新手必看：固态硬盘的前世今生

noirot

http://digi.it.sohu.com/20120217/n335037677.shtml


二十三载：固态硬盘的前世

　　话说当年IBM公司1956年发明的世界上第一块硬盘，仅有5MB的存储空间，却由50多块24英寸的碟片组成，所占体积在现今人对电脑的理解来看就是不可想象的。但传统硬盘，也就是机械硬盘的主要物理结构就是从那时确定，并一直沿用至今。


世界上第一块硬盘，由于年代久远，仅有黑白照片

　　机械硬盘必须有类似老式黑胶留声机一般的机械结构，磁头，悬架，转轴和盘片。因此遗憾的是，由于机械架构的存在，硬盘不能像CPU那样通过改进制造工艺，在一定的空间内放置更多的晶体管提高性能。经过50多年的风风雨雨，目前硬盘的主轴转速基本没有太大的提高空间了，主流的7200RPM也不知道多久没有提高了。


后来SSD出现了

　　在上世纪七十年代，StorageTek公司(现在的Sun StorageTek)开发了第一个固态硬盘驱动器。早期固态硬盘的缺陷如价格昂贵、性能不稳定，以及当时高性能市场需求尚未崛起，致使它来去匆匆无声无息。世界上第一款固态硬盘出现于1989年，不过由于其价格过于高昂因此在当时只限应用于非常特别的市场比如医疗、工作以及军用市场。实际上虽然当时其1M大小的闪存换算下来的价格已经达到了3500美元，但是其性能却要远低于当时的普通硬盘产品，不过凭借其独有的特性却使得闪存硬盘在军用、航空以及医疗领域获得了长足的发展。自从07年七月IBM在其刀片式服务器上部署 SanDisk SSD，固态硬盘再一次走进人们的视线。

　　所以SSD固态硬盘早已不是个新生事物，算起来也有23岁了。如果以人类年龄来估算，固态硬盘应该也到了风华正茂的年华了吧，而事实上也正是这样。

风华正茂：固态硬盘的今生

　　关于固态硬盘的概念大家想必都已经不在陌生了。SSD (Solid State Drive)中文就是：固态硬盘，SSD由控制单元和存储单元（FLASH芯片）组成，简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。目前的硬盘（ATA 或 SATA）都是磁碟型的，数据就储存在磁碟扇区里，而固态硬盘数据则储存在芯片里。

固态硬盘目前目前主要有两类：


基于闪存的固态硬盘

　　1.基于闪存的固态硬盘：采用FLASH芯片作为存储介质，这也是我们通常所说的固态硬盘。它的外观可以被制作成多种模样，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、优盘等样式。这种固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，但是使用寿命不高，适合于个人用户使用。


基于DRAM的固态硬盘

　　2.基于DRAM的固态硬盘：采用DRAM作为存储介质，目前应用范围比较窄。它仿效传统硬盘的设计、可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。它是一种高性能的存储器，而且使用寿命很长，美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。

　　由于DRAM固态硬盘属于比较非主流的设备，所以接下来我们谈到的固态硬盘还是以基于闪存的固态硬盘，也就是大家比较容易购买、使用的产品为主。

我们可以买到的固态硬盘　　

　　过去的2011年，各路固态硬盘厂商如雨后春笋般的冒了出来，如今有Intel、镁光、OCZ、威刚、浦科特、金士顿、奥瑞科、金胜等数十家。各路品牌意味着市面上我们能够买到的固态硬盘产品也是琳琅满目。


固态硬盘内部拆解



　　从上图可以看到，固态硬盘的PCB板是由闪存颗粒、1颗控制芯片及1颗缓存芯片组成。所以主控芯片和闪存颗粒成为了固态硬盘的决定性因素（因为有些主控方案不需要缓存颗粒，因此缓存颗粒不构成决定性因素），也是我们消费者购买固态硬盘首先要考虑的。

关于主控芯片



　　可以看到，SandForce的主控芯片凭借着出色的性价比依旧在主流市场上占据着十分大的份额，Intel主控芯片拥有先进的性能受到专业用户和企业用户的喜爱，而更高端还有Marvell的高性能产品坐镇，几大芯片厂商都在不断尝试为自己的芯片产品寻找最合适的定位。在研发力度上，支持原生SATA6Gbps的主控有Marvell、SandForce和Indilinx三家。

关于闪存颗粒


闪存芯片

　　除了主控芯片和缓存芯片以外，PCB板上其余的大部分位置都是NAND Flash闪存芯片了。NAND Flash闪存芯片又分为SLC（单层单元）和MLC（多层单元）NAND闪存：

　　1.SLC全称是单层式储存 (Single Level Cell），因为结构简单，在写入数据时电压变化的区间小，所以寿命较长，传统的SLC NAND闪存可以经受10万次的读写。而且因为一组电压即可驱动，所以其速度表现更好，目前很多高端固态硬盘都是都采用该类型的Flash闪存芯片。

　　2.MLC全称是多层式储存（Multi Leveled Cell），它采用较高的电压驱动，通过不同级别的电压在一个块中记录两组位信息，这样就可以将原本SLC的记录密度理论提升一倍。作为目前在固态硬盘中应用最为广泛的MLC NAND闪存，其最大的特点就是以更高的存储密度换取更低的存储成本，从而可以获得进入更多终端领域的契机。不过，MLC的缺点也很明显，其写入寿命较短，读写方面的能力也比SLC低，官方给出的可擦写次数仅为1万次。


闪存颗粒

　　除了MLC/SLC的区别，目前固态硬盘采用的闪存颗粒还有着25/34nm制程、同步/异步、ONFI/Toggle Mode等等不同。不同闪存颗粒数据传输率有着很大的差异，异步ONFI颗粒只有50MT/s（Intel或者Micron早期颗粒），同步ONFI 2.x颗粒则可以达到133MT/s ~ 200MT/s （Intel或者Micron颗粒），异步Toggly DDR 1.0颗粒也可以达到133MT/s ~ 200MT/s （TOSHIBA或者Samsung颗粒）。因此在通道数相同的前提下，闪存颗粒传输率更高的固态硬盘更容易突破500MB/s的持续读取速度。


固态硬盘的发展方向


2.5英寸固态硬盘

　　除了我们常见的2.5英寸、SATA接口的固态硬盘以外，由于人们对存储性能的不断追求。更快更大的固态硬盘已经出现，OCZ在CES2012的展台就展示了一片采用PCI-E 2.0 x16接口，搭载了16颗SandForce SF-2582主控芯片并配置了热管散热器，最高可支持总容量为16TB的NAND闪存芯片的固态硬盘。


OCZ展示16控制器版PCI-E固态硬盘

　　可以说固态硬盘做到了机械硬盘做不到的事情。因为固态硬盘的存储介质是闪存芯片，因此符合摩尔定律，也就是说随着时间的推移，芯片的价格会不断下降，容量和性能却会断提升。这让停滞了多年的机械硬盘垂直记录技术情何以堪。

总结当下固态硬盘的特点


持续读取速度突破500MB/s

　　1、固态硬盘很快！的确，但是固态硬盘究竟快在哪里？现在的固态硬盘厂商大多会宣称自家的固态硬盘持续读写速度超过了500MB/s云云，这相对机械硬盘的100MB/s的速度着实是相当可观的。


存取时间快很多

　　固态硬盘的快绝不仅仅体现在持续读写上，随机读写速度快才是固态硬盘的终极奥义，这最直接体现在绝大部分的日常操作中。与之相关的还有极低的存取时间，目前机械硬盘最快也要14毫秒左右，而固态硬盘可以轻易达到0.1毫秒甚至更低。


固态硬盘并不脆弱

　　2、其他物理特性，低功耗、无噪音、抗震动、低热量 、体积小、工作温度范围大(-40~ +85℃ ）。这些优势机械硬盘都不具备，固态硬盘比机械硬盘还要耐用，更低温、更抗震、更便携。因此固体硬盘才能广泛应用于军事、车载、工业、医疗、航空等领域。



　　3、容价比低。这里指的是容量和价格的比，相比机械硬盘，固态硬盘的容价比的确低得没话说。如今1TB机械硬盘750元，平均0.75元/GB。120GB固态硬盘一般在1300元甚至更高，平均10.8元/GB。



　　4、寿命限制。固态硬盘闪存具有擦写次数限制的问题，这也是许多人诟病其寿命短的所在。闪存完全擦写一次叫做1次P/E，因此闪存的寿命就以P/E作单位。34nm的闪存芯片寿命约是5000次P/E，而25nm的寿命约是3000次P/E。是不是看上去寿命更短了？理论上是这样没错，但随着SSD固件算法的提升，新款SSD都能提供更少的不必要写入量。再来一个具体的例子，一款120G的固态硬盘，要写入120G的文件才算做一次P/E。普通用户夸正常使用，即使每天写入50G，平均2天完成一次P/E，那么一年就有180次P/E。大家可以自行计算3000个P/E能用几年，相信到那时候，固态硬盘早就被你换成别的什么新奇玩意了。

　　总结：时至今日，固态硬盘无论从技术上还是产能上都已经有了长足的进步。2012年，随着更多的厂商加入这一产品线，固态硬盘有望迎来井喷式的发展。同时工艺制成的提高必然会带来成本的下降，这样一来固态硬盘的价格将不再高不可攀。

　　无论是Intel的超级本还是苹果的新一代MBP/MBA都将搭载SSD而非HDD，这样的趋势会延续下去，但我们也必须看到，即便遭遇了水灾的影响，传统硬盘依旧是很多人首选。因此短期内，我们都会发现SSD和HDD会是共存共生的局面。不过说些题外话，身边用过SSD的朋友可是表示他们再也无法接受HDD了。

周星星1832

时光匆匆过啊

nil

楼上的签名真是。

现在固盘还是有点小贵。俺先再折腾一段时间。。。

MillerYang

坐等1T SSD

青山

关键是总线速度瓶颈。如果能大规模并行存取，就爽了。