固態(tài)硬盤里的數(shù)據(jù)只能保存一年！怎樣能讓里面的資料保存得更久呢

突然看到JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)）的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文件，上面顯示，固態(tài)硬盤里面的數(shù)據(jù)，只要保證存儲(chǔ)一年的時(shí)間不損壞，就算是符合標(biāo)準(zhǔn)了，我的心里立馬泛起了波瀾。那一年之后，這些數(shù)據(jù)會(huì)怎樣呢？我的數(shù)據(jù)在一年之后還安全嗎？

我們?nèi)粘Ｓ糜诖鎯?chǔ)的設(shè)備，除了固態(tài)硬盤，還有機(jī)械硬盤和U盤，內(nèi)存卡，以及手機(jī)里的內(nèi)存等，那么，這些設(shè)備是否也都只能存儲(chǔ)一年呢？

如果你有一樣的疑問，那就跟著我一起，今天好好研究一下這個(gè)問題。

首先，我們看看硬盤的存儲(chǔ)原理。

機(jī)械硬盤通過磁頭在旋轉(zhuǎn)的盤片上讀寫數(shù)據(jù)，盤片表面涂有磁性材料，磁頭通過改變磁性方向記錄0/1信息。磁性方向的改變，屬于機(jī)械變化，相對(duì)牢靠，在沒有強(qiáng)磁場(chǎng)、劇烈震動(dòng)等外界因素影響的情況下，5-10都不會(huì)發(fā)生變化。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，條件適合的情況下，甚至能超過50年。

固態(tài)硬盤是采用NAND閃存來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，它是一種靠存儲(chǔ)電荷來表述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的技術(shù)。這些存儲(chǔ)電荷的單元，就叫做閃存單元，每個(gè)閃存單元，通常由一個(gè)或者多個(gè)晶體管組成。

這個(gè)閃存單元，分為SLC（單層單元）、MLC（多層單元）、TLC（三層單元）和QLC（四層單元）等類型。具體的信息對(duì)比我就不都說了，大家可以看下圖。

我們以SLC為例，1個(gè)晶體管存儲(chǔ)1個(gè)bit，8個(gè)晶體管就可以存儲(chǔ)1個(gè)字節(jié)。這里我多說一句，英文字母，數(shù)字，運(yùn)算符號(hào)，這些，一個(gè)字母就是1個(gè)字節(jié)，我們的漢字，一個(gè)字是占兩個(gè)字節(jié)的。

晶體管其實(shí)是一個(gè)比較大的泛稱，具體到固態(tài)硬盤里面，這個(gè)類型是浮柵晶體管。浮柵的字面意思，就是漂浮的柵欄。這個(gè)形容非常形象，因?yàn)楦啪w管確實(shí)就是里面是由多晶硅組成，外面是一層二氧化硅絕緣體。

當(dāng)控制柵得到高電壓的時(shí)候，電子產(chǎn)生隧穿效應(yīng)，通過絕緣層，進(jìn)入到浮柵。這些電子被困住，留在浮柵里面，就是我們保存的數(shù)據(jù)。

如果要釋放浮柵里的電荷，也就是要清空數(shù)據(jù)，只要施加反電壓即可。

如果要讀取里面的數(shù)據(jù)，只需要測(cè)試源極與漏極是否導(dǎo)通就行。原理是得到電壓，襯底里的電子就會(huì)移動(dòng)，在源極與漏極之間形成一條可以導(dǎo)通電流的線路，視為1。如果被困在浮柵里的電子比較多，襯底里的電子不夠排列，那就無法導(dǎo)通，視為0。

這就是NAND閃存存儲(chǔ)、刪除、讀取數(shù)據(jù)的原理。

從這個(gè)原理我們可以看出，NAND閃存里面，主要磨損的部件，就是這個(gè)二氧化硅絕緣層，因?yàn)殡娮右獜纳厦娲﹣韨魅ヂ铩＝^緣層經(jīng)過長(zhǎng)期的磨損，肯定就不牢靠了，電子存在自己從浮柵跑出來，進(jìn)入到襯底的可能。也就是我們前面提到的，保存的數(shù)據(jù)，有丟失的風(fēng)險(xiǎn)了。

有人說，那你把這個(gè)絕緣層加固，搞厚一點(diǎn)不就行了嗎？那么，電子隧穿需要的電壓就要增加，速度也會(huì)大大降低，也就是，我們存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的速度就會(huì)大幅度減慢。所以，這肯定是不行的。

由于SLC需要8個(gè)晶體管才能存儲(chǔ)1個(gè)字節(jié)，成本是相當(dāng)高的，所以，后來又出現(xiàn)了MLC、TLC和QLC。這些類型的原理跟SLC類似，但比SLC復(fù)雜。SLC的浮柵內(nèi)部，就兩種狀態(tài)，要么有電子，要么沒有電子。而MLC、TLC和QLC通過精準(zhǔn)控制浮柵內(nèi)電子的多和寡，讓同一個(gè)浮柵表達(dá)出了多種狀態(tài)。最終的結(jié)果，到QLC的時(shí)候，一個(gè)浮柵晶體管存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，達(dá)到了SLC的4倍，4個(gè)bit。這四種類型閃存單元上面有提到，具體信息可以上翻查看。

但是，由于QLC一個(gè)浮柵晶體管，要表達(dá)多種狀態(tài)，所以，對(duì)于其體質(zhì)的要求也更高了。SLC只要判斷浮柵里有沒有電子就行，所以，電壓的高低，其實(shí)影響不大，哪怕絕緣層磨損嚴(yán)重，也能很容易判斷。但是，QLC要通過電壓的精準(zhǔn)區(qū)分來判斷浮柵內(nèi)的狀態(tài)（具體來說，是有16種狀態(tài)），絕緣層磨損稍微大一點(diǎn)，這個(gè)狀態(tài)就不準(zhǔn)確了。

另外，SLC操作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取、擦除的時(shí)候，只需要進(jìn)行充放電就行，一次就可以完成。但是，QLC一個(gè)浮柵要表達(dá)16種狀態(tài)，所以，一次操作，電子要穿越絕緣層很多次，磨損大大增加。

最終的結(jié)果就是，兩者的壽命差距巨大，SLC的壽命最高可達(dá)QLC的1千倍。

說完原理，我們?cè)賮碚f一開始的問題。其實(shí)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里所說的數(shù)據(jù)保存一年，是在完全斷電的情況下，并且是對(duì)于產(chǎn)品的最低要求。我們只要隔個(gè)三五個(gè)月給固態(tài)硬盤、U盤等通一下電，這個(gè)斷電時(shí)間就要重新開始計(jì)算了。

至于固態(tài)硬盤、U盤通一下電就能進(jìn)行一次刷新的原因，是固態(tài)硬盤里面有控制器存在，控制器在通電并且不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的時(shí)候，會(huì)對(duì)所有存儲(chǔ)單元進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)電荷不足，會(huì)重新寫入。

另外，影響這些固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)間的一個(gè)重要因素是溫度，溫度越高，存儲(chǔ)時(shí)間越短。根據(jù)JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)）的指南，消費(fèi)類的固態(tài)在30°C的環(huán)境下，可離電保存52周。而溫度降低到25°C的時(shí)候，這這個(gè)時(shí)間就會(huì)拉長(zhǎng)到105周。相反，溫度提高到35°C的時(shí)候，這個(gè)時(shí)間就會(huì)縮減到26周。

雖說，環(huán)境溫度對(duì)于固態(tài)設(shè)備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)長(zhǎng)影響非常明顯，但是，這個(gè)因素并不是我們所能控制的。我們所能做到的，就是定時(shí)給自己的存儲(chǔ)設(shè)備通一下電，避免設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間離電。