浅谈硬盘“冷数据”问题&简单测试

一直以来，“数据保持时间”都是谈论固态硬盘可靠性时绕不开的话题。西部数据的“冷数据”事件更是闹得沸沸扬扬，令不少用户们提心吊胆、人人自危。

什么是“数据保持时间”？什么是“冷数据”问题？要将它们介绍清楚，还得从固态硬盘的工作原理说起。

何为“数据保持时间”？

传统固态硬盘使用的是NAND“与非门”，通过电子来存储记录数据。存储单元中带有电子即为“1”，不带电荷则为“0”。但在不通电时，NAND中的电子会随着时间的推移而逐渐泄露。

随着硬盘擦写次数的增加，电子泄露的速度也会逐渐加快。同时，硬盘断电后的环境温度，也会显著影响电子的泄露速度。就像人类的记忆一般，硬盘中的数据也将随着时间而逐渐模糊。当电子泄露积累到一定程度时，就可能引发错误。

所幸，如今的硬盘主控大都有专门应对“冷数据”的算法，最大限度地降低数据损坏的可能。但是，这些算法势必对读取速度有着不小影响，它们也并非万无一失。

早在2012年，第一代商用TLC硬盘——三星840EVO就曾爆出过“冷数据门”，三星通过固件更新解决了部分问题。而在2020年前后，西部数据与闪迪的SATA硬盘也出现了大范围的“冷数据”情况。

一块发生“冷数据”的SATA蓝盘 图自Chiphell

越早写入的数据，读取越是缓慢。原本可用500MB/S速度打开大文件的硬盘，在“冷数据”面前，就只剩下不到50MB/S。

这次风波主要涉及西部数据SATA蓝盘、SN500 M.2硬盘与闪迪Ultra系列SATA固态硬盘。

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反复读取并不能让硬盘的“冷数据”恢复如初。消费者们唯一的应对方法，便是定期将全盘文件擦除、重写。但是，也会显著增大存储单元的磨损，可能将进一步恶化“冷数据”问题，最终落入“冷数据”越来越严重、擦除重写愈发频繁的死循环。

存储可靠性，是硬盘的关键所在。如此种种关乎“数据保持时间”的异常情况，一次次刺激着所有人的敏感神经。雪上加霜的是，随着技术不断迭代，存储颗粒的类型从MLC、TLC再发展到QLC。每个单元所存储的电子越来越多，硬盘的数据保存能力也越来越差。

逐渐普及的QLC存储介质，也因此被推上了风口浪尖：它是否也有“冷数据”问题？是否能经受住时间的考验？

简单测试

怀着对这些问题的好奇，我进行了一次简单的“断电保持时间”测试。

我选用的硬盘，是一块特殊的INTEL 670p SSD，容量为512G。这款SSD搭载了由英特尔研发的QLC颗粒，堆叠层数为144层。

英特尔(Intel)660P/670PM.22280NVME台式机固态硬盘SSD670P512G289元相比英特尔665p系列固态硬盘，全新的670p系列固态硬盘传输速度更加出色，并且在耐久性方面也有着比较明显的提升。　　速度方面，英特尔670p系列固态硬盘拥有高达3500MB/s的顺序读取速度，以及高达2700MB/s的顺序写入速度，相比665p系列固态硬盘大幅提升。　　耐久性方面，英特尔670p系列固态硬盘1TB版本的理论寿命为370TBW，英特尔665p系列固态硬盘1TB版本的理论寿命为300TBW。比较之下，670p的理论寿命大约是665p的1.23倍。京东去购买

英特尔是QLC商业化应用的先驱，这款144层颗粒已是其第二代产品。

英特尔曾不止一次地强调，其QLC颗粒“有着与TLC一样的品质与可靠性”。仿佛为了证明这一点，英特尔甚至将QLC技术用在了极为重视可靠性的企业级市场。并解释称自己的QLC颗粒使用浮动栅极结构，拥有更好的电子保持能力。

但在不少消费者看来，英特尔的说法十分苍白——“再强也只是个QLC”。消费者们依然没有认可英特尔的QLC颗粒。连续亏损之下，英特尔的NAND部门最终于2020年被整体出售。这块670p SSD便成为了英特尔的最后一款消费级产品。

为了尽可能地模拟真实使用环境，这块QLC硬盘事先经过处理。我希望它的磨损情况，能够贴近消费者日常使用一段时间后的水准。因此，在测试时，它已被写入了超过45TB数据，并经过了大量通电与断电循环。

整盘写入次数超过80次。剩余健康度便下降至62%——可以证明，QLC颗粒确实不耐擦写。那么，一块重度擦写的QLC硬盘，是否能保证数据的长期完整性呢？

这块硬盘是特殊的QS“质量验证”样品，工作在PCIE 3.0X2通道下。如今，我就将验证这块硬盘的质量到底如何。

2022年10月28日，我使用urwtest软件向这块硬盘填满测试数据文件，并就此将其封存。不接入电脑、不进行通电，并保存在没有阳光直射的室温环境之下。

直到8个月后的2023年6月28日，我再度将这块硬盘接入电脑。运行Urwtest进行校验，检测数据是否完整。

由于运行在PCIE 3.0X2通道，这块硬盘的最大读取速度仅在1000MB/S上下，而此时正保持着这个数值，表明硬盘没有发生掉速。Urwtest的校验过程很快结束，硬盘内的数据完整性没有问题。

为了确保万无一失，我将原有的数据全部擦除，并再一次进行全盘写入，以检测硬盘的工作是否正常。

QLC硬盘的全盘写入是个极为漫长的过程，512G的小容量型号更是如此。在SLC缓存消耗殆尽后，它的写入速度会迅速下跌至不足100MB/S，堪比“大号U盘”，比机械硬盘还要缓慢。在经历了无比漫长的一个小时后，数据写入终于完成了。

随后再次进行数据校验，硬盘依旧保持在1000MB/S的最大速度上下。校验结果表明，刚刚写入的数据没有问题。

测试结束，检查硬盘S.M.A.R.T数据。可以看到，0E“媒体与数据完整性错误计数”没有增加，03“可用备用空间”没有异常下降。一切正常。

看来，在8个月的静置时间里，这块擦写量不算少的QLC硬盘并无异常。数据的读取速度并没有明显下降，更没有文件发生丢失或损坏。硬盘也依然能正常擦、写数据，仿佛此前的“休眠”从未发生。

当然，这并不代表着QLC硬盘一定万无一失，但或许能说明“冷数据”离我们还有一段距离。除了个别爆出严重缺陷的硬盘型号以外，大部分SSD并无必要对此过于担忧——真的如此吗？

在这篇文章的编辑过程中，我重新检查了一些经常通电使用的TLC硬盘。然而，令我惊异的是，它们竟然出现了不同程度的冷数据问题。

东芝RD500-Refresh前

东芝RD500-Refresh后

这块东芝RD500是一块系统盘，读取频繁但很少进行大文件写入。从Refresh前后的情况推断，它出现了轻微的冷数据问题。

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RD500已经随着东芝的重组而更名。它便是如今的“铠侠RD20”。

相比于东芝的“轻微掉速”，这块放在硬盘盒上使用、主要存储较大文件的SSD，就更显夸张了——从HD TUNE曲线来看，这或许已是极为明显的“冷数据”问题！

后记

长时间静置、重度擦写的QLC硬盘相安无事，而频繁使用、写入较少的TLC硬盘却出现了“冷数据”的征兆。这样的情况大大超出了我的预期，实在是令人费解。

唯一能够解释的，可能只有INTEL那独特的“浮动栅极”结构了。从理论上说，这种结构确实有着更好的数据保持能力。而我们频繁使用的TLC颗粒，是工艺更为简便的“电荷俘获”结构。

英特尔早已退出存储领域。目前市场上的大部分产品，都采用了“电荷俘获”的结构。或许，“冷数据”离我们并不遥远，只是程度各不相同。

我会持续关注手中硬盘的“冷数据”情况，各位值友也可以检查常用SSD的“冷数据”问题。这篇文章到这里就结束了。如果你对文章中的内容有疑问，欢迎随时与我交流！

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希望这篇文章能帮到你！

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