固態(tài)硬盤的電源供應(yīng)總會面臨頻繁關(guān)閉的情況。在正常情況下，當(dāng)計算機(jī)系統(tǒng)關(guān)閉（或者進(jìn)入睡眠或休眠模式）時，主機(jī)會向存儲設(shè)備發(fā)送信號，指示電源即將關(guān)閉，硬盤會向主機(jī)發(fā)回確認(rèn)命令已收到的消息。在發(fā)送此確認(rèn)消息之前，固態(tài)硬盤會完成所有未完成的寫入，并保存已更新的數(shù)據(jù)尋址信息。而在意外斷電的情況下，主機(jī)則無法提前發(fā)送關(guān)機(jī)通知，硬盤無法完成最終操作，因此可能導(dǎo)致數(shù)和尋址信息丟失。

MLC NAND 的工作原理

多級單元 (MLC) NAND 技術(shù)雖然將以實惠的價格普及高性能存儲變成現(xiàn)實，但MLC NAND 也有其局限性。業(yè)界的大多數(shù) MLC NAND（包括美光的產(chǎn)品）都是每個單元包含兩位。NAND 存儲單元排列在存儲頁中，通常，所有存儲頁會同時編程，并分為下頁 (LowerPage) 和上頁 (Upper Page)。

對 NAND 單元編程就是執(zhí)行信號分布的過程。在此信號的移動過程中如果發(fā)生意外斷電，可能導(dǎo)致上頁程序未完成；甚至還會導(dǎo)致很久之前編程的相鄰的下頁數(shù)據(jù)損壞。

應(yīng)對之策

在客戶端計算（臺式機(jī)、筆記本電腦和專業(yè)平板電腦）中，“靜態(tài)數(shù)據(jù)”是指實際保存到存儲介質(zhì)的主機(jī)或用戶數(shù)據(jù)?！皞鬏斨械臄?shù)據(jù)”是指從主機(jī)發(fā)送到硬盤但尚未提交到介質(zhì)的寫入，或是正在進(jìn)行但尚未完成的寫入。傳輸中的數(shù)據(jù)還指暫時緩存到易失性存儲中，確認(rèn)要寫回主機(jī)但尚未提交到 NAND 設(shè)備的數(shù)據(jù)。

圖 1：美光M500 消費(fèi)級固態(tài)硬盤上的陶瓷保持電容

對于客戶端計算（臺式機(jī)、筆記本電腦和專業(yè)平板電腦）所用的固態(tài)硬盤，發(fā)生意外斷電時，有靜態(tài)數(shù)據(jù)保護(hù)通常就足夠了。美光 M500 固態(tài)硬盤（或更高版本）使用由美光專有固件控制的硬件來實現(xiàn)靜態(tài)數(shù)據(jù)保護(hù)。具體來說，美光固態(tài)硬盤的設(shè)計人員增加了一個專用微控制器、一個保持穩(wěn)壓器和一組標(biāo)準(zhǔn)陶瓷電容器（如圖1所示），用以檢測和應(yīng)對電源發(fā)生的意外事件。微控制器持續(xù)監(jiān)控電源的完整性(VCC)，當(dāng) VCC 低于一定水平時，微控制器向固態(tài)硬盤主控制器發(fā)出信號，停止接收來自主機(jī)的新寫入，停止所有新 NAND 操作（包括后臺寫入操作），并觸發(fā)保持穩(wěn)壓器，以便從電容器向 NAND 組件放電。

與客戶端計算相比，企業(yè)計算中的數(shù)據(jù)丟失保護(hù)要重要得多。任何進(jìn)行中的寫入都必須完成，任何緩存到易失性存儲中的數(shù)據(jù)都必須提交到 NAND 設(shè)備并加以保護(hù)。因此，美光的企業(yè)級固態(tài)硬盤實施了更重要的電容性解決方案。

如圖 2 所示，企業(yè)級固態(tài)硬盤未采用標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝陶瓷電容器，而是使用更大的鉭電容器，可以存儲更多電量并放電更長時間。

圖 2：企業(yè)級固態(tài)硬盤上的鉭保持電容示例

美光的工程師竭盡全力保護(hù)美光固態(tài)硬盤上存儲的數(shù)據(jù)， 若想了解更多美光科技如何在客戶端和企業(yè)級固態(tài)硬盤 (SSD) 中運(yùn)用數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，減少意外斷電造成的損失，請點擊閱讀原文，獲取完整版白皮書。