Почему данные на SSD и флешке исчезают сами, если их долго не включать

SSD и флешка кажутся почти идеальным местом для архива. Внутри ничего не крутится, а питание для хранения файлов не требуется. Данные там действительно могут пролежать годами, но гарантированного срока хранения не существует. На практике флеш-память не вечна. Даже совершенно исправный накопитель постепенно теряет возможность надежно различать записанные данные. Они не пропадают разом. Сначала могут появиться ошибки чтения и поврежденные файлы, которые больше не открываются. А в неудачном случае страдают служебные данные, без которых SSD может вообще перестать нормально предоставлять системе доступ к содержимому. Давайте разбираться, почему так происходит.

Как SSD хранит данные без питания

В SSD, флешках и картах памяти информация хранится в крошечных ячейках с помощью электрического заряда. Заряд удерживается внутри изолированной области, поэтому питание для хранения не нужно. При чтении накопитель смотрит на состояние каждой ячейки и по нему определяет, какие данные записаны.

У SLC-памяти все относительно просто: одна ячейка хранит один бит и у него всего два состояния. MLC хранит два бита и четыре состояния. TLC хранит три бита, комбинация которых дает восемь состояний. У QLC в одной ячейке четыре бита и шестнадцать состояний.

Чем больше таких состояний, тем точнее накопителю нужно различать их между собой. Различает он их по пороговому напряжению ячейки, и напряжения эти у миллионов ячеек не совпадают до точки, а образуют распределения — облака значений вокруг каждого состояния.

Со временем заряд утекает через изолирующий слой, облака расползаются и сдвигаются, и края соседних начинают перекрываться. Этот механизм называют детрэппингом. Поначалу ошибки исправляются автоматически, но при сильной деградации часть данных может вовсе не прочитаться.

Конечно, первый же изменившийся бит не испортит файл. Благодаря коррекции ошибок система может восстановить правильные данные, даже если часть битов читается неверно. Но когда ошибок становится очень много, система коррекции уже не справляется.

Читайте также: Сколько на самом деле живёт диск и на что смотреть

Износ важнее возраста накопителя

Флеш-память от времени деградирует не так сильно, как от большого количества циклов перезаписи. NAND не может бесконечно записывать и стирать данные, поэтому производитель указывает в характеристиках заявленный ресурс записи — TBW. Это не физический предел, после которого накопитель обязательно откажет, а объем, в рамках которого производитель отвечает за выносливость.

Записывать данные NAND может небольшими порциями, а вот стирать использованные ячейки приходится куда более крупными блоками. Каждый такой цикл понемногу ухудшает свойства ячеек.

Из этого и следует вывод, что старый SSD не обязательно хранит данные хуже нового. Надо смотреть именно на то, как интенсивно его использовали. Если пятилетний накопитель работал мало, его память может быть в лучшем состоянии, чем у двухлетнего, через который успели прогнать огромный объем записей. И для долгосрочного хранения без питания важен в первую очередь именно износ NAND, а не то, когда SSD произвели.

Многие берут старые системные SSD после апгрейда компьютера и используют их для долгосрочного хранения данных. Как внешний накопитель для повседневных задач он еще послужит, а вот единственным архивом на несколько лет его лучше не делать из-за выработанного ресурса.

Температура хранения действительно важна

Интересно, что чем выше температура во время хранения выключенной флеш-памяти, тем быстрее ухудшается способность ячеек удерживать записанное состояние. Но тут тоже есть свои нюансы, из-за которых возник один из самых известных мифов об SSD.

В стандартах JEDEC температура работающего SSD и температура хранения рассматриваются отдельно. Для пользовательского накопителя стандартный сценарий предполагает активную эксплуатацию при 40 градусах Цельсия в среднем по восемь часов в день. Требование к такому накопителю — сохранить данные в течение года без питания при 30 градусах.

Целого года при этом никто не ждет. Стандарт допускает ускоренные испытания при повышенной температуре с последующим пересчетом. Причем речь идет о накопителе, уже дошедшем до своего заявленного ресурса записи. И важно дополнить, что все это требования к SSD. На дешевую USB-флешку они не распространяются, там другой контроллер, другая память и никаких обязательств производителя по сроку хранения.

Если оставить температуру активной эксплуатации равной 40 градусам, расчетная таблица JEDEC дает около 105 недель при хранении при 25 градусах, 52 недели при 30 градусах и около 26 недель при 35 градусах. Получается почти двукратное изменение на каждые пять градусов.

Но строгой зависимости тут нет, и притягивать универсальное правило «плюс пять градусов — срок всегда вдвое меньше» нельзя. Все это только расчет для определенных условий с учетом типа деградации. Комбинация факторов в каждом конкретном случае будет уникальной, но общая линия тренда сохраняется.

Надо ли охлаждать SSD

Это может показаться нелогичным, но температура во время работы влияет на расчеты иначе, чем температура хранения. При одинаковой температуре хранения модель JEDEC дает больший срок тому накопителю, который эксплуатировался при более высокой температуре. Записанный в горячей памяти заряд распределяется устойчивее, и запас до соседнего диапазона получается больше.

Но никаких сравнительных испытаний трех разных накопителей за этим не стоит. Приведенные ниже числа являются примерным расчетом по температурной модели Аррениуса из информативного приложения стандарта.

• Работа при 25 градусах Цельсия, хранение при 25 градусах — около 58 недель

• Работа при 40 градусах Цельсия, хранение при 25 градусах — около 105 недель

• Работа при 55 градусах Цельсия, хранение при 25 градусах — около 404 недели

Это не означает, что надо отказаться от охлаждения SSD или и вовсе начинать его специально греть. Высокая температура влияет на другие механизмы надежности, а приведенные числа относятся только к одному показателю и соответствуют строго заданным условиям расчета. Тут важнее то, что только по температуре нельзя вычислить срок жизни файлов. Важно также то, как память использовали до отключения, и то, где она лежит потом.

Читайте также: Нужен ли радиатор для SSD, или почему чаще всего на нем можно сэкономить

Кто сказал, что SSD теряет данные за неделю

Не все помнят, но в 2015 году активно расходилась информация, что выключенный SSD способен потерять данные всего за несколько дней или неделю. Началось все со старой презентации с таблицей расчетной сохранности данных. Вот только применили ее не к тем условиям.

Согласно расчету, данные действительно могут потеряться за неделю, но только в случае крайне неудачного сочетания факторов. Например, накопитель уже должен выработать заявленный ресурс записи, во время работы оставаться прохладным, примерно на 25 градусах, а после отключения храниться при температуре около 55 градусов Цельсия.

То есть сама цифра не была выдумана, но в реальной жизни такое стечение обстоятельств довольно сомнительно. Да даже что-то одно из этого встречается далеко не каждый раз. Почти любой хранящийся накопитель при нормальной комнатной температуре находится совсем в других условиях.

Тип памяти и питание SSD

Неправильно пытаться определить срок хранения только по типу памяти. Кто-то говорит, что SLC хранит данные ровно десять лет, TLC продержится три года, а QLC и вовсе год.

Вначале я уже говорил про количество состояний ячеек, и отчасти рассуждение логично — чем больше состояний приходится различать, тем меньше запас. Но вывести из одной надписи на коробке конкретное число лет невозможно. Куда важнее поколение самой памяти, размер и конструкция ячейки, степень износа, работа контроллера и температура, о которой мы уже поговорили.

Бытует мнение, что если подать на накопитель питание на несколько минут, то данные точно будут сохранены. Хуже от этого не будет, но это не универсальное решение всех проблем.

Контроллеры некоторых SSD умеют обнаруживать проблемные блоки, исправлять ошибки и переносить данные в другие ячейки. Но конкретные алгоритмы зависят от производителя, модели и прошивки. Сработает это не с любым накопителем, но питание для этого действительно нужно и парой минут тут не отделаешься. Иногда счет идет на часы.

То есть подключение накопителя к компьютеру само по себе не гарантирует перезаписи ячеек, хотя контроллер при обнаружении слабых областей может самостоятельно обновить их содержимое. Если данные действительно важны, лучше периодически проверять архив и делать свежую копию на другой носитель.

Можно ли использовать SSD для архива

Из всего сказанного можно сделать простой вывод: один SSD — плохой вариант для единственной архивной копии. Это хороший быстрый накопитель для ежедневного использования или регулярно обновляемых резервных копий. Но записывать архив на SSD или флешку, убирать их в шкаф и хранить там годами точно не стоит.

Жесткий диск тоже может сломаться, оптический диск стареет, а облачный сервис может закрыться или заблокировать доступ. Поэтому важные данные лучше хранить в нескольких независимых копиях и хотя бы иногда проверять, что эти копии действительно читаются.

Если семейный фотоархив десять лет хранится только на одной флешке, главный риск даже не в утечке заряда из NAND, а в том, что флешка всего одна. Этого слишком мало для надежного хранения.

Флеш-память называют энергонезависимой, потому что для хранения записанного состояния ей не требуется постоянное питание. Технически это верно, но энергонезависимая — не значит вечная. Лежащий на полке накопитель продолжает стареть, просто делает это намного медленнее, чем может показаться из страшилок про «SSD, который забывает все за неделю».