折腾NAND

近期在折腾SSD、SD、U盘，折腾差不多来写个总结，坑不少。本文部分内容会随着时间而变化，于2021年12月编写。

常见NAND硬件

用于储存的基于NAND的硬件，有SD卡、MicroSD卡，U盘，移动固态硬盘，固态硬盘，通常来说，SD卡这类体积小的速度最慢，U盘次之，再就是移动固态硬盘，最快是固态硬盘。之所以说通常，因为还要看接口和协议速度。

颗粒品质，原片、白片、黑片

储存颗粒按品质划分可以分为三大类，原片、白片、黑片。原片就是品质最好的，原厂最严格标准下的产品，白片就是从晶圆上不及格的里面，把还相对较好的挑选出来，黑片就是白片也不如，在剩下的挑选还能用的，同时把坏区进行屏蔽后造出来的颗粒，某宝上特别便宜的U盘肯定是黑片，还有像MP3，玩具等，通常都是用的黑片。黑片寿命说不准，快的一个星期，慢的2年，看运气。

颗粒类型，SLC、MLC、TLC、QLC、3D NAND

SLC表示，一个存储单元，只存0和1，即1bit，MLC保存00、01、10、11，即2bits，同理，TLC可以保存3bits，QLC保存4bits。SLC最贵，速度最快，寿命最长，可达10W次擦除（原片颗粒的情况下，不算白片黑片，下同）。MLC次之，约3000到5000次擦除。TLC再次之，约1000次擦除。QLC速度最慢，寿命最短，约800次擦除。另外，3D NAND可以大幅度提升寿命，3D TLC可达3000到5000次擦除，3D QLC可达1000到3000次擦除。

颗粒的读取、写入、擦除

一片NAND划分为很多个Die，Die是执行指令的最小单位。每个Die分为多个Plane，每个Plane分为多个Block，Block是擦除的最小单位，每个Block分为很多Page，读取时，以Page为单位，一次性读入整个Page的内容，如果一个Page大小有8k，那就是一次性读入8k的数据。而写入有点特殊，在一个Block里，只能按顺序写入，每次写入的单位为Page，不能跳着写，也不能回头写。擦除时，每次只能把整个Block擦除，然后再按顺序写入。

主控

主控对SSD的寿命和速度处于非常主要的地位，同时也是NAND里面最容易挂掉的模块，它工作时发热很厉害，连续长时间下载写入或磁盘测速之类的可能会让主控过热烧毁。NAND是原片，多数情况下主控比NAND本身还要早挂掉。

主控还负责FTL层，即从逻辑地址映射到物理地址的映射。FTL通常包含GC算法、Wear leveling（WL）磨损平衡算法。

另外还有一个关键点，就是看主控支不支持TRIM指令（在NVME上不叫这个名字，但为了统一通常还是这么称呼），在支持TRIM指令的主控上，配合操作系统，能大大优化GC。绝大多数的MicroSD卡和SD卡都不支持TRIM，大部分低端U盘也不支持，少数移动SSD不支持。不支持TRIM的后果，是当写入量累计达到它的容量时，因为主控并不知道还有哪些地方可以写入，于是只好原地写入，磨损平衡就不存在了。当然并不是说不支持TRIM就一定没有磨损平衡，比如说，你的SD卡使用了exfat格式，SD卡主控能认出来，自己找到没有使用的地方进行GC的话，那确实不需要支持TRIM就可以达到相似的效果。如果SD卡厂商宣传上写了支持的文件系统，那有可能就是这个类型。所以，这种不支持TRIM指令的，如果没有做磨损平衡，会把它当普通硬盘一样写入（这种盘最好每次写满了再删掉，或直接做监控视频用），而如果有做，那格式化的时候就只开比如3/4的大小，保留一部分用来做磨损平衡。

查看硬件支不支持TRIM，在Windows上有很多方式，最简单的方法，插入U盘或SD卡后，右键属性，在工具页面有个优化按钮，点进去就能看到当前所有驱动器的媒体类型，识别为固态硬盘的，就是支持TRIM，如果只是显示硬盘驱动器的，就是不支持TRIM。或者还可以用DiskGenius，对驱动器右键，看有没有“TRIM优化”这一项。

也就是说，对于大多数SD卡，如果要寿命长，那么最好是老实地放相机之类的使用，就每次存资料放满了，格式化再存，不要只存一点点数据就删除了再存。除非确认它支持磨损平衡。

对于支持GC和WL的，存在写入放大的问题。比如说，要写入一个10K大小的数据，需要占用2个page，但已经没有一个block可以直接写入2个Page，这时候就需要做一次GC，把2个各有一个空余page的block里有用的数据读出，再重新写入，这样再把原本要写入的数据写入到2个空出来的page里面。于是，原本写入2个page大小的数据，结果是写入了2个block，考虑到1个block里面假设有128个page的话，那就是放大写入128倍。但是，对于不支持GC和WL的，每满一次之后每次写入都在写入放大，每次写入都是把整个block读出，然后和要写入的数据合并，再整个写入。不论你写入的数据量是1字节还是10k，本质上都写入了一个block，这就是掉速原因之一。而且这种掉速无法通过格式化恢复。

好的主控还能对过早损坏的块做屏蔽处理，比如说通常SSD标注为500G而不是512G（但SD卡会标注为512G），那一点空间一来是保存FTL的LBA/PBA表，二来是减少写入放大的次数，三是做坏块的替换品。而对于有屏蔽坏块能力的主控，即使用白片用户也很难感知（等到你能感知到的时候已经过了保修），所以SSD里用白片那是一大片，最简单可以用价格看出来，比如说，三星的SSD差不多0.9元/G，而还有西数之类的，有0.6元/G的，大概率是白片。

另外，还有一个冷数据的问题，通常你保存的数据里，有80%是存了就长期不会改动的，这些就称之为冷数据。好的主控还应该能对冷数据定期进行移动，以避免剩余空间较少时，反复写入的都是相同的位置，导致过早擦除过量。所以好的主控对寿命的影响起到关键因素。

TBW

这是个单位，比如300TBW是指累计写入300TB。在SSD产品上，写入量超过这个数量就不保修，这个数值并不代表其寿命，但可以作为其寿命的参考值。

Wintogo

所谓Wintogo，就是把Windows系统安装在移动设备上，这样要用自己安装的环境配置，直接插个U盘就可以了。不过这个对移动设备有不低的要求，有多不低呢？比如说Sandisk全线U盘没有一个能跑Wintogo，因为不支持TRIM，会导致用着用着系统很卡很慢，而且它的移动硬盘也很诡异的不支持TRIM，很多人反映会越用越慢。反过来，如果你想买优质U盘，搜索Wintogo的U盘即可，而且这种盘比同价位的Sandisk要快得多，读400M写300M是标配，性价比甩开几条大街。

而使用硬盘盒+SSD来做大号U盘也是没有问题的，主要要注意的是硬盘盒，如果你用NVME M.2的SSD，而且你没有红色的USB3.2 Gen2接口的话，那避免使用高端硬盘盒，找那些支持Gen1就可以的硬盘盒，以避免供电不足导致掉盘。当然这样就会导致速度限制在400M到500M，略微比U盘快一点点的程度吧。或者，你如果有USB typec口，就直接用这种口的硬盘盒，就没有供电上的问题。相比较厂商卖的移动硬盘比呢？个人觉得自己配的性价比更高，700块不到可以搞到一块1T的SSD+盒子，比起Sandisk不但性能更高，还更便宜，还能上Wintogo。

不过上WTG要注意的是安装最好选择离线，不然安装好后它会马上帮你更新驱动，在更新USB驱动时会可能会导致USB临时掉线，但同时你的系统盘就是USB，那后果就是突然死机，如果死机那一时刻还有别的东西正在更新（比如万恶的Windows更新），那就可能直接导致系统挂掉无法修复。可以先离线安装好并重启，再进行网络连接，避免系统在同时更新多个，外加一点运气，死机重启后就能用的话，就恭喜了。另外，WTG最好关闭休眠功能，不然有的机器唤醒时USB还没及时连上，又得死机。

缓外

所谓缓外，通常指写入超过缓存的量的时候的写入速度。现在的SSD对于使用TLC或QLC的，最大问题就是速度慢，通常是使用SLC作为缓存，有的是使用独立的SLC，有的是把TLC直接模拟为SLC。在缓存内的时候速度很好看，几百M甚至上G，而缓外才真正看出这个盘的实际水平。

选购建议

• SD卡（含MicroSD）：一定要网购，绝对不要在街上买（90%是假货而且比正品更贵），然后找那些声称终身质保的产品（单价超过1.5元/G），然后使劲用就好了。比如某迪最高端的红黑卡。
• U盘：一定要网购，找Wintogo的U盘，推荐Chipfancier。不建议买大厂的，贵且慢。
• 移动硬盘：如果钱不是问题，那直接上三星，其它情况的话看你的需求来选择，500M到800M的速度就够用的话用硬盘盒+SSD，100出头的盒子就够用了，一定要有typec接口的。如果要买厂家完整方案的，不要选择某迪和雷某某。至于怎么选SSD看下面。
• SSD：一定要网购，挑质保长的，TBW除以容量大的。要品质上三星。如果是配置盒子用，盒子速度是10Gbps的，那要个大厂的便宜的就够了，最重要的是发热少。最好问清楚卖家缓外速度，缓外500M以上的是TLC，只有60到100M的肯定是QLC，在中间的说不准。貌似看不到有卖MLC的，所以只要别掉到QLC里，或者上钞能力就行。

总结，啥都不懂就盲选三星。如果你是想搞WTG，而且你的机器有雷电typec或USB 3.2 Gen2（红色），那么用硬盘盒+SSD，否则用U盘。

商家标识的坑

• 只标识读取速度，不标写入速度（大多数SD卡）：这样写入速度达不到你也没有理由要求售后，因为商家没保证写入。
• 只标识读取和写入，不标缓外：同理，超出缓存的掉速，商家不保证其速度。商家经常在这种地方出新品的同时在降级（用更差的主控导致缓外速度更慢），以拉开商家自己其它产品的差距，避免特定型号“太香”，同时多赚钱。

其它：关于叠瓦盘SRM

叠瓦盘的原理这里就不介绍了，随便Google就有。叠瓦盘有着和NAND相似的特性，重叠区块写入如果规定必须按顺序来，那么就不存在写入特别慢的情况，否则就要按顺序一条一条磁道进行恢复，速度非常慢。为了克服这个问题，新式叠瓦盘是支持TRIM的，使用和SSD一样的管理算法来克服写入速度的问题，也就是说叠瓦是必然的发展趋势。也就是说，如果你看到磁盘上标示支持TRIM，那就是叠瓦盘。但如果你看到不支持TRIM的叠瓦盘，别买，买了就后悔。不过即使支持TRIM，磁盘还是不可避免地在长期使用后连续的数据变成碎片化，从而导致读写变慢，以及偶尔的GC可能会导致一段时间没有响应，外部表现为写入速度为0，会变多慢这完全依赖于主控。所以能买垂直式CRM就尽量用CRM，SRM的问题还不少。不过支持TRIM的SRM盘在系统里会怎么显示我还不清楚，我手上没这个可以测试。

最后

和硬件打交道，本质上就是和奸商斗智斗勇，并不是你多给钱就一定能得到应有的东西。