SSD 已經發展成為在許多嵌入式系統（包括醫療設備）中替代旋轉硬盤驅動器 (HDD) 的可行選擇。這是因為 SSD 消除了大多數醫療系統中最大的單一故障機制——HDD 的移動部件。

醫療器械具有較長的產品測試和認證周期，并受到嚴格的監管審批流程的約束。鑒于主硬盤驅動器故障在所有設備中都是不幸的現實，而不僅僅是醫療設備，因此這些過程是必要的； 不是“如果”而是“何時”硬盤會發生故障，因為它的活動部件在某些時候會磨損并停止運行。當發生故障時，這可能是監管的噩夢。

1990 年的《安全醫療器械法》授權食品和藥物管理局 (FDA) 監管醫療器械。醫院和醫療保健組織必須報告所有導致嚴重疾病、傷害或死亡的醫療設備故障實例。 這可能會導致代價高昂的訴訟、產品召回和難以言表的惡意。即使沒有死亡，至少，醫療器械也必須通過 FDA 重新認證，這可能需要數年時間并花費數十萬美元。

存儲解決方案必須堅固耐用，并且能夠在關鍵應用中正常運行而不會出現故障。通常需要占用空間小，并且能夠承受高沖擊和振動，并防止驅動器因用戶錯誤或環境條件引起的電源干擾而損壞。

除了這些要求之外，醫療設備設計人員還面臨著降低醫療設備整體系統成本的持續壓力。NAND 閃存組件已經進步以提供更低的每位成本，但這樣做卻犧牲了可靠性和耐用性。 這導致許多原始設備制造商質疑固態硬盤在其關鍵醫療應用中的使用壽命。

為了幫助醫療設備設計人員解決這一重要的行業問題，以下討論簡要概述了 NAND 閃存技術的最新變化以及 SSD 供應商用于管理這些變化的一些算法。使用這些通用數據，一種新方法可以幫助設計人員通過概述 SSD 制造商控制的參數（例如使用的 NAND 類型、寫入性能和寫入放大）和系統 OEM 可以控制的參數（使用模型、容量，并寫入占空比）。

NAND閃存技術變革

SSD 中的主要存儲介質 NAND 閃存組件正在以半導體行業前所未見的速度經歷技術變革。對更低的每比特成本和更小的尺寸要求的追求正在推動 NAND 閃存技術縮小到更小的工藝幾何尺寸并在每個單元中存儲多個比特。 盡管這導致體積更小、容量更高的 SSD 和每 GB 成本不斷下降，但它給醫療設備 OEM 帶來了可靠性和產品壽命的挑戰。

與基于 NAND 閃存的 SSD 相關的可靠性問題主要集中在設備的寫入/擦除周期數或耐久性的限制上。OEM 經常質疑 SSD 是否能滿足其長期系統部署要求，尤其是在具有密集寫入/擦除使用模式的 24/7 醫療應用中。

在原始媒體級別，NAND 閃存本質上比 HDD 中的磁盤更可靠。SSD 控制器現在面臨著與之前的 HDD 控制器相同的問題，它們決定如何利用較低的每比特成本，同時為特定應用保持可接受的可靠性水平。 然而，SSD 在解決這個問題方面具有優勢，因為它們沒有傳統上被認為是 HDD 最大的可靠性問題——旋轉介質的簡單機制。

存儲管理算法和寫放大

必須主動管理 NAND 閃存。SSD 控制器通過使用磨損均衡和其他存儲管理算法來管理耐用性，并且根據應用，SSD 控制器優化寫入/擦除操作以在系統級別增加耐用性。 此外，SSD 控制器在 NAND 閃存陣列中預留了一個備用區域，用于管理壞塊和其他閃存漏洞。SSD 中的備件數量為 1% 到 2%，但在需要高可靠性的應用中，它可以高達 50%。 這種稱為 過度配置的 方法通常是通過提供額外的 NAND 容量來解決這些可靠性問題來實現的。

要準確計算SSD使用壽命，必須考慮寫入放大的概念。寫入放大 是衡量 SSD 控制器效率的指標。它定義了控制器針對來自主機系統的每個寫入命令對介質進行的最小寫入次數。 寫放大突出了擦除塊大小和頁面大小之間的根本不匹配。 例如，SSD 控制器的最小寫入大小可能是 4 KB 頁面大小。

大多數 SSD 必須在寫入前擦除，這可能需要擦除和寫入整個擦除塊 (256 KB)。本示例中產生的寫入放大為 256:4 或 64:1。 最壞的情況是一遍又一遍地寫入相同的邏輯塊地址，這將導致 64:1 的比率。最好的情況是以擦除塊大小的整數倍的文件大小流式傳輸數據。在這種情況下，寫入放大為 1:1。 實際上，根據主機寫入數據的方式，寫入放大處于中間位置，說明使用模型可以對 SSD 的使用壽命產生 64 倍的影響。