聚焦SSD:深入剖析SSD技术!特性全分析

    泡泡网固态硬盘SSD频道6月1日 随着对存储容量及速度要求的不断提高，固态硬盘已经与我们的工作生活紧密联系起来，时至今日，固态硬盘终于有了取代硬盘成为新的存储霸主的趋势，其实硬盘概念的提出要追溯到06年，当时便已经有硬盘厂商提出了固态硬盘的概念，与传统机械硬盘采用磁盘体、磁头、马达等机械零件不同，固态硬盘由控制芯片和存储芯片组成。

    固态硬盘相比传统的机械硬盘，不仅在于它没有磁头，采用快速随机读取，延迟极低，在系统启动及软件运行方面都快速，而且其找到数据的时间几乎等于0,相对传统的机械硬盘的寻道时间来说要快多了，毕竟机械硬盘基本都在10ms以上，多种原因决定了固态硬盘的速度要远高于机械硬盘。

    SSD的构造十分简单，SSD的主体其实就是一块PCB板，而这块PCB板上最基本的部件就是控制芯片，缓存芯片和用于存储数据的闪存芯片，(部分低端型号并没有配有缓存芯片)。

    固态硬盘结构中最重要的就要说主控芯片，它是SSD的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。不同的主控之间能力相差非常大，在数据处理能力，算法，对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致SSD产品在性能上差距高达数十倍。

    主控芯片下方是缓存芯片，SSD作为一块硬盘，本来是和传统硬盘一样，需要高速的缓存芯片辅助主控芯片进行数据处理，不过由于廉价SSD方案为了节省成本，省去了这块DRAM芯片，这么做的后果虽然节省了成本，但是显著加重了主控芯片和每块闪存芯片的负担，在作为普通数据存储盘时候可能影响会不会太大，一旦作为系统盘使用，频繁的零碎文件读取写入，不带缓存方案的SSD产品性能就会急剧下降。

    主控芯片和缓存芯片以外，剩下的大片区域就是NAND FLASH芯片了，目前NAND FLASH主要提供商是三星和intel两家，大部分SSD产品采用了三星的NAND FLASH，intel自己的X18，X25系列则采用了intel的NAND FLASH，NAND FLASH也分为两种，SLC和MLC，其特性和实际性能差距也比较大。

    SSD硬盘与传统的温彻斯特硬盘在工作机制上有着本质的不同。首先，传统的温彻斯特是采用金属碟片+磁性材料进行数据记录的。内部主要由马达、磁头、金属碟片、主控电路构成。

    而SSD固态硬盘是采用NAND型Flash颗粒作为存储介质，由控制IC（主控芯片）进行数据的读/写过程协调，内部构造与传统硬盘相比，没有马达、磁片、 因此是真正的“无噪音”的静音硬盘。

    因此 得益于SSD硬盘天生的“无机械构件”数据读取/写入模式，SSD硬盘在数据的读取/写入、突发读取速率等方面均大幅度超过传统硬盘，并且在省电（一般SSD硬盘功耗在2.5W-5W之间），抗震性方面也优于传统硬盘。 

    固态硬盘是由控制单元和固态存储单元（DRAM或FLASH芯片）组成的硬盘.。

    1）、采用FLASH芯片作为存储介质，这也是我们通常所说的SSD。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SSD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，但是使用年限不高，适合于个人用户使用。分为两类：SLC单层单元和MLC多层单元。SLC的特点是成本高、容量小、但是速度快、错率小，而MLC的特点是容量大成本低，但是速度慢、错率高。另外SLC的寿命是MLC的十倍。

    2）、基于DRAM的固态硬盘：采用DRAM作为存储介质，目前应用范围较窄。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。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。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。

● Jmicron主控（山寨SSD最常用）

    目前SSD市场中充斥着不少廉价的产品，最为典型的莫过于台湾厂商Jmicron推出的JMF602芯片，由于其推出较早，那个时期其他SSD产品价格都非常高，玩家对SSD的认知、了解也较少。该款主控芯片推出后，一举打破了SSD价格居高不下的局面，而且标称性能也非常唬人：早期的JMF602A持续读取143MB/s,写入93MB/s,后来改良的602B读取可达170MB/s。

    乍一看这个数据非常不错，尽管写入一般，读取可是远远高于机械硬盘，但是厂商却没有公布一个最重要的数据：前面提到的随机读写性能。该主控由于不支持外部缓存，内部缓存只有区区16K，导致其性能、寿命都和其价格一样的低。做为SSD最重要的4KB随机IOPS数值，该款SSD的性能只有个位数。导致实际使用情况则很不理想，大量小文件随机读写的操作甚至远远低于普通机械硬盘。由于其设计上的缺陷，更新固件也无法改善其天生的弊端。当然，厂商心里自然是清楚这一点的，此款产品也没有推出过提升性能的固件。

● Indilinx主控

    另一家常见的主控厂商Indilinx，这个公司成立仅仅有不到4年的时间，但是其产品性能非常不错，目前市场上较为常见的主控芯片为Indilinx IDX110（Barefoot)，其核心拥有一颗ARM7嵌入式处理器，主频为233MHz，支持16~64MB缓存，带有4条16位闪存通道。其最新版本IDX110M01-LC(ECO)持续读写性能可达230MB/s和140MB/s。随机读取速度也较低端产品强很多，但是与优异产品却存在差距。

    另外，该厂商经常推出更新固件，使得产品稳定性和性能得以不断改良。不过，这也是由于该产品初期固件常常存在各种问题。这也对玩家有一定要求。。。对于不喜欢折腾的人来说，选用这样的产品难免会遇到问题，后果还是比较严重的。

● 三星主控

    三星电子做为存储业的巨头，其在对固态硬盘市场的野心也是不容小视的，其早期推出的产品从主控、颗粒到缓存，全部是自家产品，这样其稳定性非常有保障。

    不过其性能并无过人之处，仅仅是比JMF之类的山寨主控强些。和Intel具有一定差距。并且在MLC渐渐普及之后，其技术更新并没有跟上，当时推出的产品竟然没有支持对MLC SSD来说最重要的TRIM技术，导致其寿命大打折扣，带起发现自己的错误为时已晚，不久后便被Indilinx后来居上，至今难以反超。

● Intel主控

    而目前市场上代表着SSD主控最顶尖水平的，莫过于Intel和SandForce两家。先来介绍一下Intel，这家半导体业的统治者拥有无比强大的技术实力。也许它想做什么都没有做不好的吧。由于其在芯片组南桥的开发过程中积累了丰厚的磁盘控制器经验，其固态硬盘控制器产品异常优秀，算法和固件都很先进，实际性能也非常强大。

    Intel的产品持续读取和随机读写性能都在业内具有领先地位，不过考虑到产品寿命，Intel主控限制了写入速度。不过在这对于实际使用影响不是很大，可以看出Intel在产品的设计方面是非常严谨、务实的，并非是仅仅将好看的数据公布出来忽悠人。目前最新产品为PC29AS21BAO Postville(Gen2)，带有32MB缓存，随机4KB读写性能超过35000/6000 IOPS。并且支持TRIM技术，使得产品寿命得以进一步保证。

● SandForce主控

    SandForce则是目前业内唯一能在SSD技术上与Intel抗衡的企业，尽管其在去年才发布首款SF-1500/SF-1200主控，但是其优秀的性能使其产品已经推出便狂收追捧，其独有的Dual Class技术将MLC SSD的性能和寿命都大幅提高，其企业级产品SF-1500主控可以提供5年质保。

    民用级别SF-1200在消减了部分企业级功能之后，最高读写速度依然可达285MB/s和275MB/s，4KB随机读取则理论最高数值可达50000IOPS，不过民用版本4KB随机写入上则进行了限制，这也是为了寿命考虑。其产品也被各大存储厂商广泛采用。

    除此之外，还有如东芝、Mtron等厂商，由于其产品更新较慢，面对新产品时无论性能还是价格都没有任何优势，只能等待渐渐被淘汰，而想Marvell这样的厂商其旗舰产品则主要面对企业级用户，虽然性能无比强大，但是其价格则远非一般个人用户所能接受。因此，目前民用级别中最好的两种方案就是Intel主控和SandForce主控。

    Marvell 88SS9174控制芯片作为第一家支持SATA6Gbps接口的产品，在去年确实非常火爆，比如Cruial RealSSD C300曾经在高端市场上叱咤风云，甚至被誉为是世界上最好的芯片。  

    现在，Marvell更是仅有两家支持SATA6Gbps的主控中的一家，其88SS9174-BKK2控制器芯片，与美光Crucial的RealSSD C300搭载的88SS9174-BJP2少有不同。88SS9174-BKK2是该芯片的“服务器级”高端版本，最大读取速度达到400MB/s。另外，M2S搭配的是东芝MLC闪存，128MB DDR3缓存，与RealSSD C300也有明显的区别。

    固态硬盘优点：

1.启动快，没有电机加速旋转的过程。
2.不用磁头，快速随机读取，读取延迟小。
3.相对固定的读取时间，由于寻址时间与数据存储位置无关，因此磁盘碎片不会影响读取时间。
4.基于DRAM的固态硬盘写入速度极快。
5.无噪音。
6.发热量低。
7.体积小，重量轻

    固态硬盘缺点：

1.成本高，每单位容量价格是传统硬盘的5-10倍（基于闪存），甚至200-300倍（基于DRAM）。
2.写入寿命有限（基于闪存）。
3.数据损坏后难以恢复。
4.使用固态硬盘的笔记本电脑在电池续航方面不如使用5400转的传统硬盘笔记本电脑。

    在2010年期间，固态硬盘开始被各大厂商重点关注，不过价格依旧较贵，适用人群不大，也有部分厂商推出了低端产品，主要意在让更多玩家试用，与中高端产品价格差距很大。

    不过苹果产品对固态硬盘的情有独钟，让固态硬盘有了很大发展，苹果的笔记本电脑、iPad等均采用固态硬盘做存储，其销量之高也带动了SSD的销量。轻薄节能的特性很适合目前市场需要，所以SSD的未来更被看好了。

    对于硬盘的大容量，目前消费级SSD还无法比拟，不过随着价格的不断下调，容量的不断攀升，毕竟目前25nm、20nm的工艺制程SSD芯片已经研发推出，成本方面还将不断降低，固态硬盘取代硬盘成为存储主宰的日子不会太遥远。■<