固态硬盘使用一段时间占用率拉满是硬盘问题还是电脑问题？

硬盘的问题。

要理解这个问题，我们就必须从SSD的工作原理说起。

简单说，最基础的SSD工作原理是：在一个特制的场效应管控制极注入电荷，这些电荷可以长期保存；当场效应管控制极存在电荷时，电荷电场会影响它的PN沟道，从而使得这个沟道导通或者阻断。

那么，只要我们测量沟道的导通状况，是不是就可以知道控制极有没有注入电荷？

然后，我们把有电荷叫0，无电荷叫1，这就是SSD存储信息的原理。

使用这个基本原理存储信息的SSD又叫SLC。

上图中，控制极可以在浮栅层注入或者取出电荷；浮栅层被绝缘的二氧化硅包围，所以里面的电荷不会逸散。

然后，源极和漏极是两个N型半导体区域，下方的衬底是P型半导体区；我们知道N型和P型半导体交界处会有PN结，这个PN结有单向导电性。于是源极和漏极之间必定有一个PN结是反向的，这就使得它常态是无法导通的。

但，浮栅层的电荷产生了电场，这个电场会影响PN结的状态，使得它就好像被推开的大门一样，产生一条导电通道。

正因此，传统上，我们把场效应管的这个极叫门极：

SLC寿命极长、数据存取速度极快，因为它只需探测“是否导通”即可；如此一来，每个单元就可以存储1bit数据了。

不过，这样似乎有点浪费。

要知道，这玩意儿其实是可以拿来放大模拟信号的——或者说，它的设计本意就是拿来放大模拟信号的。

这意味着，我们实际上不仅仅可以拿它来“存储通断信号”，我们甚至可以精确探测它的“导通程度”，也就是测量同样电压下、通过它的“模拟信号”的电流大小。

但，这样搞的话就有了几个问题：

1、浮栅极里面的电荷数量成了关键——过去只管“有没有”，现在得精确控制电荷的量了

2、浮栅极仍然可能存在少量漏电，比如哪怕是SLC的SSD，它放置多年不加电，里面存储的电荷也会流失，从而导致数据丢失

3、当电荷数量/漏电结合起来时，就会对SSD单元质量提出更高要求。因为差一点点就会导致读出错误数据

4、写入时必须精确控制电荷注入量、读出时又必须精确测量电流，这就大幅降低了读写速率

每个单元多存储1个二进制位，都会导致必须区分的电流值翻倍：

SLC存储1个bit，需要区分两个状态

MLC存储2个bit，需要区分4个状态

TLC存储3个bit，需要区分8个状态

QLC存储4个bit，需要区分16个状态

你看，这样的确能存储更多数据了；但，读写速度也大幅下降了——尤其是QLC，它的速度甚至和机械硬盘比都没什么优势了，那，用户还会买账吗？

我们用SSD，不就是图它快吗？

于是，厂商给你耍了个心眼：

1、本质上，SLC-MLC-QLC没有区别；仅仅是当MLC、TLC/QLC用时必须精确控制它的通道开度而已

2、因此，QLC就是SLC——当你数据量没那么大时，就不需要精确控制了：每个单元仍然只存1个bit即可。

这就是所谓的“模拟SLC缓存”：这句话不对。压根没有模拟，它就是SLC。2T的QLC就是512G的SLC。

3、而当你的数据量太大、导致当SLC用放不下时，它才会把数据按TLC/QLC的方式存储——也就是通过精确控制电荷注入量的方式、在每个单元里存储3到4个bit

这就是所谓的“爆缓存”了。

然后，“爆缓存”还有两种情况。

情况一是，2T的QLC本来能当512G的SLC用；但它实际上只拿它当256G的SLC；一旦数据量超过256G，它就开始把数据往后半拉空白的256G SLC区域存，但此时是以QLC格式存的，也就是能继续一口气写进去1T数据。此时读写会很慢，但还没到谷底、占用率一般来说也不会到100%。

情况二是，当后面那1T也也写满、或者2T的QLC就当512G的SLC用，导致后续数据没地方写了——但它承诺2T容量！

那怎么办呢？

只好删前面的、SLC格式存储的数据，把它重新以QLC方式存储。如此就可以腾出地方，存更多东西了。

但是，QLC方式读写本来就慢，它还要一边删SLC数据、一边重新以QLC格式存储它、一边还要写你给的新数据……你猜它会不会更慢？会不会占用率100%？

这就是“缓外二次降速”。

在这个基础上，还有另一个陷阱……

我们知道，给SSD写入数据就是通过高电压往浮栅极注入电荷；而擦除则是反向高压来“吸”走电荷……这些操作本质上都是通过“高电压击穿绝缘层”完成的。而击穿往往就意味着损伤。尤其是擦除操作。

不仅如此，因为存储容量越来越大、元器件尺寸越来越小，这就导致SSD更加容易受各种损伤。

这种损伤并不是“导致浮栅场效应管直接报废”，而是导致它的绝缘层出现问题，比如剥落、侵蚀等等导致变薄；于是它存储电荷的能力就会逐渐被削弱。

当存储SLC数据时，能区分0~2伏和3~5v就足够了。这意味着哪怕电荷流失到只剩3v，它仍然是有效的。

但，当存储QLC数据时，我们就不得不把5v分为16个等级，哪怕出现了5/16v的差异，数据都已经丢失了（事实上，为了区分不同电压，这里会分的更为精细）。

正因此，SLC到MLC再到TLC、QLC，寿命指数下降。

那么，你是否意识到，当你使用SLC缓存时，数据会比QLC模式擦除更多次？

因此，SSD的寿命标注可以说相当随意：如果你严格按QLC寿命算，那么SLC模式会大幅削减它的寿命；但如果按SLC模式标注QLC模式寿命，这个寿命又过于短暂……

所以，最终厂商标注的往往是一个经验数字，意思是在“标准”使用场景下，它能用多久。

然后，你是否意识到另一个问题？

没错。无论是QLC还是TLC，它本质上都是SLC；无非是，SLC的读写电路没那么精细，只把电压分两档，而TLC分八档、QLC分16档——当我们要求这个电路只分两档读取时，它就是SLC！

换句话说，你现在买的2T QLC SSD，它本质上就是一块512G的SLC。

只不过，商家为了计划报废，不允许你真的拿它当SLC用——它给你SLC缓存，但却不允许你自己指定“全盘以SLC模式读写、电压按0~2和3~5区分，完全禁用MLC/TLC/QLC模式”！

没错。当你写废了一块QLC SSD、不得不把它扔掉时，你其实扔掉了一块几乎是早年最优质的SLC水平的、几乎全新的SLC。

只不过，这个99新SLC不允许你拿它当SLC用，仅此而已。