固态硬盘中 MLC 与 SLC 的性能差异解析_配件和外设_基础信息化固态硬盘（Solid State Disk 或 Solid State Drive），也称作电子硬盘 或者固态电子盘，是由控制单元和固态存储单元（DRAM 或 FLASH 芯片）组成的 硬盘。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的相同，在产 品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质， 因而抗震性极佳。其芯片的工作温度范围很宽（-4085 摄氏度）。目前广泛应 用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空 等、导航设备等领域。本文将详细解析 SSD 固态硬盘的工作原理，并解析 SLC 与 MLC 两种不同的 固态硬盘在性能和安全性上的差异。SSDSSD 工作原理工作原理下面是一个关于 NAND 闪盘的原理塔图。从下图我们可以看到，每一个“单 元”就是由一个这样的晶体管组成的。图图 1 1 NAND 闪盘的原理塔图在单级单元（SLC）闪存设备中，一个晶体管可容纳 1-比特数据。您通过 电子通道将数据写入单元；将足够高的电压加于两端，创造一个足够强大的电 场，电子将穿透氧化物进入浮动门。消除电压，电子将继续停留在浮动门。将 电压穿越通道而不施加到门上，扭转偏压，电子将向另一个方向移动。简单的说，这就是闪盘的工作原理-你有两种状态，0 和 1，即使单元没有 电了，状态也会维持住，因此对存储设备来说是非常理想的。编程闪存是一个反复的过程。该控制器将电压施于门（或通道）上，允许 一些电子穿过并检查单元的临界电压。当临界电压已达到一些预定的值时，就 开始编程并储存数据了。MLCMLC 与与 SLCSLC 的区别的区别目前 SSD 硬盘使用两种形式的 NAND 闪存：单级单元（SLC）和多级单元 （MLC）。两者之间的差额是每单元存储的数据量，SLC 每单元存储 1 比特而 MLC 每单元存储 2 比特。关键在于，SLC 和 MLC 占据了相同大小的芯片面积。因 此，在同样的价格下，MLC 可以有两倍容量的效果。英特尔的 SLC 和 MLC 闪存实际上使用了相同的晶体管，不同之处在于怎样 读/写这两个闪存。SLC 只有两个电压符，因为它只有两个状态（0 或 1）。MLC 却有四个状态（00，01，10 ，11），因此需要花费较长的时间来访问，因为你 不想意外写入错误的数据；您已有了相同的最大、最小电压，您现在仅仅有它 们两者之间更多的刻度：图图 2 2 SLC （left） vs. MLC （right）下面是一个关于 SLC 和 MLC 性能基本数据的表格：图图 3 3 关于 SLC 和 MLC 性能基本数据表SLC 和 MLC 的擦除性能是一样的，MLC 闪存的读取性能需花费两倍长的时间， 写入性能需花费四倍长的时间。如果您以前听说过有人抱怨 MLC 写入速度，这 就是部分原因。不过一定要记住，我们在这里谈论的这些数字低得离谱甚 至 900 微秒写入 MLC 闪存的速度都远远超过向普通机械硬盘的写入速度。SLC 的最大优势不在于它的性能好而在于它的使用寿命长。要了解闪存的 耐用性，我们首先需要看看存储设备的内部构造。闪存层次和数据丢失闪存层次和数据丢失我们已经证实了一个闪存单元可以储存一个还是两个比特取决于它是 SLC 还是 MLC 设备。把一群单元聚集到一起，就得到了一个 page.page 是您可以编 程（写入）NAND 闪存装置最小的结构。大部分 MLC NAND 闪存的每一 page 是 4KB.一个 block 是由许多 page 组成 的，在英特尔的 MLC SSD 中一个 block 包含 128 pages（128 pages x 4KB/page = 512KB/block = 0.5MB.Block 是您可以擦除得最小结构。因此，当您写入 SSD 时，您一次可写入 4KB 数据；但是当您从 SSD 擦除数 据时，您一次不得不删除 512KB.过会儿，我会进一步探讨这个问题，但现在让 我们看看当您从一个 SSD 删除数据时会发生什么事情。图图 4 4 存储的阵列架构与读操作之间的关系无论何时您将数据写入闪存，我们都会反复经历同样的编程过程。创建一 个电场，电子穿过氧化物并储存电荷。擦除数据会导致同样的事情发生，但却 向着相反的方向。问题是电子穿过氧化物的次数越多，就会变的越弱，最终将电压也不能再阻止电子的自由活动了。这时候，SSD 的这个单元就发生故障了。大约经过一万次擦除/编程周期后，MLC 闪存才会最终出现那个问题。而 SLC 可使用十万次，这得益于它的简单设计。由于寿命有限，所以 SSD 必须非常小心地选择擦除/编程每个单元的时间和 方式。请注意，您可以从一个单元里读取数据，多少次都行，这并不减少单元 存储数据的能力。只有擦除/编程周期才会降低了寿命。此外需要注意的是，因为 SSD 没有擦除 block 这个概念，唯一擦除 block 的时候就是写入新数据的时候。如果您删除 Windows 里的一个文件而没有创建 新的文件，SSD 实际上并没有从闪存中移走这个数据，除非您准备好写入新的 数据。SSDSSD 如何保证使用寿命如何保证使用寿命现在回到编程和擦除 SSD 数据之间方式的差异上来。您在 page 上编程，在 block 上擦除数据。假设您保存了一个 8KB 的文件，之后决定要删除它，这可 能是您写给自己的简单便条，表示您不再需要了。您保存该文件时，它会以 2 pages 的形式保存在闪存记忆体中；您将其删 除时，SSD 会标记 pages 为无效，但实际上并不会删除该 block.SSD 将等到 block 中一定比例的 pages 被标记为无效时，才会复制一些有效的数据到新的 pages 里去并擦除该 block.SSD 这样做是为了限制了每个 block 擦除的次数， 从而延长驱动器寿命。但是并非所有的 SSD 都采用同样的方式来处理删除请求，因此，从硬盘原 理上来说，如何处理删除请求对 SSD 安全性产生较大的影响。