爱思瑞网6月29日消息，随着技术的不断进步，SSD 的容量越来越大，企业级 SSD 的容量已经达到了 30TB、60TB甚至 120TB。但是，SSD 的寿命一直是困扰用户的难题，尤其是大容量 SSD，一旦出现故障，丢失的数据量非常大。这使得大家对大容量 SSD 的使用变得格外谨慎。
近日，华为数据存储发布文章，揭秘了华为全闪分布式存储让 SSD 大盘更“长寿”的秘密。本文将从 SSD 寿命问题的根源出发，深入解析华为的技术优势，为用户带来更可靠、更安全的数据存储体验。
首先，我们来了解一下 SSD 寿命问题产生的原因
SSD 闪存的本质是由半导体元件和 NAND Flash 颗粒组成的。数据读写操作通过不断对盘上颗粒进行擦写来实现。在这个过程中，Flash 颗粒捕捉电子的能力会逐渐衰减。当颗粒的捕捉能力减弱到一定程度，即超过其最大擦写次数，就会出现“电子逃逸”现象，导致硬盘写穿、数据错误，最终导致 SSD 寿命耗尽。
简单来说，SSD 的寿命与颗粒的总擦写次数和实际使用过程中用户写入的数据量密切相关。只有写入的数据量小于颗粒的总擦写次数，才能确保 SSD 的寿命。
因此，我们可以用一个简单的公式来解释 SSD 寿命与写放大率之间的关系：
可以看到，写放大率是影响 SSD 寿命的关键因素。为了延长 SSD 寿命，我们需要尽可能降低写放大率。
写放大率是指实际写入的业务数据量与实际写入 SSD 的物理数据量之间的比例。比如，写入 16KB 的业务数据，可能需要写入 64KB 的物理数据量，写放大率就是 4 倍。写放大率越高，颗粒的擦写次数就越多，SSD 的寿命就越短。写放大率主要来源于以下三个方面：
1. 后台垃圾回收
SSD 无法覆盖写入数据，修改数据需要先擦除颗粒，然后重新写入。Block 是 SSD 擦除的最小单元。当修改少量数据时，SSD 会将原 Block 上的有效数据全部读取到新的 Block 位置，然后擦除原 Block。这个过程相当于整理房间，需要把老房间的东西全部搬出来，再放到新房间里重新布置。这种机制会造成少量数据更新导致大量颗粒擦写，从而增加写放大率。
2. 小 I/O 补齐
SSD 可读写的最小单元是 Page，通常是 512 个字节。用户写入数据时，如果写入的 I/O 大小不足一个 Page 的容量，为了管理数据，需要寻找额外的无效数据，与原数据拼凑成一个完整的 Page，然后再写入颗粒中。这个“凑齐”的过程会造成写放大率的增加。
3. 元数据变化
元数据是描述数据的索引，一般存放在 SSD 上的特定 Block 区域。当用户频繁修改数据时，相应的元数据也要进行修改和重定向，造成多次读写、擦写，增加 SSD 的整体写放大率。
华为 OceanStor Pacific 分布式存储采用了一种创新的机制——小 I/O 聚合，将小 I/O 在写盘前聚合到保电内存中，只有达到一定粒度后才会写入 SSD，有效减少了小 I/O 补齐造成的写放大。这种技术同时对元数据变化非常友好。因为聚合后的 I/O 更易集中修改，元数据被频繁擦写的概率也大幅降低。
除了降低写放大率，华为还采用了业界领先的多流技术，智能识别数据的冷热程度，优化数据布局，减少不必要的重复擦写和数据搬移，进一步降低 SSD 写放大率。
除了降低分母，华为还通过提高分子来延长 SSD 寿命。他们采用了额外的编码纠错技术，在颗粒达到标称擦写次数后，对数据进行持续校验或修正，有效避免数据错误和业务出错，相当于变相地增大了颗粒的总擦写次数。
华为开发了一套更加强大的组合拳——LDPC（Low Density Parity Check）算法与 SmartFSP 3.0 算法。LDPC 算法负责监测 Flash 介质，寻找更精确的读取电位，而 SmartFSP 3.0 算法则提供高效的校验纠错性能，保障更高精度的盘内冗余纠错。二者协同，将 SSD 误码率从 10-17 降低至 10-18，整整降低了一个数量级，有效延长了 SSD 的使用寿命。
通过这两项技术，华为将 SSD 的寿命提升了一个数量级，延长了 30%-50% 的 SSD 寿命，从而显著提高了大容量 SSD 的可靠性和安全性。
