頁進行編程中電源失效，低頁所存儲的有效數(shù)據(jù)也會丟失或損壞。通常我們將其稱為"低頁數(shù)據(jù)損壞"。TLC也是同理。

固態(tài)硬盤沒有掉電保護功能的保護，會導(dǎo)致什么樣的后果？

用戶數(shù)據(jù)丟失，和主機操作系統(tǒng)—SSD固態(tài)硬盤的"通信"方式有關(guān)。當(dāng)主機將數(shù)據(jù)寫入指令發(fā)送給SSD固態(tài)硬盤時，這些數(shù)據(jù)實際還存儲在緩存中。為了追求高性能，SSD將會通知主機操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)已經(jīng)完整寫入，實際上，數(shù)據(jù)仍然在處理中。如果此時電源失效，SSD固態(tài)硬盤的主控?zé)o法在斷電之前完成數(shù)據(jù)寫到閃存，那么數(shù)據(jù)將會丟失。之后，當(dāng)主機請求這些數(shù)據(jù)時，SSD控制器可以報告這些數(shù)據(jù)已經(jīng)"無法恢復(fù)"或者提供原有的舊數(shù)據(jù)給主機。后面這種情況下，主機甚至都不知道數(shù)據(jù)是不正確的。

SSD固態(tài)硬盤為了提高性能，板載Flash之間組成了陣列/RAID的方式在運作，所有的數(shù)據(jù)都是分散到多片F(xiàn)lash存儲。同時，在每一片F(xiàn)lash中，數(shù)據(jù)的存儲位置都不是連續(xù)的。這些動作，都由SSD固態(tài)硬盤控制器中，F(xiàn)TL層操作。所有這些數(shù)據(jù)的存儲，都會形成一張映射表存儲，以便SSD控制器實現(xiàn)物理LBA地址和主機邏輯LBA地址之間的轉(zhuǎn)換或翻譯。映射表必須被創(chuàng)建并維護，否則就無法讀取所存儲的數(shù)據(jù)。而每當(dāng)新數(shù)據(jù)寫入時，映射表必須被更新。映射表文件被存儲在SSD固態(tài)硬盤的某個區(qū)域，輔以比用戶數(shù)據(jù)更高水平的ECC保護。而映射表數(shù)據(jù)，在主機斷電時，也難逃厄運。如果斷電時映射表數(shù)據(jù)丟失，SSD固態(tài)硬盤將會表現(xiàn)為數(shù)據(jù)損壞，返回（損壞的）舊數(shù)據(jù)，或者徹底的無法識別。

Agrade睿達存儲的異常斷電保護有固件級和硬件級兩類：小容量SSD采用固件級斷電保護，大容量SSD在固件級斷電保護的基礎(chǔ)上增加了硬件級斷電保護功能。硬件級斷電保護需要有獨立的硬件電路，包括應(yīng)急供電用的電容、用于發(fā)現(xiàn)斷電并觸發(fā)保護機制的電壓監(jiān)視控制芯片等。

睿達所有的固態(tài)硬盤在設(shè)計時都會考慮掉電保護機制，而且要能覆蓋所有可能發(fā)生的極端條件，以及保護機制自身不會犯錯，這也是工業(yè)級固態(tài)硬盤和軍工級固態(tài)硬盤區(qū)別于其他一般消費類固態(tài)硬盤的關(guān)鍵因素。