2024.06.04

SSD壽命多長?你的SSD還可以用多久?

2024年

目錄
前言
SSD的內部構造左右使用壽命?
SSD使用壽命有多長?
影響SSD壽命的5因素
SSD壽命受損徵兆有哪些? 
如何檢查自己的SSD是否健康?
透過HD Tune監控SSD壽命
使用SSD的注意事項,這樣使用對SSD比較好!
 

前言

「SSD固態硬碟壽命有多長?」「SSD固態硬碟比起HDD傳統硬碟是不是可以使用更久?」對於這些疑慮,各位需要了解到,任何儲存裝置都是消耗品,因此一定會有耗損的機會。然而,影響SSD固態硬碟使用壽命長短,有許多因素考量,透過SSD原理能夠了解不同規格的SSD固態硬碟會因先天體質不同而產生使用年限的差異;各位的使用方式、習慣也會影響SSD使用壽命。因此,透過本篇文章將為各位介紹SSD固態硬碟構造、了解影響SSD壽命的因素、如何判斷SSD受損徵兆並自行檢測健康狀況,更重要的是了解正確使用方法,以延長SSD固態硬碟壽命! 
 

SSD的內部構造影響使用壽命?

不論是SSD固態硬碟還是HDD傳統硬碟,都有其優勢與劣勢;由精密機械元件組成的HDD傳統硬碟,容易因碰撞、摔到或髒汙產生損壞導致HDD傳統硬碟使用壽命受影響;不同於HDD傳統硬碟,SSD固態硬碟(Solid State Disk)內部構造由控制晶片 (Controller)以及快閃記憶體(NAND Flash)運作,因此SSD固態硬碟更具有耐衝擊、抗震動的特性。然而SSD的內部規格、快閃記憶體、控制晶片的不同亦會影響SSD固態硬碟的性能、穩定度,進而影響使用壽命的長短。 
 
1. 不同連接介面影響SSD相容性、儲存速度效能 
【SATA III】
SATA III介面是HDD傳統硬碟和SSD固態硬碟共用的傳統插槽升級後的介面。在從HDD傳統硬碟過渡到SSD固態硬碟的過程中採用SATA介面有其優勢,因為與一般標準硬碟使用的插槽相同,亦可以相容於其主機板。隨著各種SSD固態硬碟介面發展至今SATA III的傳輸速度相較其他更先進的界面來說已稍嫌緩慢,560 MB/s的連續讀取速度和高達510 MB/s的連續寫入速度。

【M.2】
M.2是SSD固態硬碟小型化的介面,就物理尺寸的大小而言,M.2 SSD目前體積最小的。具有短插針連接器,並且通常是水平配置在主機板上,因此極為不顯眼。但是,因應極小的體積,電路板上元件的的高密集度會使它們在運作時變得很熱,因此超高效能M.2介面的SSD固態硬碟通常自帶散熱器會散熱片(和DRAM記憶體的散熱片類似)。

【M.2 PCIe (PCI Express) / NVMe】
PCIe是主機板上標準的擴充插槽,並非是專為 SSD 設計,其設計供任何「視訊卡,音效卡.....等各種不同功能擴充卡」。NVMe 非揮發性記憶體主機控制器介面是SSD 「專有的新讀寫技術」,支援幾乎所有的PCI Express和M.2 SSD來往主機系統的資料傳輸。如果你正在尋找最高效能的SSD固態硬碟,PCle+NVMe SSD是追求性能極速唯一選擇。將具 NVMe 規格的 SSD 插在 PCIe 的擴充槽能夠發揮SSD極速,高達3,400 MB/s的連續讀取速度和高達3,000 MB/s的連續寫入速度。

SSD規格

2.快閃記憶體NAND Flash左右SSD固態硬碟的使用壽命耐久性 ? 
透過快閃記憶體(NAND Flash)儲存資料的SSD固態硬碟,目前因快閃記憶體(NAND Flash)技術限制仍有「資料儲存年限」的問題,快閃記憶體(NAND Flash)的有限抹寫次數影響了SSD固態硬碟耐用性等級,SSD固態硬碟每一次的資料寫入/抹除,快閃記憶體(NAND Flash)儲存單元(Cell)都會耗損,直到SSD固態硬碟的使用壽命用盡。

快閃記憶體(NAND Flash)扮演了左右SSD固態硬碟的使用壽命耐久性、效能的重要角色。SSD的快閃記憶體(NAND Flash)顆粒分為幾種類型:單層儲存單元SLC、雙層儲存單元MLC、三層存儲單元TLC以及四層儲存單元QLC。當中的讀寫速度、寫入抹除次數、儲存密度以及成本如下方表格,若想更深入了解快閃記憶體(NAND Flash),可以參考《SSD固態硬碟是什麼》從SSD原理更加了解SSD固態硬碟構造對於SSD壽命的影響。

SSD快閃記憶體儲存單元


3.控制晶片controller是延長SSD壽命關鍵? 
SSD固態硬碟內的控制晶片Controller負責連接快閃記憶體(NAND Flash)與電腦內其他組件之間的傳輸溝通,並掌管SSD每一儲存區塊(Block)上資料的寫入讀取;控制晶片Controller更具備幾項重要功能,以延長SSD固態硬碟的使用壽命。

【耗損平均技術Wear Leveling】
耗損平均技術(Wear Leveling)主要功能是使SSD固態硬碟儲存區塊(Block)能均勻分佈地寫入,避免有任何儲存區塊(Block)過度寫入存取而嚴重耗損,以此延長SSD固態硬碟快閃記憶體(NAND Flash)預期壽命。耗損平均技術(Wear Leveling)又可分為動態和靜態,動態耗損平均將邏輯區塊位址(LBA)從操作系統映射到快閃記憶體(NAND Flash)並追踪紀錄哪一個區塊是最後抹除/寫入的區塊,當下次抹寫時會依序寫入另一個區塊;靜態耗損平均則將LBA映射到快閃記憶體(NAND Flash),然後讓抹寫次數較少的區塊週期性移動(類似旋轉的效應)以替換抹寫次數較多的區塊,這也稱為全區耗損平均技術。    
 
【自動錯誤校正Error Correction Code簡稱ECC】
自動錯誤校正(ECC)是利用軟體偵測並修正快閃記憶體(NAND Flash)儲存資料時可能產生的錯誤,並有助於修正抹寫的錯誤。藉由這些除錯的功能同時也延長了SSD壽命。  
 
【故障區塊管理 Bad Block Management】
SSD固態硬碟在使用前會先保留一定比例的正常儲存區塊(Block),用以取代故障區塊)方法,當資料寫入SSD固態硬碟執行自動錯誤校正(ECC)時,如有儲存區塊(Block)中的資料錯誤無法修正, SSD控制晶片(Controller)會向電腦回報錯誤訊號,將資料跳過故障區塊儲存區塊(Block),轉移至預留的正常區塊並標記為故障區塊(Bad Block),以確保資料不再寫入至該故障區塊,此機制便是SSD固態硬碟的故障區塊管理(Bad Block Management)。

【TRIM修剪指令】
TRIM指令的主要功能是可以通過立即抹除已刪除的目錄或區塊(Block)來提高SSD固態硬碟性能,TRIM指令會趁SSD固態硬碟閒置時,先去啟動「主動垃圾收集機制」清除那些標示已刪除的儲存區塊(Blocks),使新資料能隨時寫入。TRIM指令與主動垃圾收集機制同時運作時能夠延長 SSD 的使用壽命,並提升 SSD讀寫效率,是非常聰明的機制。

 

SSD使用壽命有多長?

上述內容提到SSD固態硬碟的使用壽命長度會受到先天體質影響,然而SSD固態硬碟可靠性是否可以評估?下列說明幾項衡量SSD壽命的參考指標 (但要了解SSD壽命還是會受到後天使用而影響) : 

【TBW, TotalBytes Written寫入總量】
TBW (寫入總量)為衡量SSD固態硬碟產品生命週期內,預期可以累計的合理寫入量,可以做SSD壽命的概算值。若TBW (寫入總量)值越大,則可參考為此SSD固態硬碟愈耐操寫、預期使用壽命越久。舉例來說,如果SSD固態硬碟的額定寫入總量為300 TBW,即表示此SSD固態硬碟在無法使用前,預期可寫入300 TB的總資料量。
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【DWPD, Drive Write Per Day每日寫入量】
DWPD(每日寫入量)用以衡量SSD固態硬碟保固期限內,每天能夠平均寫入的資料量。舉例來說,如果你有一容量為200GB 的SSD固態硬碟,其DWPD(每日寫入量)= 1.5,保固期限為5年,每天平均可寫入的資料量不超過200GB x 1.5 = 300GB,在保固期限5年內,此SSD固態硬碟使用壽命部會有影響。
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【MTBF, Mean time between failures平均故障間隔時間】
MTBF(平均故障間隔時間)是指SSD固態硬碟在開始使用到出現第一個故障的平均值間隔時間,此項指標並非精準表示SSD固態硬碟實際使用壽命的測量值,而是基於小樣本數的統計評估。然而在合理的數值內,MTBF(平均故障間隔時間)越高可參考為可靠性越高。舉例來說,SSD固態硬碟的MTBF(平均故障間隔時間)為150萬小時(約為171年),保固期限5年。並非表示說此SSD固態硬碟使用壽命為171年,而是以此推估,即該此SSD固態硬碟的平均年失效率約為0.6%。
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影響SSD壽命的5因素

不同於HDD傳統硬碟,SSD固態硬碟在構造上沒有易損壞的活動元件,因此不會有因機械元件易損壞而影響使用壽命的問題,即便如此也不表示SSD固態硬碟沒有使用壽命限制。SSD固態硬碟仍然會失效、損壞,了解影響SSD壽命、造成損壞的原因,並能正確使用,以避免SSD發生故障甚至影響裡面儲存的重要資料。

以下列出常見影響SSD壽命5因素:

1. SSD固態硬碟內部組件物理性故障
儘管SSD固態硬碟沒有任何容易損壞的活動元件,但其零件仍可能發生物理性的故障。可能是焊接在電路板的元件脫落斷裂或者焊點氧化,而導致元件發生電子故障,進而影響SSD使用壽命。 
 
2. SSD固態硬碟中的資料毀損
除了物理故障外,SSD固態硬碟還會遭受邏輯性故障問題,例如:資料毀損。你的SSD固態硬碟因為感染病毒、惡意軟體,造成儲存區塊(Block)損壞,而儲存在裡面的資料也可能因此被感染或毀損。在這種情況下,毀損的資料可能導致SSD固態硬碟的某些機制失效,最終可能造成資料遺失。
 
3. SSD固態硬碟因水、重擊造成損壞
許多外部因素也可能導致SSD固態硬碟故障,最主要兩個分別是水和外力重擊。雖然SSD固態硬碟比起HDD傳統硬碟更耐衝撞,但若發生嚴重的摔落或外力重擊, SSD使用壽命也是會受到影響。
 
4. SSD固態硬碟中的短路
與HDD傳統硬碟不同,因SSD固態硬碟完全由電子零件組成,因此「電」對SSD固態硬碟來說是很重要的影響。如果在使用SSD固態硬碟過程中發生電源故障、電源中斷,都很容易發生SSD固態硬碟短路,進而破壞快閃記憶體(Nand Flash)中的資料。

5. SSD控制晶片(Controller)韌體更新錯誤
SSD製造商或控制晶片(Controller)供應商有時會針對SSD固態硬碟效能提升或錯誤修正,提供更新版本的控制晶片(Controller)韌體,此時控制晶片(Controller)的韌體就需要被更新,以提高效能。但在更新過程中,需避免韌體更新中斷或其他原因造成韌體更新失敗,控制晶片(Controller)會因更新韌體過程中的突發失誤受到影響。

 

SSD壽命受損徵兆

SSD固態硬碟在故障前,可能會有一些壽命受損跡象需要注意,下方說明SSD固態故障的症狀以及可以初步採取的解決方式:

1. 儲存區塊(Block)損壞造成的錯誤
HDD傳統硬碟有「壞軌」的故障狀況;而SSD固態硬碟則是「頁(Page)受損」,當SSD產生Page受損的常見症狀是:
    (1)無法讀取或將檔案寫入SSD固態硬碟。
    (2)出現你的電腦或檔案系統需要維修的錯誤訊息。 
    (3)執行中的應用程式通常會停擺並導致當機。 
    (4)搬移檔案時經常出錯。
    (5)常常發生LAG,尤其是在開啟較大檔案時。

通常在這種情況下,電腦會嘗試讀取或保存文件,但是會花費很長時間,並且失敗率相當高,最後系統常常會顯示錯誤訊息。如果出現這樣的狀況,建議立即備份你的檔案,並購買SSD固態硬碟作備用

2. 無法讀取或寫入檔案
若SSD固態硬碟產生壞區塊,導致檔案無法讀取或寫入時,甚至可能以兩種方式影響儲存在裡面的檔案:

(1)系統在將檔案寫入SSD固態硬碟時檢測到損壞的區塊,因而拒絕寫入。
在第一種情況下,你的資料從未被寫入過,因此它不會毀損。通常系統會自動修復。如果沒有,你可以嘗試將檔案先儲存在其他位置,或者把檔案複製到其他儲存裝置,然後電腦重新開機,再將檔案儲存回SSD固態硬碟以解決問題。

(2)檔案被寫入後,系統檢測到損壞區塊,因此拒絕讀取該檔案。
如果遇到第二種情況,檔案應該就無法被讀取了。你可以嘗試一些方法從發生故障的SSD中恢復資料和檔案,但這情況通常儲存在這些損壞區塊上的資料可能已經永久毀損,因此要100%救回資料的機會不大。

3. 檔案系統需要修復
不論電腦是Windows或macOS,在使用SSD時電腦螢幕若出現「檔案系統需要修復」的錯誤訊息,有可能是由於未正確關機而導致的;但是也可能是SSD固態硬碟出現儲存區塊損壞或連接介面接口出現問題。發生這樣的狀況,可以透過電腦作業程式Windows、macOS或Linux內建的系統修復程式來修復毀損的檔案系統,不同的作業系統都會有各自程式的引導提示,因此可按照指示的步驟操作並修復檔案系統。但是在此過程中可能會遺失一些資料或檔案,並且很難救回。建議還是養成定期備份所有檔案的習慣,以防SSD故障影響使用壽命的狀況。

4. 開機過程中頻繁的當機
如果你將SSD固態硬碟設定為電腦開機系統碟,當發生電腦啟動過程中當機次數頻繁,但在幾次按下「重置」按鈕後仍能正常工作,造成當機的原因可能要歸咎於系統碟。這可能是SSD固態硬碟儲存區塊毀損或系統碟使用壽命將盡的跡象。要測試是否是系統碟的問題,可以透過軟體進行診斷,也可以嘗試格式化系統碟並重新安裝作業系統(執行格式化前記得要先備份)。

5. SSD固態硬碟變成唯讀
這種情況為SSD固態硬碟可能會拒絕任何資料寫入的操作,但是仍然可以在唯讀模式下讀取檔案。這種情況並不常見,但是有些使用者曾經遇過,當發生這徵兆通常會推測是SSD壽命即將用盡。在汰換疑似故障的SSD固態硬碟之前,請嘗試將這顆SSD固態硬碟連接到另一台電腦,作為外接硬碟或第二顆硬碟。以電腦的原有系統碟開機(不使用這顆疑似故障的SSD當成系統磁碟進行測試)。如果這顆SSD仍在唯讀模式下運行,則仍有機會在安全抹除SSD資料之前救回所有檔案。

 

如何檢查自己的SSD是否健康?

當HDD傳統硬碟在閒置時不斷旋轉,或運作時發出異音,便能初步判斷硬碟可能發現故障。但是與HDD傳統硬碟不同的是,SSD固態硬碟不會發出噪音來告訴你使用壽命將盡。透過安裝測試程式對SSD固態硬碟進行健檢,並且能以背景監測的方式在SSD發生故障前發出警告。

SSD檢測工具通常提供幾個基本功能,但並非每款SSD健檢程式都包含下列所有功能。購買之前,請仔細閱讀程式的說明,以了解是否包含下列任何或所有工具。(但請注意:不同的供應商對於這些程式的專有名詞說明可能略有不同。)

1. SSD性能優化工具 
性能優化工具能夠監控SSD固態硬碟性能和基礎功能測試,此類型的工具程式可以幫助各位針對不同的需求優化或調整SSD固態硬碟。可能是透過犧牲某些儲存空間來提高SSD性能,或者是反之以性能和可靠度換取儲存容量最大化,也能夠變更SSD控制晶片(Controller)執行垃圾回收技術的時機和其他參數的設定,進而顯著的影響到SSD的效能。
 
2. SSD健康檢查工具
健康工具主要針對SSD固態硬碟運行狀況監視,並警告即將發生的故障。透過SSD健康工具可以監控快閃記憶體(NAND flash)的抹寫週期以及需要除錯的次數,以此掌握SSD固態硬碟的整體運行狀況,並預測SSD的使用壽命何時用盡。
 
3. SSD預留空間工具
預留空間工具可使用於控制SSD固態硬碟所提供的預留空間比例。由於儲存在SSD固態硬碟內的資料會透過搬移來達到平均抹寫和垃圾回收的目的,因此SSD固態硬碟本身通常「預留過多的儲存空間」。這意味著實際上可用的儲存空間比SSD在系統上顯示的還多,這些預留的空間用作為暫存區域,方便能夠更快、更有效地執行資料移動過程。SSD固態硬碟的預留的儲存空間多寡通常是由原廠設定的,但是SSD空間預留管理工具允許使用者對此進行更改。透過減少設定的預留空間,可以增加可用儲存容量,但會降低性能,反之亦然。

 

透過HD Tune監控SSD壽命

透過上述內容大家可以了解,儲存裝置皆屬於「消耗品」,SSD固態硬碟的使用壽命必定有一定的年限,因此養成平時定期檢查SSD固態硬碟的健康狀態,才不會有一天SSD固態硬碟突然發生問題無法進一步排除,也不確定自己的方法是否會使SSD固態硬碟產生更嚴重的問題,甚至無法取回儲存在裡面的重要資料。

推薦大家市面上常用的檢測工具「HD Tune pro」。HD Tune pro能夠針對SSD固態硬碟進行錯誤掃描並執行讀取測試,隨時檢查SSD固態硬碟壽命及健康狀況。雖然HD Tune pro 未能根據SSD固態硬碟廠牌和裝置本身設計結構提供完全的資訊,但對於一般使用者檢查SSD固態硬碟壽命狀態來說,其功能性算是很足夠了。想要了解更詳細的HD Tune pro檢測功能、操作步驟,可以參考《硬碟檢測工具 – HD Tune介紹》。

 HD tune檢測工具

 


使用SSD的注意事項,這樣使用對SSD比較好!

除了養成平時定期檢查SSD固態硬碟的健康狀態的習慣,了解使用SSD固態硬碟的注意事項,避免使用過程產生任何錯誤、故障,而縮短SSD固態硬碟的使用壽命。下方為延長SSD固態硬碟壽命的使用注意事項。

1.極端環境、外力破壞,影響SSD固態硬碟壽命。
2.避免在SSD固態硬碟寫入讀取過程突然斷電。
3.釋放SSD固態硬碟上的一些額外空間,以便可以移動損壞區塊(Block)中的資料。
4.養成隨時備份資料的習慣,想了解更清楚的資料備份方法可以參考《如何正確備份資料及保存》。

透過本章了解到儲存裝置是損耗品,都會有使用年限的限制,然而影響SSD固態硬碟壽命的原因有很多,能熟悉SSD固態硬碟的特性並正確使用才是更重要的。然而若遇到SSD固態硬碟故障但無任何備份資料的狀況,並且有資料救援的需求,請務必尋求「專業資料救援公司」協助。  

 

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