在早期,使用单块硬盘进行数据存储和读取时,由于寻址和读写的时间较长,导致硬盘整体I/O性能不理想。加上当时单块硬盘的存储容量有限,且单块硬盘在出现物理故障时会导致数据丢失。
RAID,全称为Redundant Arrays of Independent Disks,独立硬盘冗余阵列。通过虚拟化技术连接多个独立的硬盘,形成一个硬盘阵列,以实现比单块硬盘更好的性能和更高的可靠性。并可根据不同硬盘阵列的形式、层级,以实现不同的应用目标。
RAID技术发展至今,已经包含了数十个等级,常见的等级有0、1、5、10等。并且RAID已经脱离了以硬盘作为基础的形式,在以NAND Flash为存储介质的SSD中,也引入了RAID的技术原理和概念,将其冗余备份的特性进一步发挥。
RAID在硬盘阵列上的应用
RAID 0,将两个以上的硬盘并联起来,成为一个更大容量的硬盘。在存放数据时,RAID 0以位或字节为单位分割数据,在多个硬盘上并行读写,因此RAID 0拥有最快的传输速度。但也因此失去了冗余功能,也不具备容错能力。
RAID 1则与RAID 0完全不同,将两个以上的硬盘互为镜像,数据在主硬盘写入时,同时也写入到其他镜像硬盘中,任何一块硬盘损坏,都可以基于另一块硬盘去恢复数据,使得整个硬盘阵列的安全可靠性非常强。但由于需要同时在两个硬盘中进行写入操作,其写入速度也会有所降低。
RAID 5需要使用3块或3块以上硬盘,兼顾了存储性能、数据安全和成本,是目前使用最多的RAID方案。RAID 5不是对存储的数据进行备份,而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID 5的各个硬盘上,并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的硬盘上。当RAID 5的一个硬盘数据发生损坏后,可以利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。
RAID 10也被称为RAID 1+0,是RAID 1和RAID 0标准结合的产物。在连续地以位或字节为单位分割数据并且并行读/写多个磁盘的同时,为每一块磁盘作磁盘镜像进行冗余,将传输速度和数据可靠性完美结合。但RAID 10需要4块硬盘以上,其中两个为数据分布,提供了RAID 0的读写性能,而另外两个则为前面两个硬盘的镜像,保证了数据的完整备份。因此RAID 10的硬盘空间利用率也仅有50%,性价比方面略有欠缺。
RAID在SSD中的应用
除了将多块硬盘组建RAID之外,在SSD的内部也应用到了RAID技术。RAID在SSD中的用法会根据NAND的需求来做定制,通常而言,RAID的冗余占比越大,其所能提供的数据保护能力也就越强。但这种方式会占用较大硬盘容量,也会对SSD的性能有一定影响。
早期的SSD中采用XOR(奇偶校验) RAID技术,在所有硬盘上的NAND同一位置的页组建RAID,将RAID奇偶校验信息写在最后一页上。如此,任何RAID中的数据有损失,都可以借助其他页的数据以及奇偶校验信息进行恢复。
但是这种方式在颗粒数量较少的小容量SSD中会占用较大硬盘容量,因此,后续也发展出许多不同的RAID方式和用法,根据NAND的属性提供保护与容量占比兼顾的平衡方案。
慧荣科技作为业界领先者,与各家NAND Flash厂商深入合作,在主控芯片中保留弹性,根据不同情况采用定制的RAID,让SSD的数据保护更加高效且低成本。与此同时,慧荣科技也基于RAID的数据保护能力,结合LDPC(低密度奇偶校验码)与机器学习算法,开发了独家的NANDXtend纠错技术——在不影响SSD性能的前提下,确保数据完整性、提高SSD寿命,尤其在3D TLC/QLC NAND广泛应用的市场中,强大的数据纠错能力尤为重要。
NANDXtend纠错技术在数据写入时制定了LDPC硬解码、软解码,以及RAID等三重纠错,根据纠错难易度进行多层错误修复。相比起BCH解码单层错误纠正,NANDXtend的三重纠错更能提升数据纠错能力和数据可靠度。
性能、成本之间的比例,已经成为消费者选择SSD产品的重要判断标准,将LDPC、RAID与机器学习相结合NANDXtend纠错技术,不仅解决了NAND Flash的数据纠错,更是让存放在SSD中的数据更加安全可靠。让消费者从容选择更具性能、耐用度及可靠度的SSD产品,确保数据无忧。
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