什麼是固態硬碟

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  固態硬碟,一般簡稱SSD(Solid State Disk、IDE FLASH DISK),它是用固態電子存儲晶元陣列而製成的硬碟,由控制單元和存儲單元(FLASH晶元)組成。固態硬碟的介面規範和定義、功能及使用方法上與普通硬碟的完全相同,在產品外形和尺寸上也完全與普通硬碟一致。廣泛應用于軍事、車載、工控、視頻監控、網路監控、網路終端、電力、醫療、航空等、導航設備等領域。

  基本信息

  固態硬碟(Solid State Drive、IDE FLASH DISK)由控制單元和存儲單元(FLASH晶元)組成,簡單的說就是用固態電子存儲晶元陣列而製成的硬碟,固態硬碟的介面規範和定義、功能及使用方法上與普通硬碟的相同,在產品外形和尺寸上也與普通硬碟一致。其晶元的工作溫度範圍很寬(-40~85℃)。目前廣泛應用于軍事、車載、工控、視頻監控、網路監控、網路終端、電力、醫療、航空、導航設備等領域。雖然目前成本較高,但也正在逐漸普及到DIY市場。由於固態硬碟技術與傳統硬碟技術不同,所以產生了不少新興的存儲器廠商。廠商只需購買NAND存儲器,再配合適當的控制晶元,就可以製造固態硬碟了。新一代的固態硬碟普遍採用SATA-2介面及SATA-3介面。

  分類

  固態硬碟的存儲介質分為兩種,一種是採用快閃記憶體(FLASH晶元)作為存儲介質,另外一種是採用DRAM作為存儲介質。

  基於快閃記憶體的固態硬碟

  基於快閃記憶體的固態硬碟(IDE FLASH DISK、Serial ATA Flash Disk):採用FLASH晶元作為存儲介質,這也是我們通常所說的SSD。它的外觀可以被製作成多種模樣,例如:筆記本硬碟、微硬碟、存儲卡、U盤等樣式。這種SSD固態硬碟最大的優點就是可以移動,而且數據保護不受電源控制,能適應於各種環境,但是使用年限不高,適合於個人用戶使用。

  基於DRAM的固態硬碟

  基於DRAM的固態硬碟:採用DRAM作為存儲介質,目前應用範圍較窄。它仿效傳統硬碟的設計、可被絕大部分操作系統的文件系統工具進行卷設置和管理,並提供工業標準的PCI和FC介面用於連接主機或者伺服器。應用方式可分為SSD硬碟和SSD硬碟陣列兩種。它是一種高性能的存儲器,而且使用壽命很長,美中不足的是需要獨立電源來保護數據安全。DRAM固態硬碟屬於比較非主流的設備。

固態硬碟

固態硬碟漫長艱辛的發展歷程
1956年 IBM公司發明的世界上第一塊硬碟
1968年 IBM重新提出“溫徹斯特”(Winchester)技術的可行性,奠定了硬碟發展方向
上世紀七十年代 StorageTek公司(Sun StorageTek)開發了第一個固態硬碟驅動器
1989年 世界上第一款固態硬碟出現
2006年3月 三星率先發布一款32GB容量的固態硬碟筆記本電腦
2007年1月 SanDisk公司發布了1.8寸32GB固態硬碟產品,3月又繼續發布了2.5寸32GB型號
2007年6月 東芝推出了其第一款120GB固態硬碟筆記本電腦
2008年9月 憶正MemoRight SSD的正式發布,標識著中國企業加速進軍固態硬碟行業
2009年 SSD井噴式發展,各大廠商蜂擁而來,存儲虛擬化正式走入新階段
2010年2月 美光發布了全球首款SATA 6Gbps介面固態硬碟,終於突破了SATAII介面300MB/s的讀寫速度極限
2011年 SSD的容量完成從32G到256G跨越,讀取速度高達500MB/s

  結構

  基於快閃記憶體的固態硬碟是固態硬碟的主要類別,其內部構造十分簡單,固態硬碟內主體其實就是一塊PCB板,而這塊PCB板上最基本的配件就是控制晶元、緩存晶元和用於存儲數據的快閃記憶體晶元。   目前市面上比較常見的固態硬碟有Indilinx、SandForce、JMicron、Marvell、Samsung以及Intel等多種主控晶元。主控晶元是固態硬碟的大腦,其作用一是合理調配數據在各個快閃記憶體晶元上的負荷,二則是承擔了整個數據中轉,連接快閃記憶體晶元和外部SATA介面。不同的主控之間能力相差非常大,在數據處理能力,演算法,對快閃記憶體晶元的讀取寫入控制上會有非常大的不同,直接會導致固態硬碟產品在性能上差距高達數十倍。  

 

大固態硬碟主控晶元品牌、型號、產品一覽
品牌 型號 代表產品
Intel PC29AS21AA0、PC29AS21BA0 Intel 320 Series G3(80G)
SandForce SF-1500/SF-1200、SF-2000系列 OCZ Agility 3 SATA3 60G
JMicron JMF602、JMF612、JMF618 金士頓的SSD Now V系列
Marvell 88SS9174-BJP2、88SS9174-BKK2 Intel的510系列、鎂光C400、浦科特 PX-128M2S
Indilinx IDX110M00-LC、IDX110M01-LC SOLIDATA K5-64Me
三星 S3C49RBX01-YH80、S3C29RBB01-YK40 三星 SLC 3.5 100GB
東芝 TC58NCF602GAT、TC58NCF618GBT、T6UG1XBG 金士頓 SSDNow V+100系列

  主控晶元旁邊是緩存晶元,固態硬碟和傳統硬碟一樣需要高速的緩存晶元輔助主控晶元進行數據處理。這裡需要注意的是,目前有一些廉價固態硬碟方案為了節省成本,省去了這塊緩存晶元,這樣對於使用時的性能會有一定的影響。

  除了主控晶元和緩存晶元以外,PCB板上其餘的大部分位置都是NAND Flash快閃記憶體晶元了。NAND Flash快閃記憶體晶元又分為SLC(單層單元)和MLC(多層單元)NAND快閃記憶體:

  1.SLC全稱是單層式儲存 (Single Level Cell),因為結構簡單,在寫入數據時電壓變化的區間小,所以壽命較長,傳統的SLC NAND快閃記憶體可以經受10萬次的讀寫。而且因為一組電壓即可驅動,所以其速度表現更好,目前很多高端固態硬碟都是都採用該類型的Flash快閃記憶體晶元。
  2.MLC全稱是多層式儲存(Multi Leveled Cell),它採用較高的電壓驅動,通過不同級別的電壓在一個塊中記錄兩組位信息,這樣就可以將原本SLC的記錄密度理論提升一倍。作為目前在固態硬碟中應用最為廣泛的MLC NAND快閃記憶體,其最大的特點就是以更高的存儲密度換取更低的存儲成本,從而可以獲得進入更多終端領域的契機。不過,MLC的缺點也很明顯,其寫入壽命較短,讀寫方面的能力也比SLC低,官方給出的可擦寫次數僅為1萬次。

  特點

  1、讀寫速度快。採用快閃記憶體作為存儲介質,讀取速度相對機械硬碟更快。固態硬碟不用磁頭,尋道時間幾乎為0。持續寫入的速度非常驚人,現在的固態硬碟廠商大多會宣稱自家的固態硬碟持續讀寫速度超過了500MB/s云云,這相對機械硬碟的100MB/s的速度著實是相當可觀的。   固態硬碟的快絕不僅僅體現在持續讀寫上,隨機讀寫速度快才是固態硬碟的終極奧義,這最直接體現在絕大部分的日常操作中。與之相關的還有極低的存取時間,目前機械硬碟最快也要14毫秒左右,而固態硬碟可以輕易達到0.1毫秒甚至更低。

  2、物理特性,低功耗、無噪音、抗震動、低熱量 、體積小、工作溫度範圍大。固態硬碟沒有機械馬達和風扇,工作時噪音值為0分貝。基於快閃記憶體的固態硬碟在工作狀態下能耗和發熱量較低(但高端或大容量產品能耗會較高)。內部不存在任何機械活動部件,不會發生機械故障,也不怕碰撞、衝擊、振動。典型的硬碟驅動器只能在5到55攝氏度範圍內工作。而大多數固態硬碟可在-10~70攝氏度工作。固態硬碟比同容量機械硬碟體積小、重量輕。   這些優勢機械硬碟都不具備,固態硬碟比機械硬碟還要耐用,更低溫、更抗震、更便攜。因此固體硬碟才能廣泛應用于軍事、車載、工業、醫療、航空等領域。

  3、容價比低。這裡指的是容量和價格的比,相比機械硬碟,固態硬碟的容價比的確低得沒話說。如今1TB機械硬碟750元,平均0.75元/GB。120GB固態硬碟一般在1300元甚至更高,平均10.8元/GB。

  4、壽命限制。固態硬碟快閃記憶體具有擦寫次數限制的問題,這也是許多人詬病其壽命短的所在。快閃記憶體完全擦寫一次叫做1次P/E,因此快閃記憶體的壽命就以P/E作單位。34nm的快閃記憶體晶元壽命約是5000次P/E,而25nm的壽命約是3000次P/E。是不是看上去壽命更短了?理論上是這樣沒錯,但隨著SSD固件演算法的提升,新款SSD都能提供更少的不必要寫入量。再來一個具體的例子,一款120G的固態硬碟,要寫入120G的文件才算做一次P/E。普通用戶誇正常使用,即使每天寫入50G,平均2天完成一次P/E,那麼一年就有180次P/E。大家可以自行計算3000個P/E能用幾年,相信到那時候,固態硬碟早就被你換成別的什麼新奇玩意了。

  對比

  

固態硬碟和傳統硬碟特性的比較
項目 固態硬碟 傳統硬碟
容量 較小
價格
隨機存取 極快 一般
寫入次數 SLC:10萬次
MLC:1萬次
無限制
盤內陣列 極難
工作噪音
工作溫度 極低 較明顯
防震 很好 較差
數據恢復 可以
重量

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