剖析固態(tài)硬盤容量的決定因素

閃存是以二進(jìn)制為基礎(chǔ)，但市面上販賣的固態(tài)硬盤容量，卻有二進(jìn)制以外的選擇。以200GB左右的固態(tài)硬盤為例，有200GB、240GB、250GB、和256GB的產(chǎn)品。這些固態(tài)硬盤使用的閃存，容量大都是二進(jìn)制的。那么除了256GB, 其他不足容量（200/240/250 GB）的產(chǎn)品，所為何來，是不是容量越大就越劃算？讓我們用不同的角度來揭開這個面紗。

閃存最小的讀寫單位為PAGE，有2KB, 4KB, 8KB, 和目前的主流16KB。 因為閃存的儲存電荷電壓，經(jīng)過時間會慢慢的流失，用久了也會有損壞，還有閃存電性的本質(zhì)，會造成數(shù)據(jù)讀取時，可能會有錯誤發(fā)生，因此固態(tài)硬盤有數(shù)據(jù)除錯的需求。主控用ECC來校驗糾錯，保證了讀寫性能和數(shù)據(jù)安全、延長硬盤使用壽命。為此，閃存在每個PAGE的用戶容量外，會提供多余的空間，例如美光64層 3D TLC 配置 (16KB+2208B) PAGE，多出的2208B，可用來儲存ECC校驗碼。這個空間越大，ECC 能支援的Code Rate越低，除錯能力越好，但是閃存芯片面積就會增大，成本增加。當(dāng)然，用戶是無法使用到這個多余的儲存空間。

PAGE上層的單位是塊BLOCK，它是最小的擦除ERASE單位。一個塊由上百或千的PAGE 組成。閃存在生產(chǎn)和使用過程中，會產(chǎn)生壞塊 BAD BLOCK。壞塊分為兩種，一種是出廠時就存在，出廠測試時，會把太多壞塊的顆粒視為不良品。另一種是隨使用時間的增加，閃存會有磨損WEAR的問題，造成壞塊逐漸出現(xiàn)，可使用的閃存空間就會慢慢變少。所以閃存在設(shè)計的時候，會比宣稱的容量，增加多余的塊 (例如10%)，來應(yīng)付壞塊還有OP的需求。

固態(tài)硬盤的固件需要另外額外的空間，來儲存系統(tǒng)數(shù)據(jù)，和執(zhí)行垃圾回收GC。這些額外的預(yù)留空間，稱為OP (Over Provisioning)。OP越大，隨機速度越好，寫入放大(Write Amplification) 越低，固態(tài)硬盤使用壽命越長， 但卻要占了更多的閃存空間。在執(zhí)行垃圾回收時，OP的大小就像玩數(shù)字推盤游戲的空位，空位越多，需要移動的步數(shù)越少，解法越快越有效率。OP大小對垃圾回收的效率關(guān)系也是類似。通常企業(yè)級或高端的固態(tài)硬盤，需要大的OP，以較高的成本，來滿足速度和使用壽命的要求。

再來我們厘清一下GB (Gigabyte) 和GiB (Gibibyte) 這兩個單位的差別。市面上的儲存產(chǎn)品，例如固態(tài)硬盤的容量，是以GB或TB為單位，而閃存或內(nèi)存，是以GiB或TiB為單位。一個是十進(jìn)制，一個是二進(jìn)制：

由上表可知，1GiB實際上比1GB多了 7.37%的容量。這個多余的容量，可為固件提供基本的OP空間。例如一個足容的固態(tài)硬盤產(chǎn)品，固件實際仍有至少7.37%的OP可用。

至于容量的標(biāo)準(zhǔn)，固態(tài)技術(shù)協(xié)會JEDEC在它的JESD218A的標(biāo)準(zhǔn)中，明確定義固態(tài)硬盤容量和邏輯塊LB數(shù)目的關(guān)系。以4KB 邏輯塊大小為例，

4KB邏輯塊數(shù)目= 2646 + (244188 x 用戶可用容量 GB)

例如256GB固態(tài)硬盤, 用戶可尋址到2646 + (244188 x 256) = 62514774 個4KB邏輯塊

在市面上不足容的固態(tài)硬盤產(chǎn)品中，除了OP的原因，另外是采用出廠時有較多壞塊的閃存顆粒，所謂黑片白片，而非原廠正片的閃存顆粒。 這樣的閃存，如果搭配適當(dāng)?shù)墓碳{(diào)適，還是可以應(yīng)用在以成本為取向的低階固態(tài)硬盤市場。

固件可利用動態(tài)的剩余空間，做為OP使用。如果用戶追求的是效能和壽命，而不是容量， 可以在新盤做分區(qū)(Drive Partition) 時，設(shè)定總用戶容量小于產(chǎn)品容量，這樣就可以確保留下分區(qū)外的空間，再多給固件當(dāng)作OP使用，進(jìn)而增加硬盤效能和使用壽命。產(chǎn)品容量是市場的規(guī)格，不能因為壞塊逐步增加而改變。隨著時間增加的壞塊，只會讓可用的OP 空間逐漸減少。通常固件會偵測，一旦可用OP 空間低于一定的值，這個固態(tài)硬盤就無法再使用了。

總結(jié)來說固態(tài)硬盤容量，取決于使用的閃存顆粒，OP的大小和產(chǎn)品的定位。高端的產(chǎn)品 使用較大的OP ，來滿足性能上的需求。所以固態(tài)硬盤容量不一定越高越好，用戶在選購時，可以多思考比較，把錢花在對的需求上。