你的SSD还能用多久？

北京2021年11月24日 /美通社/ -- 十四五规划中指出要加快数字化发展，建设数字中国。IDC预测，到2022年，全球65%的GDP将由数字化推动。近几年新基建、数字经济和平台经济发展迅猛，给数据中心提出了新的挑战。全闪存数据中心具有速度快、绿色节能等优势，将会是未来数据中心的发展趋势，SSD（固态硬盘）也将会得到更加广泛的应用。

为什么关注SSD寿命预测？

企业关注SSD寿命预测技术，一是因为SSD的应用前景非常广阔，市场上使用率将越来越高二是SSD损坏导致数据丢失带来的损失是巨大的三是因为闪存具有擦写次数限制的特点。

与传统机械硬盘相比，SSD的优势非常明显，如SSD速度更快，数据访问比机械硬盘快100倍，吞吐量大100倍，单盘IOPS大1000倍以上，并且技术在快速发展，如NVMe、 PCIe将进一步释放SSD的性能在可靠性表现上，SSD因质量轻、体积小、防震抗摔性更好，更加可靠再如SSD更节能，与机械硬盘相比，能耗降低70%今年的政府工作报告中提出要在2030年之前实现碳达峰，在2060年之前实现碳中和，使用SSD能够大幅降低数据中心的能耗过去SSD使用率不高的原因主要是其价格昂贵，现在据IDC统计：2015年到2020年，SSD平均每年的价格降幅达到25%，未来5年也将保持这一趋势2020年，全球范围内企业级SSD上的支出已经超过传统硬盘。

全球企业级机械硬盘和SSD盘支出对比（单位：百万美元），2005-2020

正是由于SSD速度快但价格相对较高，SSD通常用来存放元数据或核心数据，这部分数据丢失将会给用户带来的损失更加严重并且，SSD闪存介质具有擦写次数限制，因此SSD使用寿命更值得被关注和重视。

SSD寿命预测如何实现

SSD，是由控制芯片和存储芯片组成的控制芯片是SSD的大脑，用于调配数据、数据中转等，存储芯片用于存储数据当前主流的存储芯片为NAND Flash闪存芯片，NAND采用浮栅晶体管存储数据，写入数据时需要先擦除再写入，写操作本质是向浮栅注入电荷，擦除操作是从浮栅挪走电荷，充放电的过程会损耗二氧化硅绝缘层的绝缘能力，最终无法保证浮栅中存有足够多的电荷因此NAND的擦写次数是有限的，闪存完全擦写一次叫做1次P/E，闪存的寿命就以P/E作单位，例如常用的MLC-SSD擦写次数为10000次SSD寿命预测，本质上就是预测NAND芯片P/E次数还可用多长时间。

SSD结构

硬盘厂商一般都遵循S.M.A.R.T. 标准进行数据保护，S.M.A.R.T. 标准是一种自动的硬盘状态检测与预警系统和规范SSD S.M.A.R.T.中包含了一些与寿命相关的指标，不同接口、不同厂商的指标略有不同浪潮自研NVMe SSD遵循NVMe 1.3标准，提供标准的S.M.A.R.T.输出部分厂商SATA接口和PCIe接口寿命相关指标如下表所示：

各个厂商通用的指标为百分比表示的闪存磨损度，SSD寿命预测基于闪存磨损度，预测SSD未来可使用的天数同时，该寿命预测模型能友好的支持浪潮自研PCIe接口SSD。

SSD寿命预测使用时间序列预测技术，基于硬盘S.M.A.R.T.标准采集预测所需的历史时间序列数据集，再使用浪潮自研的AI预测算法，预测S.M.A.R.T.指标未来变化，得到SSD剩余寿命天数。

SSD寿命预测流程

SSD寿命预测流程如上图所示整体的预测流程分为两个阶段，绿色为离线训练阶段，目的是为了确定模型选取规则蓝色为在线预测阶段，用于在用户环境中预测SSD寿命。

离线训练阶段使用大量的SSD全生命周期的S.M.A.R.T.数据，人工将磨损度变化曲线形态标记为3类：平稳变化、减速变化和加速变化，再对三种类型的SSD数据分别进行测试测试过程中实验了多种数据预处理方式和预测模型，比如Prophet、 ARIMA、 移动平均法（Moving Average, MA）、指数平滑法（Exponential Smoothing，ES）、神经网络等最终确定模型选取规则，实现全生命周期预测准确率达到75%的国际领先水平。

模型选取规则

在线预测阶段，定时采集硬盘磨损度指标，使用提前定义好的模型选取规则，根据磨损变化数据量的大小和变化趋势，选择最合适的时序预测模型，预测SSD寿命。

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在管理软件层面上，InView平台每天定时采集数据、预测，通过浪潮自研SSD产品S.M.A.R.T.功能，可以客观呈现产品的Percentage used和Available spare信息，并展示所管理的SSD是使用寿命当预测结果不足2周时，发出告警提示用户，制定备份数据和换盘计划，避免因突发换盘导致业务降级，甚至停机维护。

智能管理软件InView界面中对SSD寿命预测

除了管理软件，浪潮存储还通过核心软件、器件、部件、系统、解决方案层面等，对业务进行端到端的整合，致力于为客户提供一体化的方案服务，做到故障早知道、故障无影响、长期无故障。

未来随着数字经济发展，数据要素将在企业数字化转型中扮演越来越重要的角色浪潮存储将持续加大企业级SSD研发投入，推动集中式全闪、分布式全闪持续技术创新，联合产学研用等生态伙伴，合力提供数据生命周期解决方案，助阵企业提速数字化转型，释放数据价值。