面临寿命质疑 NAND闪存还能走多远？

过去三年中，咨询公司等机构一直对NAND闪存是否能够在一段时间内持续处理大量写入操作而抱怀疑态度，这也就是我们通常所说的NAND写入限制问题。这些疑问引发了人们对倍受企业系统青睐的闪存以及固态盘技术的可靠性、成本以及耐用性的关注。

那么写入问题的确是NAND在企业计算中的一个限制吗？目前，在作为闪存最大的市场——手机和数字音乐播放器等消费市场方面这并不是一个主要问题。但是随着NAND闪存被越来越多应用到企业级存储产品中，这些问题的重要性就逐渐凸显出来。

网络存储行业协会（SNIA）主席、同时也是EMC高管的Wayne Adams表示：“NAND的写入限制对终端用户来说并不是真正意义上的软肋。当你购买一部汽车的时候，理想选择是燃油混合型系统，但是你并不了解让汽车行驶起来的所有机械设计。这与NAND技术遇到的情形有些类似。工程算法被用于增强NAND性能，同样的技术以相同方式被用于硬盘驱动器中来解决迁移数据时越到的局限性。存储介质中总会有一部分组件的工作效率较低，我们的工程师正在试图解决这些瓶颈。”

据目前考虑来看，SLC NAND本身支持100000次写入操作，MLC NAND支持的写入操作大约是前者的1/10。

通过使用将损耗平均分布在NAND设备中的损耗均衡（wear-leveling）算法，制造商在他们的产品设计解决方案中采用NAND来解决写入低效率的问题，将NAND使用期限延长到和硬盘驱动器一样的三至五年，IT决策者之所以选择它因为能够满足他们三至五年的资产折旧周期。

这些可以延长声明周期的算法会根据厂商和应用的不同而不同，但是损耗均衡的总原则就是在损耗最小的前提下直接写入NAND块中来确保NAND设备的均衡使用。

最近美光公司展示了一个NAND设备样本，这样本总共有4064个块，允许2.5%的坏块率，每隔10分钟对三个50个块的文件进行更新，同时NAND主机采用相同的200个物理块进行更新。

如果没有损耗均衡，那么10000个周期×200个更新块/每个文件50个块×每个小时6个文件×24个小时大约等于278天，或者不到一年的NAND设备使用期限。

有了损耗均衡的话，10000个周期×4096个平均使用的块/每个文件50个块×每个小时6个文件×24个小时大约等于5689天，或者超过10年的NAND设备使用期限。

SNIA委员会主席、同时也是IBM高管的Phil Mills表示：“这确实是NAND闪存技术的一个特点，我们需要利用损耗均衡来提高性能和延长使用期限。损耗均衡算法是针对解决NAND在写入/擦除周期问题而设计的，目的是让NAND在耐用性方面追赶上硬盘驱动器技术。”

Mills认为，NAND的写入特性与其他技术一直存在的局限性没有什么不同。他说：“如果你有一个使用期限在3～5年之间的硬盘驱动器，那么驱动器的机械构造通常是导致磁头损坏的根源，因为磁头与介质挨得太近而接触到介质并损坏数据。这种故障的发生往往是不可预期的。而对于NAND SSD来说，根源就是整个电子元件和半导体。两者表现出不同类型的故障机制，当你开始过多写入操作就会出现故障，而且NAND块的故障率在不断增长，这让你不得不在发生严重故障之前采取措施。”

NAND研究的一个热点领域就是用于企业计算的MLC NAND，它的密度要远远高于SLC NAND。虽然MLC更多地被用于企业计算中，但是较低的写入能力是阻碍其应用的原因之一。Mills表示：“事实上，SLC是NAND闪存的第一代成果，每个单元中只有一个位。而MLC的一个单元中有2个、3个甚至更多个位。可靠性方面的问题是，一旦密度提高，每个位的写入次数就会缩减。现在我们要做的就是找出一种利用MLC获得企业级可靠性、同时控制成本的方法。”

高性能和架构低成本（少量SSD可以取代大量硬盘驱动器）是NAND闪存和SSD的两大优势。NAND SSD制造商眼前的目标就是让他们的系统实现硬盘驱动器那样的耐用程度，这时候就用到了写入损耗均衡算法。这些算法让NAND闪存和SSD的使用期限延长到3～5年，使上面所说的写入局限性不再是一个难题。但是对解决MLC写入限制的探索仍在继续。

Adams表示：“当所有这些技术在市场中应用的时候，它们会找到属于自己的性价比和扮演的角色。我们可能会看到这些技术被集成到企业级生命周期管理系统中，这种系统由那些性能与SSD和硬盘接近的分层存储构成。”

许多主要的技术厂商都在开发更好、更经济的NAND技术上投入大量时间和精力，他们预计这个市场还有很大的发展空间，这其中包括美光、英特尔、三星、意法半导体、SanDisk以及东芝等厂商。市场调研公司Gartner最初预计今年整个NAND市场将增长30%，但是由于市场疲软和供过于求等原因，Gartner已经宣布把这个预期降低至原来的一半。分析师预计，整个NAND消费市场和企业级厂商年收入大约在500～600亿美元之间，而且随着下滑的价格削弱了需求的增长，NAND收入仍将保持在这个范围内。

技术厂商还致力于其他技术的研究以延长SSD的使用期限。美光本周宣布将与Sun合作开发基于SLC的企业级NAND技术，实现了100万个写入周期，其写入/擦除周期高于目前市场中任何一种NAND技术，不过目前两家厂商还没有公布这些技术的细节。

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