為什麼SSD固態硬碟會越用越慢？

1956年，美國IBM公司研發了全球第一款電腦硬碟（305 RAMAC），它有兩個冰箱那麼大，容量為5MB。

2019年，一款普通的M2固態硬碟厚度為2.3毫米，容量為500GB。

從機械硬碟到固態硬碟換代，是一次跨越式提升。

但為什麼說固態硬碟自身的迭代，卻是一種倒退式發展呢？

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信我，真的超有用

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這是一塊普通的機械硬碟，它由一張每分鐘旋轉7200次的磁碟，和一根每隔十幾毫秒就寫入一次數據的磁頭組成。

你平時聽見的電腦噪音，大多就是硬碟的機械運動產生的。

這是一塊固態硬碟，由主控、緩存、和幾塊快閃記憶體晶元組成，通過電信號傳輸，主控只需要不到0.1毫秒的時間，就能存取快閃記憶體上不同位置的多個數據。

因此固態硬碟要比機械硬碟的讀寫速度快上幾百倍。

固態硬碟中最關鍵的部分，是負責存儲數據的快閃記憶體（NAND Flash Memory）。它決定了固態硬碟的性能。

快閃記憶體最初誕生於一塊硅晶圓，晶元廠商根據不同需要，將晶圓上品質合格的晶片切割出來，再進行封裝，就得到了被稱為原片（Original）的快閃記憶體。

十幾年來，各大晶元廠商先後推出了四代有著不同顆粒結構的快閃記憶體。

SLCSingle-Level Cell單層單元

MLCMulti-Level Cell多層單元

TLCTrinary-Level Cell三層單元

QLCQuad-Level Cell四層單元

在最初代的SLC顆粒中，快閃記憶體的最小存儲單元（Cell）只能儲存1比特（Bit）的數據，也就是一個0或者一個1，因此一個單元只有兩種狀態。

在第二代的MLC顆粒中，研發者們往一個單元里塞進了兩比特的數據，0和1排列組合，一個單元就能有4種狀態。

以此類推，到了最新一代的QLC顆粒，一個存儲單元已經可以表達16種狀態，存儲容量達到了初代SLC顆粒的8倍。

但命運所有的饋贈，都早已在暗中標好了價格。

因為存儲容量的翻倍，同時也會導致快閃記憶體顆粒運行速度和壽命的減少。

不同於機械硬碟的磁碟，固態硬碟的快閃記憶體能夠擦除和寫入的次數有限，而這個次數就是快閃記憶體的壽命。當快閃記憶體顆粒的擦寫次數到達極限時，快閃記憶體就會損壞，其中存儲的數據也就會丟失。

初代的SLC顆粒，可用的擦寫次數是10萬次。在最新一代的QLC顆粒上，擦寫次數則驟降到1000次。在容量和使用情況相同的情況下，二者的理論壽命相差了整整100倍。

因此可以說，隨著技術的發展，每一代固態硬碟的性能反而倒退了。

這種倒退式的發展思路當然是故意為之的，它能降低固態硬碟的成本，讓我們這樣的普通人也能消費得起。

就算性能被打了折扣，固態硬碟的壽命仍然足夠普通人使用，運行速度也還是會比機械硬碟快上不少。

（公眾號回復「SSD」，即可獲得壽命計算公式）

更多情況下，固態硬碟存在的問題並不是壽命不足，而是當固態硬碟快要塞滿的時候，運行速度會突然降低。

這個問題產生的原因，和快閃記憶體的擦寫過程（P/E）有關：

我們用這些格子代表快閃記憶體的存儲空間（Page），其中藍色的是已經存有數據的位置。如果你刪除了某個文件，硬碟並不會立刻擦除對應位置的數據，而是會給它打上一個標記。

當你要存儲一份文件時，硬碟也不會在標記的位置寫入新的數據，而是會把數據存進空白的區域，利用更多的存儲空間。

隨著讀寫次數的增加，硬碟里的空白區域很快被用得差不多了。此時如果還要寫入新的數據，就需要把這些帶有標記的位置騰出來，也就是擦除其中的數據。

但快閃記憶體要擦除數據，就只能把一整塊區域（Block）里有用沒用的數據同時擦除。

因此，硬碟必須先把那些還有用的數據挪到其他位置，再把這一整塊區域清空，才能寫入新的數據。

這整個過程被稱為寫入放大（WAF），它意味著更複雜的步驟、更長的耗時，以及更多的擦寫次數。

所以如果你把固態硬碟塞得太滿，硬碟的運行速度和壽命就都會降低。

為了解決這個問題，廠商們選擇了另外一種用倒退換取進步的方式——縮小硬碟可用的容量：

通過預留一部分空白空間（over-provisioning），強行阻止你把硬碟塞滿。

這也是為什麼你在市面上看見的固態硬碟，容量上往往標著240或480G，而不是256或512這樣的「整數」了。

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