前言，很久没有聊SSD相关内容了，对应IT技术发展而言，除了计算、存储外，还有非常重要的一环就是存储，目前在GPU服务器上想要更好发挥整机的性能，NVMe SSD是必不可少的，以H100 NVlink八卡机为例，按英伟达推荐我们往往要搭配4\8张NVMe的SSD，智算集群中也需要搭配全闪的并行文件系统等，都与SSD有关，今天我们从SSD NAND结构\工作原理\写放大简单等几个方面聊聊，水平有限，不准确之处欢迎大家指正。
一、SSD固态盘的内部结构
SSD主要由控制单元和存储单元（当前主要是FLASH闪存颗粒）组成，控制单元包括SSD控制器、主机接口、DRAM等，存储单元主要是NAND FLASH颗粒。NAND 颗粒的内部结构如下所示：
为了便于大家理解，我将内存颗粒逐级分解，每个单元（或单位）的特点和组成逻辑如下图：
二、NAND flash存储数据的原理
Cell：一个浮栅晶体管
NAND 闪存的存储原理：是利用了量子力学的隧道效应。在控制门上加较高的编程电压，源极和漏极接地，使电子穿越隧道氧化层到达浮栅，并聚集在浮栅上，存储信息。擦除时仍利用隧道效应，不过把电压反过来，从而消除浮栅上的电子，达到清除信息的结果。寿命有限的原因是，电子反复来回穿越隧道氧化层而损坏隧道氧化层，导致存储单元物理破坏而不能再有效的保持浮栅门中的电荷。
不同颗粒类型（TLC、MLC和SLC等）：区别于对电子数量的精细度，示意图如下：
三、为什么会有“写放大”
写入放大（Write amplification，简称WA）是闪存和固态硬盘之间相关联的一个属性，所谓放大指的是在执行写入操作的时候，SSD硬盘发生的写入量，要远大于实际写入的数据量，从而减少了SSD的使用寿命。
写放大的公式如下：
写入放大的原理：因为NAND flash数据写入的方式，以页面为单位写入，但是要想删除数据却需要以块为单位。当写入新数据时，如果SSD控制器找不到可以写入的page时，会执行GC过程，然后GC机制会将一些block中的有效数据合并写入其他的block中，然后将这些block的无效数据擦出，再将新数据写入到这些block中，而在整个过程中除了要写入用户的数据之外，实际上SSD还写入了一些其他block合并过来的数据。
写入放大的过程举例如下：
四、磨损均衡的基本原理
1、为什么需要磨损均衡：
NAND 的寿命有限，也就是有限的编程/擦写（Program/Erase）次数。数据有冷热之分， 经常用来存储热数据的 NAND 会更快被磨损，当超过限制的 P/E 次数后，存储单元的可靠性就会大幅下降，最终不可用（变成坏块），需要从预留空间中挑选有效 block 进行补充。
2、磨损均衡的原理：
针对冷热数据的不同访问特点，采用静态和动态两种磨损均衡算法来提高固态硬盘的整体寿命。对于经常被读写的热态数据（热数据），会根据 PE 次数和 block 中有效数据的个数综合来选择数据要存放的 block，保证全盘block的P/E 接近平均 P/E，同时做尽可能少的数据搬移，减小写放大。“大白话理解”就是避免出现只薅一只羊的情况。
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