關(guān)鍵字:固態(tài)硬盤 HDD SSD
固態(tài)硬盤簡介
隨著對存儲容量及速度要求的不斷提高,,固態(tài)硬盤已經(jīng)與我們的工作生活緊密聯(lián)系起來,,時(shí)至今日,,固態(tài)硬盤終于有了取代硬盤成為新的存儲霸主的趨勢,其實(shí)硬盤概念的提出要追溯到06年,,當(dāng)時(shí)便已經(jīng)有硬盤廠商提出了固態(tài)硬盤的概念,,與傳統(tǒng)機(jī)械硬盤采用磁盤體,、磁頭、馬達(dá)等機(jī)械零件不同,,固態(tài)硬盤由控制芯片和存儲芯片組成,。
固態(tài)硬盤相比傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤,不僅在于它沒有磁頭,,采用快速隨機(jī)讀取,,延遲極低,在系統(tǒng)啟動及軟件運(yùn)行方面都快速,,而且其找到數(shù)據(jù)的時(shí)間幾乎等于0,相對傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤的尋道時(shí)間來說要快多了,,畢竟機(jī)械硬盤基本都在10ms以上,多種原因決定了固態(tài)硬盤的速度要遠(yuǎn)高于機(jī)械硬盤,。
SSD的構(gòu)造十分簡單,,SSD的主體其實(shí)就是一塊PCB板,而這塊PCB板上最基本的部件就是控制芯片,,緩存芯片和用于存儲數(shù)據(jù)的閃存芯片,,(部分低端型號并沒有配有緩存芯片)。
固態(tài)硬盤結(jié)構(gòu)與原理
固態(tài)硬盤結(jié)構(gòu)中最重要的就要說主控芯片,,它是SSD的大腦,,其作用一是合理調(diào)配數(shù)據(jù)在各個(gè)閃存芯片上的負(fù)荷,二則是承擔(dān)了整個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn),,連接閃存芯片和外部SATA接口,。不同的主控之間能力相差非常大,在數(shù)據(jù)處理能力,,算法,對閃存芯片的讀取寫入控制上會有非常大的不同,,直接會導(dǎo)致SSD產(chǎn)品在性能上差距高達(dá)數(shù)十倍,。
主控芯片下方是緩存芯片,SSD作為一塊硬盤,,本來是和傳統(tǒng)硬盤一樣,,需要高速的緩存芯片輔助主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,不過由于廉價(jià)SSD方案為了節(jié)省成本,,省去了這塊DRAM芯片,,這么做的后果雖然節(jié)省了成本,但是顯著加重了主控芯片和每塊閃存芯片的負(fù)擔(dān),,在作為普通數(shù)據(jù)存儲盤時(shí)候可能影響會不會太大,,一旦作為系統(tǒng)盤使用,頻繁的零碎文件讀取寫入,,不帶緩存方案的SSD產(chǎn)品性能就會急劇下降,。
主控芯片和緩存芯片以外,,剩下的大片區(qū)域就是NAND FLASH芯片了,目前NAND FLASH主要提供商是三星和intel兩家,,大部分SSD產(chǎn)品采用了三星的NAND FLASH,,intel自己的X18,X25系列則采用了intel的NAND FLASH,,NAND FLASH也分為兩種,,SLC和MLC,其特性和實(shí)際性能差距也比較大,。
固態(tài)硬盤與硬盤工作原理差異
SSD硬盤與傳統(tǒng)的溫徹斯特硬盤在工作機(jī)制上有著本質(zhì)的不同,。首先,傳統(tǒng)的溫徹斯特是采用金屬碟片+磁性材料進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄的,。內(nèi)部主要由馬達(dá),、磁頭、金屬碟片,、主控電路構(gòu)成,。
而SSD固態(tài)硬盤是采用NAND型Flash顆粒作為存儲介質(zhì),由控制IC(主控芯片)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫過程協(xié)調(diào),,內(nèi)部構(gòu)造與傳統(tǒng)硬盤相比,,沒有馬達(dá)、磁片,、 因此是真正的“無噪音”的靜音硬盤,。
因此 得益于SSD硬盤天生的“無機(jī)械構(gòu)件”數(shù)據(jù)讀取/寫入模式,SSD硬盤在數(shù)據(jù)的讀取/寫入,、突發(fā)讀取速率等方面均大幅度超過傳統(tǒng)硬盤,,并且在省電(一般SSD硬盤功耗在2.5W-5W之間),抗震性方面也優(yōu)于傳統(tǒng)硬盤,。
固態(tài)硬盤分類
固態(tài)硬盤是由控制單元和固態(tài)存儲單元(DRAM或FLASH芯片)組成的硬盤.,。
1)、采用FLASH芯片作為存儲介質(zhì),,這也是我們通常所說的SSD,。它的外觀可以被制作成多種模樣,例如:筆記本硬盤,、微硬盤,、存儲卡、優(yōu)盤等樣式,。這種SSD固態(tài)硬盤最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以移動,,而且數(shù)據(jù)保護(hù)不受電源控制,能適應(yīng)于各種環(huán)境,但是使用年限不高,,適合于個(gè)人用戶使用,。分為兩類:SLC單層單元和MLC多層單元。SLC的特點(diǎn)是成本高,、容量小,、但是速度快、錯(cuò)率小,,而MLC的特點(diǎn)是容量大成本低,,但是速度慢、錯(cuò)率高,。另外SLC的壽命是MLC的十倍,。
2)、基于DRAM的固態(tài)硬盤:采用DRAM作為存儲介質(zhì),,目前應(yīng)用范圍較窄,。它仿效傳統(tǒng)硬盤的設(shè)計(jì)、可被絕大部分操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)工具進(jìn)行卷設(shè)置和管理,,并提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI和FC接口用于連接主機(jī)或者服務(wù)器,。應(yīng)用方式可分為SSD硬盤和SSD硬盤陣列兩種。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(dú)立電源來保護(hù)數(shù)據(jù)安全。
常見固態(tài)硬盤主控芯片:Jmicron主控
● Jmicron主控(山寨SSD最常用)
目前SSD市場中充斥著不少廉價(jià)的產(chǎn)品,,最為典型的莫過于臺灣廠商Jmicron推出的JMF602芯片,,由于其推出較早,那個(gè)時(shí)期其他SSD產(chǎn)品價(jià)格都非常高,,玩家對SSD的認(rèn)知,、了解也較少。該款主控芯片推出后,,一舉打破了SSD價(jià)格居高不下的局面,,而且標(biāo)稱性能也非常唬人:早期的JMF602A持續(xù)讀取143MB/s,寫入93MB/s,后來改良的602B讀取可達(dá)170MB/s,。
乍一看這個(gè)數(shù)據(jù)非常不錯(cuò),盡管寫入一般,,讀取可是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械硬盤,,但是廠商卻沒有公布一個(gè)最重要的數(shù)據(jù):前面提到的隨機(jī)讀寫性能。該主控由于不支持外部緩存,,內(nèi)部緩存只有區(qū)區(qū)16K,,導(dǎo)致其性能、壽命都和其價(jià)格一樣的低。做為SSD最重要的4KB隨機(jī)IOPS數(shù)值,,該款SSD的性能只有個(gè)位數(shù),。導(dǎo)致實(shí)際使用情況則很不理想,大量小文件隨機(jī)讀寫的操作甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通機(jī)械硬盤,。由于其設(shè)計(jì)上的缺陷,,更新固件也無法改善其天生的弊端。當(dāng)然,,廠商心里自然是清楚這一點(diǎn)的,,此款產(chǎn)品也沒有推出過提升性能的固件。
常見固態(tài)硬盤主控芯片:Indilinx主控
● Indilinx主控
另一家常見的主控廠商Indilinx,,這個(gè)公司成立僅僅有不到4年的時(shí)間,,但是其產(chǎn)品性能非常不錯(cuò),目前市場上較為常見的主控芯片為Indilinx IDX110(Barefoot),,其核心擁有一顆ARM7嵌入式處理器,,主頻為233MHz,支持16~64MB緩存,,帶有4條16位閃存通道,。其最新版本IDX110M01-LC(ECO)持續(xù)讀寫性能可達(dá)230MB/s和140MB/s。隨機(jī)讀取速度也較低端產(chǎn)品強(qiáng)很多,,但是與頂級產(chǎn)品卻存在差距,。
另外,該廠商經(jīng)常推出更新固件,,使得產(chǎn)品穩(wěn)定性和性能得以不斷改良,。不過,這也是由于該產(chǎn)品初期固件常常存在各種問題,。這也對玩家有一定要求,。。,。對于不喜歡折騰的人來說,,選用這樣的產(chǎn)品難免會遇到問題,后果還是比較嚴(yán)重的,。
常見固態(tài)硬盤主控芯片:三星主控
● 三星主控
三星電子做為存儲業(yè)的巨頭,,其在對固態(tài)硬盤市場的野心也是不容小視的,其早期推出的產(chǎn)品從主控,、顆粒到緩存,,全部是自家產(chǎn)品,這樣其穩(wěn)定性非常有保障,。
不過其性能并無過人之處,,僅僅是比JMF之類的山寨主控強(qiáng)些,。和Intel具有一定差距。并且在MLC漸漸普及之后,,其技術(shù)更新并沒有跟上,,當(dāng)時(shí)推出的產(chǎn)品竟然沒有支持對MLC SSD來說最重要的TRIM技術(shù),導(dǎo)致其壽命大打折扣,,帶起發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤為時(shí)已晚,,不久后便被Indilinx后來居上,至今難以反超,。
常見固態(tài)硬盤主控芯片:Intel主控
● Intel主控
而目前市場上代表著SSD主控最頂尖水平的,,莫過于Intel和SandForce兩家。先來介紹一下Intel,,這家半導(dǎo)體業(yè)的統(tǒng)治者擁有無比強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力,。也許它想做什么都沒有做不好的吧。由于其在芯片組南橋的開發(fā)過程中積累了豐厚的磁盤控制器經(jīng)驗(yàn),,其固態(tài)硬盤控制器產(chǎn)品異常優(yōu)秀,,算法和固件都很先進(jìn),實(shí)際性能也非常強(qiáng)大,。
Intel的產(chǎn)品持續(xù)讀取和隨機(jī)讀寫性能都在業(yè)內(nèi)具有領(lǐng)先地位,,不過考慮到產(chǎn)品壽命,Intel主控限制了寫入速度,。不過在這對于實(shí)際使用影響不是很大,,可以看出Intel在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方面是非常嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)的,,并非是僅僅將好看的數(shù)據(jù)公布出來忽悠人,。目前最新產(chǎn)品為PC29AS21BAO Postville(Gen2),帶有32MB緩存,,隨機(jī)4KB讀寫性能超過35000/6000 IOPS,。并且支持TRIM技術(shù),使得產(chǎn)品壽命得以進(jìn)一步保證,。
常見固態(tài)硬盤主控芯片:SandForce主控
● SandForce主控
SandForce則是目前業(yè)內(nèi)唯一能在SSD技術(shù)上與Intel抗衡的企業(yè),,盡管其在去年才發(fā)布首款SF-1500/SF-1200主控,但是其優(yōu)秀的性能使其產(chǎn)品已經(jīng)推出便狂收追捧,,其獨(dú)有的Dual Class技術(shù)將MLC SSD的性能和壽命都大幅提高,,其企業(yè)級產(chǎn)品SF-1500主控可以提供5年質(zhì)保。
民用級別SF-1200在消減了部分企業(yè)級功能之后,,最高讀寫速度依然可達(dá)285MB/s和275MB/s,,4KB隨機(jī)讀取則理論最高數(shù)值可達(dá)50000IOPS,不過民用版本4KB隨機(jī)寫入上則進(jìn)行了限制,,這也是為了壽命考慮。其產(chǎn)品也被各大存儲廠商廣泛采用。
除此之外,,還有如東芝,、Mtron等廠商,由于其產(chǎn)品更新較慢,,面對新產(chǎn)品時(shí)無論性能還是價(jià)格都沒有任何優(yōu)勢,,只能等待漸漸被淘汰,而想Marvell這樣的廠商其旗艦產(chǎn)品則主要面對企業(yè)級用戶,,雖然性能無比強(qiáng)大,,但是其價(jià)格則遠(yuǎn)非一般個(gè)人用戶所能接受。因此,,目前民用級別中最好的兩種方案就是Intel主控和SandForce主控,。
固態(tài)硬盤優(yōu)缺點(diǎn)
固態(tài)硬盤優(yōu)點(diǎn):
1.啟動快,沒有電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)的過程,。
2.不用磁頭,,快速隨機(jī)讀取,讀取延遲小,。
3.相對固定的讀取時(shí)間,,由于尋址時(shí)間與數(shù)據(jù)存儲位置無關(guān),因此磁盤碎片不會影響讀取時(shí)間,。
4.基于DRAM的固態(tài)硬盤寫入速度極快,。
5.無噪音。
6.發(fā)熱量低,。
7.體積小,,重量輕
固態(tài)硬盤缺點(diǎn):
1.成本高,每單位容量價(jià)格是傳統(tǒng)硬盤的5-10倍(基于閃存),,甚至200-300倍(基于DRAM),。
2.寫入壽命有限(基于閃存)。
3.數(shù)據(jù)損壞后難以恢復(fù),。
4.使用固態(tài)硬盤的筆記本電腦在電池續(xù)航方面不如使用5400轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)硬盤筆記本電腦,。
取代HDD成趨勢?固態(tài)硬盤展望
在2010年期間,固態(tài)硬盤開始被各大廠商重點(diǎn)關(guān)注,,不過價(jià)格依舊較貴,,適用人群不大,也有部分廠商推出了低端產(chǎn)品,,主要意在讓更多玩家試用,,與中高端產(chǎn)品價(jià)格差距很大。
不過蘋果產(chǎn)品對固態(tài)硬盤的情有獨(dú)鐘,,讓固態(tài)硬盤有了很大發(fā)展,,蘋果的筆記本電腦,、iPad等均采用固態(tài)硬盤做存儲,其銷量之高也帶動了SSD的銷量,。輕薄節(jié)能的特性很適合目前市場需要,,所以SSD的未來更被看好了。
對于硬盤的大容量,,目前消費(fèi)級SSD還無法比擬,,不過隨著價(jià)格的不斷下調(diào),容量的不斷攀升,,畢竟目前25nm,、20nm的工藝制程SSD芯片已經(jīng)研發(fā)推出,成本方面還將不斷降低,,固態(tài)硬盤取代硬盤成為存儲主宰的日子不會太遙遠(yuǎn),。