SSD 섹터의 쓰기 내구성이 제한된 이유는 무엇입니까?

사람들은 SSD 섹터가 불량하기 전에 쓰기 수가 제한적이라고 언급합니다. 특히 섹터가 나 빠지지 않고 기계적 고장으로 인해 고장이 발생하는 클래식 (회전 디스크) 하드 드라이브와 비교할 때 특히 그렇습니다. 왜 그런지 궁금합니다.

기술적이지만 소비자 지향적 인 설명, 즉 실패한 정확한 구성 요소와 빈번한 쓰기가 해당 구성 요소의 품질에 영향을 미치는 이유를 찾고 있지만 SSD에 대한 극도의 지식이 필요하지 않은 방식으로 설명했습니다.

"플래시가 마모되는 이유와 지속 시간을 늘리는 방법" 에서 복사 :

NAND 플래시는 "플로팅 게이트"라고하는 영역에서 전자 량을 제어하여 정보를 저장합니다. 이들 전자는 메모리 셀 (셀을 켜고 끄는데 필요한 게이트 전압)의 전도성 특성을 변화 시키며, 이는 셀에 하나 이상의 비트의 데이터를 저장하는데 사용된다. 이것이 플로팅 게이트가 전하를 유지하는 능력이 데이터를 안정적으로 저장하는 셀의 능력에 중요한 이유이다.

쓰기 및 지우기 프로세스로 인한 마모

정상적인 사용 과정에서 기록되고 소거 될 때, 플로팅 게이트를 기판으로부터 분리하는 산화물 층은 열화되어 장기간 동안 전하를 유지하는 능력을 감소시킨다. 각 솔리드 스테이트 저장 장치는 신뢰할 수 없게되기 전에 유한 한 양의 열화를 유지할 수 있습니다. 즉, 여전히 작동하지만 일관되지는 않습니다. 일관성 있고 예측 가능한 출력을 유지하면서 NAND 장치가 유지할 수있는 쓰기 및 삭제 (P / E주기) 횟수는 내구성을 정의합니다.

일반 종이와 연필을 상상해보십시오. 이제 종이의 한 지점에서 원하는만큼 자유롭게 쓰고 쓸 수 있습니다. 종이를 통과하기까지 시간이 얼마나 걸립니까?

SSD와 USB 플래시 드라이브에는이 기본 개념이 있지만 전자 수준입니다.

문제는 사용 된 NAND 플래시 기판이 각각의 소거에서 열화된다는 것이다. 소거 프로세스는 상대적으로 플래시 셀을 타격하는 것을 포함 된 전기 에너지의 큰 충전 이 칩 자체에 반도체 층을 약간 저하시킨다.

장기적으로 이러한 손상으로 인해 소프트웨어로 수정할 수있는 비트 오류율이 증가하지만 플래시 컨트롤러의 오류 수정 코드 루틴은 이러한 오류를 따라 잡을 수 없으며 플래시 셀을 신뢰할 수 없게됩니다.

내 대답은 나보다 더 많은 지식을 가진 사람들로부터 가져 왔습니다!

SSD는 플래시 메모리를 사용합니다. 물리적 프로세스는 데이터가 셀에 기록 될 때 발생합니다 (전자가 들어오고 나가는 경우).이 경우 물리적 구조가 손상됩니다. 이 과정은 물 침식과 거의 비슷합니다. 결국 그것은 너무 많아 벽이 길을줍니다. 이런 일이 발생하면 셀은 쓸모가 없게됩니다.

또 다른 방법은이 전자들이 "고착되어"세포가 정확하게 읽히기가 더 어려워 질 수 있다는 것입니다. 이것에 대한 비유는 많은 사람들이 동시에 이야기하고 있으며, 누군가를 듣기가 어렵습니다. 하나의 음성을 선택할 수 있지만 잘못된 음성 일 수 있습니다!

SSD는 사용중인 셀간에로드를 고르게 분산시켜 고르게 마모됩니다. 결국 셀은 죽고 사용할 수없는 것으로 표시됩니다. SSD는 "과잉 프로비저닝 된 셀", 즉 여분의 셀 (스포츠의 대체물이라고 생각)의 영역을가집니다. 세포가 죽으면 이들 중 하나가 대신 사용됩니다. 결국이 모든 추가 셀도 사용되며 SSD는 천천히 읽을 수 없게됩니다.

잘만되면 그것은 소비자 친화적 인 대답이었다!

편집 : 여기 소스

거의 모든 소비자 SSD는 NAND 플래시 메모리라는 메모리 기술을 사용합니다. 쓰기 내구성 한계는 플래시 메모리의 작동 방식 때문입니다.

간단히 말해, 플래시 메모리는 전자를 절연 장벽 안에 저장하여 작동합니다. 플래시 메모리 셀을 읽으려면 충전 레벨을 확인해야하므로 저장된 데이터를 유지하려면 전자 충전이 시간이 지남에 따라 안정적으로 유지되어야합니다. 스토리지 밀도를 높이고 비용을 줄이기 위해 대부분의 SSD는 가능한 두 가지 충전 레벨 (셀당 1 비트, SLC)뿐만 아니라 4 (셀당 2 비트, MLC), 8 (셀당 3 비트, TLC)을 구별하는 플래시 메모리를 사용합니다. ) 또는 16 (셀당 4 비트, TLC)까지도 가능합니다.

플래시 메모리에 쓰려면 전자를 절연체를 통해 이동시키기 위해 높은 전압을 구동해야하는데,이 과정은 점차적으로 마모됩니다. 절연체가 마모됨에 따라 셀은 전자 전하를 안정적으로 유지할 수 없어 결국 셀이 데이터를 유지하지 못하게됩니다. TLC 및 특히 QLC NAND의 경우, 셀은 다중 비트의 데이터를 저장하기 위해 더 많은 레벨을 구별 할 필요가 있기 때문에 이러한 전하 드리프트에 특히 민감하다.

스토리지 밀도를 추가로 높이고 비용을 절감하기 위해 플래시 메모리를 제조하는 데 사용되는 프로세스는 현재 15nm 정도로 극적으로 축소되었으며, 더 작은 셀은 더 빨리 마모됩니다. 평면형 NAND 플래시 (3D NAND가 아님)의 경우 SLC NAND는 수만 또는 수십만 번의 쓰기주기를 지속 할 수 있지만 MLC NAND는 일반적으로 약 3,000 회, TLC는 750 ~ 1,500 회에 불과합니다.

NAND 셀을 서로 쌓아 올리는 3D NAND는 셀을 작게 줄이지 않고도 더 높은 저장 밀도를 달성 할 수있어 쓰기 내구성이 향상됩니다. 삼성은 3D NAND를 위해 40nm 공정으로 돌아 왔지만, Micron과 같은 다른 플래시 메모리 제조업체는 평면 NAND만큼 작지는 않지만 작은 프로세스를 사용하여 최대 스토리지 밀도와 최소 비용을 제공하기로 결정했습니다. 3D TLC NAND의 일반적인 내구성 등급은 약 2,000 ~ 3,000주기이지만 엔터프라이즈 급 장치에서는 높을 수 있습니다. 3D QLC NAND는 일반적으로 약 1,000 주기로 평가됩니다.

Intel과 Micron이 개발 한 3D XPoint라는 새로운 메모리 기술은 플래시 메모리의 내구성 제한이 적용되지 않는 데이터 저장에 완전히 다른 접근 방식을 사용합니다. 3D XPoint는 플래시 메모리보다 훨씬 빠르며 DRAM을 시스템 메모리로 대체 할 수있을 정도로 빠릅니다. Intel은 Optane 브랜드로 3D XPoint 기술을 사용하는 장치를 판매하고 Micron은 QuantX 브랜드로 3D XPoint 장치를 판매합니다. 이 기술이 적용된 소비자 용 SSD는 2017 년부터 시장에 출시 될 것으로 예상되지만 비용상의 이유로 3D NAND (주로 TLC 종류)가 향후 몇 년 동안 가장 큰 형태의 대용량 저장 장치가 될 것이라고 생각합니다.

플래시 셀은 정전기를 저장 합니다. 당신이 그것에 몇 가지 여분의 전자를 배치 : 그것은 당신이 팽창 된 풍선에 저장할 수있는 충전의 정확히 같은 종류의 ^* .

정전기에있어 특별한 점은 정전기가 그대로 유지 된다는 것 입니다. 일반적으로 전자 장치에서는 모든 것이 도체를 사용하여 다른 방식으로 모든 것에 연결되며 풍선과 접지 사이에 큰 저항이 있더라도 충전은 매우 빠르게 사라집니다 ^† . 풍선이 충전 상태를 유지하는 이유는 공기가 실제로 절연체이기 때문에 무한한 저항력을 갖기 때문입니다.

일반적으로 그렇습니다. 모든 문제가 있기 때문에 ^‡ 전자와 원자의 엉덩이를 보여줄 구성, 당신은 할 수 있도록 충분한 에너지를 적용하고, 전자의 일부에서 더 느슨한 흔들 (잠시) 풍선에 가까이 이동 무료, 또는 것 : 아무것도에게 도체를 그것. 이것은 실제로 정전기가 발생하는 공기에서 발생합니다. 우리는이 과정을 번개 로 알고 있습니다 !

나는 번개가 다소 폭력적인 과정이라는 것을 강조 할 필요는 없습니다. 이 전자는 물질의 화학 구조에서 중요한 부분입니다. 공기의 경우 번개는 약간의 산소와 질소를 오존과 이산화질소로 변형시킵니다. 공기가 계속 움직이고 섞여서 그 물질들이 결국 산소에 다시 반응하기 때문에 질소는 "지속적인 피해"가 아니며 공기는 여전히 절연체입니다.

플래시 셀의 경우에는 그렇지 않습니다. 여기서 절연체는 더 컴팩트해야합니다. 이것은 고체 산화물 층에서만 가능합니다. 튼튼한 물건이지만 전도성 물질을 통해 약간의 전하를 강요하는 효과에는 영향을 미치지 않습니다. 그리고 상태를 너무 자주 바꾸면 결국 플래시 셀이 망가집니다.

반대로 DRAM 셀에는 적절한 절연체가 없습니다. 그렇기 때문에 정보를 잃지 않기 위해 1 초에 여러 번 주기적으로 새로 고쳐야합니다. 그러나 그것은 모두 일반적인 전도성 전하 전송이기 때문에 RAM 셀의 상태를 변경하면 일반적으로 아무런 나쁜 일도 발생하지 않습니다. 따라서 RAM은 플래시보다 더 많은 읽기 / 쓰기주기를 견뎌냅니다.

^* _{또는 양전하의 경우 분자 결합에서 일부 전자 를 제거 합니다. 당신은 그렇게 몇 취할 필요 이 검출 방법으로 화학 구조에 영향을주지 않습니다.}

^† _{이러한 정전기는 실제로 매우 작습니다 . 수년 동안 지속되는 가장 작은 시계 배터리조차도 수백 개의 풍선을 충전하기에 충분한 양의 초를 공급합니다! 주목할만한 전위 장벽을 뚫을 수있는 전압이 거의 없습니다.}

^‡ _{적어도, 지구상의 모든 문제는 ... 중성자 별으로 가서 문제를 복잡하게 만들지 마십시오.}

기술적 인 문제가 적고 OP가 생각하는 것에 대한 대답은 "많은 사람들이 SSD로 인해 고장이 나기 전에 SSD의 쓰기가 제한적이라고 말합니다. 특히 대부분의 드라이브가 부문이 나빠지는 것이 아니라 기계적인 실패. "
OP 질문을 "SSD가 녹을 녹이는 것보다 훨씬 자주 실패하기 때문에 어떻게 SSD를 사용하면 합리적인 신뢰성을 얻을 수 있습니까?"라고 해석합니다.

신뢰성과 실패에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 나이, 품질, 남용 등으로 인해 완전히 실패하는 것입니다. 또는 많은 읽기 / 쓰기로 인해 섹터 오류가있을 수 있습니다.

모든 매체에서 섹터 오류가 발생합니다. 드라이브 컨트롤러 (SSD 또는 회전)는 실패한 섹터 데이터를 새 섹터에 다시 매핑합니다. 완전히 실패한 경우에도 다시 매핑 될 수 있지만 데이터가 손실됩니다. SSD에서 섹터는 크고 종종 완전히 실패합니다.

SSD는 하나 또는 두 가지 유형의 안정성을 모두 가질 수 있습니다.
더 큰 드라이브를 사용하면 읽기 / 쓰기주기 문제가 도움이 될 수 있습니다 . 작은 드라이브가 있고 Windows와 같은 OS에 사용하면 많은 읽기 / 쓰기주기가 발생합니다. 훨씬 더 큰 용량의 드라이브에서 동일한 OS는 더 적은주기를 갖습니다. 따라서 각 섹터를 자주 지우지 않으면 수천 사이클 만 "만"있는 드라이브도 문제가되지 않을 수 있습니다.
데이터 균형 조정-SSD는 자주 사용하는 섹터에서 덜 사용되는 섹터로 데이터를 이동합니다. OS 및 업데이트에 대해 다시 생각하고 찍은 사진과 비교하십시오. 어떤 시점에서 SSD는 사진의 물리적 위치와 OS 파일을 교환하여주기의 균형을 맞출 수 있습니다.
압축-데이터 압축은 공간을 덜 차지하므로 쓰기가 줄어 듭니다.

그런 다음 구성 요소의 품질이 있습니다. 가장 저렴한 SSD 또는 USB를 구입하면 잠시 동안 작동 할 수 있지만 기업용으로 제작 된 고품질 제품은 소거주기뿐만 아니라 전체 사용 시간이 훨씬 더 오래 지속됩니다.

드라이브의 용량이 커지면 (100-1000GB와 같이) 쓰기를 줄이더라도 삭제주기는 문제가되지 않습니다. 일부 드라이브는 DRAM을 캐시로 사용하여 쓰기주기를 줄입니다. 일부는 캐시 용으로 SSD의 고품질 세그먼트를 사용하고 저비용 및 대형 용으로 낮은 품질을 사용합니다.

현대의 고품질 소비자 SSD는 소비자 기계에서 오랫동안 지속될 수 있습니다. 나는 여전히 5 세 이상입니다. 또한 몇 달 후에 실패한 싸고 새로운 것들도 있습니다. 때때로 그것은 단지 (나쁜) 운입니다.