如何降低寫入放大系數(shù)對存儲(chǔ)器的影響

引言：

TBW（Total Bytes Written）是衡量閃存存儲(chǔ)器壽命和耐用性的重要指標(biāo)。但由于寫入放大的影響，實(shí)際TBW值可能會(huì)偏離理論值。本文將介紹TBW的概念以及寫入放大系數(shù)，并探討如何降低寫入放大對存儲(chǔ)器的影響。

TBW：

TBW代表在整個(gè)閃存存儲(chǔ)器的使用壽命內(nèi)，可以寫入的總字節(jié)數(shù)。它等于存儲(chǔ)產(chǎn)品的容量乘以PE（Program/Erase）次數(shù)。然而，由于寫入放大現(xiàn)象，實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)量與期望寫入的數(shù)據(jù)量不一致。

比如"MK-米客方德"的64GB 工業(yè)級(jí)存儲(chǔ)卡耐用性高達(dá) 1920 TBW，3萬次 P/E 周期

寫入放大系數(shù)：

寫入放大系數(shù)是一個(gè)衡量閃存存儲(chǔ)器性能的指標(biāo)，它表示實(shí)際寫入到存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)量與主機(jī)請求寫入的數(shù)據(jù)量之間的比率。造成寫入放大的主要原因是閃存的工作原理，涉及到存儲(chǔ)介質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)，包括page、block、plane、die和閃存片等。

SD NAND、SD Card、eMMC、SSD 的組成：

Page（頁面）：通常大小為4KB，其他的有2K、8K、16K

Block（塊）：通常由64個(gè)page組成，有些是128個(gè)

Plane（平面）：多個(gè)block組成

寫入放大過程：

當(dāng)主機(jī)請求寫入一個(gè)較小的數(shù)據(jù)塊時(shí)，閃存可能需要先讀取整個(gè)block，并將原有數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)一起寫入到新的block中，然后再將原有的block擦除。這個(gè)過程導(dǎo)致實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)量大于主機(jī)請求的數(shù)據(jù)量，從而產(chǎn)生了寫入放大。

寫入放大系數(shù)的計(jì)算：

寫入放大系數(shù)的計(jì)算需要每次寫入同樣大小的文件，在相同的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行，然后計(jì)算實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)量與期望寫入的數(shù)據(jù)量之間的比率。

如何減少寫入放大系數(shù)：

為了降低寫入放大系數(shù)，可以采取以下方法：

1、塊對齊寫入：確保主機(jī)寫入的數(shù)據(jù)是以閃存塊為單位進(jìn)行的，這樣可以避免跨多個(gè)閃存塊的寫入操作，減少數(shù)據(jù)冗余。

2、塊擦除：在更新閃存塊之前，先執(zhí)行塊擦除操作。這樣可以確保整個(gè)閃存塊為空白狀態(tài)，避免原有數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)的合并寫入。

3、垃圾回收：定期進(jìn)行垃圾回收操作，將無效或已刪除的數(shù)據(jù)塊清除掉。垃圾回收可以整理閃存存儲(chǔ)，減少數(shù)據(jù)碎片，從而降低寫入放大系數(shù)。

4、數(shù)據(jù)合并：在閃存中，不同數(shù)據(jù)塊之間可能存在空白區(qū)域。將新寫入的數(shù)據(jù)合并到這些空白區(qū)域中，而不是單獨(dú)寫入新的數(shù)據(jù)塊，可以減少數(shù)據(jù)冗余。

5、寫入放大感知算法：實(shí)現(xiàn)寫入放大感知的算法，通過調(diào)整寫入策略和數(shù)據(jù)管理，盡量減少寫入放大的發(fā)生。

6、使用高質(zhì)量的閃存控制器：選擇性能良好的閃存控制器，它可以更好地管理寫入操作，減少不必要的寫入。

7、避免頻繁的小寫入：盡量避免頻繁地進(jìn)行小塊的寫入操作，而是優(yōu)先進(jìn)行較大塊的寫入，從而降低寫入放大。

8、使用SLC NAND：選擇SLC（Single-Level Cell）閃存而不是MLC（Multi-Level Cell）或TLC（Triple-Level Cell）閃存。SLC閃存通常有較低的寫入放大系數(shù)，但相應(yīng)的成本也更高。

總結(jié)：

所以一般的存儲(chǔ)產(chǎn)品的TBW值是由PE，容量和寫入放大系數(shù)決定 “TBW=PE*容量/寫入放大系數(shù)” 為了最大效率地利用TBW，寫入的數(shù)據(jù)要以page為單位，大于或者少于這個(gè)數(shù)據(jù)都會(huì)造成TBW的浪費(fèi)。 減少寫入放大系數(shù)對于提高存儲(chǔ)器性能和延長壽命至關(guān)重要。合理的數(shù)據(jù)管理、寫入策略和硬件選擇是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。根據(jù)具體情況，選擇適合的優(yōu)化策略，將為存儲(chǔ)設(shè)備提供更好的性能和可靠性。

審核編輯：湯梓紅