天硕工业级M.2 NVMe SSD固态硬盘GC垃圾回收提速存储性能

天硕G55 Pro M.2 NVMe工业级SSD以自研PCIe Gen3x4主控+100%纯国产元器件实现了3600MB/s高速读取，-55℃~85℃的超宽温域稳定运行;以硬件级PLP掉电与固件协同保护全盘，支持智能软销毁功能。天硕(TOPSSD)工业级固态硬盘满足工业级抗振耐冲击标准，拥有200万小时+ MTBF高可靠认证及GJB2017体系背书，精准契合国产化存储对高性能、高可靠、高耐用的严苛需求。产品已广泛应用于智能制造、轨道交通、公共事业等领域。

GC垃圾回收是什么？

垃圾回收(Garbage Collection, GC)是针对固态硬盘(SSD)核心组件NAND闪存存储器的一种空间管理机制。它的核心任务是将NAND闪存中有效数据移动到新的位置，并擦除无效数据(不再使用的数据，或称“垃圾”)及其所在的整个存储块。GC机制设计的优劣对 SSD 的耐用性和性能至关重要。

为什么需要GC垃圾回收？

闪存单元本质上是一个金属氧化物半导体场效应晶体管。由于NAND闪存的物理结构限制，浮栅被绝缘层包围，电子无法直接“覆盖”。因此，想要在NAND中写入新数据，必须先擦除数据。

整个过程的本质就是在释放电子，通过在P型衬底上施加高压，从而吸出电子。并且由于整个块都共用一个P型衬底，闪存都是以“块”为单位进行擦除数据的。于是就造成了Flash最小写入单位为页(Page)但最小的擦除单位为块(Block)的写入放大(Write Amplification)现象。

因此，当需要更新或删除页中的部分数据时，SSD 无法原地改写或擦除单页数据，只能将更新后的数据(有效数据)写入新的空白页，并将原页标记为“无效”。长此以往，存储块中会积累大量无效数据页。当空白页不足时，就必须启动GC来回收这些散布着无效数据的块空间。

GC垃圾回收的运行原理

天硕工业级SSD垃圾回收过程的具体步骤如下：

识别目标块： 天硕自研主控会先识别出包含大量无效数据的存储块。

迁移有效数据： 将该块中剩余的有效数据页读取出来。

写入新位置： 将这些有效数据复制并写入到新的空白页或具有空白页的新块。

擦除原块： 待有效数据安全迁移后，对该原存储块执行整块擦除操作，将其空间彻底释放为空块，可供后续写入新数据。

更新映射表： 天硕的自研主控会实时更新内部的数据映射表，将指向原有效数据位置的逻辑地址更新到新的物理位置。

垃圾回收是SSD和HDD之间的显著区别。当新数据被编程到包含无效数据的页面时，SSD 不会覆盖现有数据，而是执行GC，但它会导致NAND额外磨损。此问题的解决方案之一是 Trim 命令。它可以帮助 SSD 预测来自用户或操作系统的“文件删除”任务。这会降低写入放大、提高吞吐量并提高 SSD 耐用性。

关于天硕(TOPSSD)

天硕秉承“中国芯，存未来”的品牌理念，以构筑自主可控、安全可靠的存储基石为己任，致力于充分满足高性能工业级算力引擎的严苛需求。其提供丰富的产品形态组合，包括2.5”SATA、mSATA、M.2 SATA 2280、M.2 NVMe 2242、M.2 NVMe 2280、U.2、XMC、BGA SSD及各类加固型工业固态硬盘。产品采用长江存储闪存颗粒、长鑫DDR等国产核心元器件，全面适配飞腾、龙芯等国产自主芯片平台。更多信息，详见TOPSSD官方网站。