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    取代HDD成趨勢? SSD技術(shù)特性完全分析

    來源:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時間:2011/06/01
     

       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,其實硬盤概念的提出要追溯到06年,當時便已經(jīng)有硬盤廠商提出了固態(tài)硬盤的概念,與傳統(tǒng)機械硬盤采用磁盤體、磁頭、馬達等機械零件不同,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)的機械硬盤,不僅在于它沒有磁頭,采用快速隨機讀取,延遲極低,在系統(tǒng)啟動及軟件運行方面都快速,而且其找到數(shù)據(jù)的時間幾乎等于0,相對傳統(tǒng)的機械硬盤的尋道時間來說要快多了,畢竟機械硬盤基本都在10ms以上,多種原因決定了固態(tài)硬盤的速度要遠高于機械硬盤。

      SSD的構(gòu)造十分簡單,SSD的主體其實就是一塊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)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)在各個閃存芯片上的負荷,二則是承擔了整個數(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,直接會導致SSD產(chǎn)品在性能上差距高達數(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行數(shù)據(jù)處理,不過由于廉價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擔,在作為普通數(shù)據(jù)存儲盤時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NANDFLASH芯片了,目前NANDFLASH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NANDFLASH,intel自己的X18,X25系列則采用了intel的NANDFLASH,NANDFLASH也分為兩種,SLC和MLC,其特性和實際性能差距也比較大。

      SSD硬盤與傳統(tǒng)的溫徹斯特硬盤在工作機制上有著本質(zhì)的不同。首先,傳統(tǒng)的溫徹斯特是采用金屬碟片+磁性材料進行數(shù)據(jù)記錄的。內(nèi)部主要由馬達、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、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。

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      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)點就是可以移動,而且數(shù)據(jù)保護不受電源控制,能適應(yīng)于各種環(huán)境,但是使用年限不高,適合于個人用戶使用。分為兩類:SLC單層單元和MLC多層單元。SLC的特點是成本高、容量小、但是速度快、錯率小,而MLC的特點是容量大成本低,但是速度慢、錯率高。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、可被絕大部分操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)工具進行卷設(shè)置和管理,并提供工業(yè)標準的PCI和FC接口用于連接主機或者服務(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立電源來保護數(shù)據(jù)安全。

      Jmicron主控(山寨SSD最常用)

      目前SSD市場中充斥著不少廉價的產(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,那個時期其他SSD產(chǎn)品價格都非常高,玩家對SSD的認知、了解也較少。該款主控芯片推出后,一舉打破了SSD價格居高不下的局面,而且標稱性能也非常唬人: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170MB/s。

      乍一看這個數(shù)據(jù)非常不錯,盡管寫入一般,讀取可是遠遠高于機械硬盤,但是廠商卻沒有公布一個最重要的數(shù)據(jù):前面提到的隨機讀寫性能。該主控由于不支持外部緩存,內(nèi)部緩存只有區(qū)區(qū)16K,導致其性能、壽命都和其價格一樣的低。做為SSD最重要的4KB隨機IOPS數(shù)值,該款SSD的性能只有個位數(shù)。導致實際使用情況則很不理想,大量小文件隨機讀寫的操作甚至遠遠低于普通機械硬盤。由于其設(shè)計上的缺陷,更新固件也無法改善其天生的弊端。當然,廠商心里自然是清楚這一點的,此款產(chǎn)品也沒有推出過提升性能的固件。

      Indilinx主控

      另一家常見的主控廠商Indilinx,這個公司成立僅僅有不到4年的時間,但是其產(chǎn)品性能非常不錯,目前市場上較為常見的主控芯片為IndilinxIDX110(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230MB/s和140MB/s。隨機讀取速度也較低端產(chǎn)品強很多,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,后果還是比較嚴重的。

      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之類的山寨主控強些。

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      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,當時推出的產(chǎn)品竟然沒有支持對MLCSSD來說最重要的TRIM技術(shù),導致其壽命大打折扣,帶起發(fā)現(xiàn)自己的錯誤為時已晚,不久后便被Indilinx后來居上,至今難以反超。

      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,這家半導體業(yè)的統(tǒng)治者擁有無比強大的技術(shù)實力。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,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,實際性能也非常強大。

      Intel的產(chǎn)品持續(xù)讀取和隨機讀寫性能都在業(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。不過在這對于實際使用影響不是很大,可以看出Intel在產(chǎn)品的設(shè)計方面是非常嚴謹、務(wù)實的,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PC29AS21BAOPostville(Gen2),帶有32MB緩存,隨機4KB讀寫性能超過35000/6000IOPS。并且支持TRIM技術(shù),使得產(chǎn)品壽命得以進一步保證。

      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,其獨有的DualClass技術(shù)將MLCSSD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285MB/s和275MB/s,4KB隨機讀取則理論最高數(shù)值可達50000IOPS,不過民用版本4KB隨機寫入上則進行了限制,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)品時無論性能還是價格都沒有任何優(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,雖然性能無比強大,但是其價格則遠非一般個人用戶所能接受。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)點:

      1.啟動快,沒有電機加速旋轉(zhuǎn)的過程。

      2.不用磁頭,快速隨機讀取,讀取延遲小。

      3.相對固定的讀取時間,由于尋址時間與數(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:

      1.成本高,每單位容量價格是傳統(tǒng)硬盤的5-10倍(基于閃存),甚至200-300倍(基于DRAM)。

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      2.寫入壽命有限(基于閃存)。

      3.數(shù)據(jù)損壞后難以恢復。

      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。

      在2010年期間,固態(tài)硬盤開始被各大廠商重點關(guān)注,不過價格依舊較貴,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)品價格差距很大。

      不過蘋果產(chǎn)品對固態(tài)硬盤的情有獨鐘,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,目前消費級SSD還無法比擬,不過隨著價格的不斷下調(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。

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