固態(tài)硬盤(Solid State Drives),簡(jiǎn)稱固盤,固態(tài)硬盤(Solid State Drive)用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列而制成的硬盤,由控制單元和存儲(chǔ)單元(FLASH芯片、DRAM芯片)組成。固態(tài)硬盤在接口的規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的完全相同,在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致。被廣泛應(yīng)用于軍事、車載、工控、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)終端、電力、醫(yī)療、航空、導(dǎo)航設(shè)備等領(lǐng)域。
其芯片的工作溫度范圍很寬,商規(guī)產(chǎn)品(0~70℃)工規(guī)產(chǎn)品(-40~85℃)。雖然成本較高,但也正在逐漸普及到DIY市場(chǎng)。由于固態(tài)硬盤技術(shù)與傳統(tǒng)硬盤技術(shù)不同,所以產(chǎn)生了不少新興的存儲(chǔ)器廠商。廠商只需購買NAND存儲(chǔ)器,再配合適當(dāng)?shù)目刂菩酒?,就可以制造固態(tài)硬盤了。新一代的固態(tài)硬盤普遍采用SATA-2接口、SATA-3接口、SAS接口、MSATA接口、PCI-E接口、NGFF接口、CFast接口和SFF-8639接口。
SSD固態(tài)硬盤分類
分類方式:
固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)介質(zhì)分為兩種,一種是采用閃存(FLASH芯片)作為存儲(chǔ)介質(zhì),另外一種是采用DRAM作為存儲(chǔ)介質(zhì)。基于閃存類:基于閃存的固態(tài)硬盤(IDEFLASH DISK、Serial ATA Flash Disk):采用FLASH芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì),這也是通常所說的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(chǔ)卡、U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(dòng),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,適合于個(gè)人用戶使用。一般它擦寫次數(shù)普遍為3000次左右,以常用的64G為例,在SSD的平衡寫入機(jī)理下,可擦寫的總數(shù)據(jù)量為64G X 3000 = 192000G,假如你是個(gè)變態(tài)視頻王每天喜歡下載視頻看完就刪每天下載100G的話,可用天數(shù)為192000 / 100 = 1920,也就是 1920 / 366 = 5.25 年。如果你只是普通用戶每天寫入的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)低于10G,就拿10G來算,可以不間斷用52.5年,再如果你用的是128G的SSD的話,可以不間斷用104年!這什么概念?它像普通硬盤HDD一樣,理論上可以無限讀寫,
云儲(chǔ)固態(tài)硬盤 基于DRAM類:
基于DRAM的固態(tài)硬盤:采用DRAM作為存儲(chǔ)介質(zhì),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(chǔ)器,而且使用壽命很長(zhǎng),美中不足的是需要獨(dú)立電源來保護(hù)數(shù)據(jù)安全。DRAM固態(tài)硬盤屬于比較非主流的設(shè)備。
SSD固態(tài)硬盤發(fā)展歷程
1956年,IBM公司發(fā)明了世界上第一塊硬盤。
1968年,IBM重新提出“溫徹斯特”(Winchester)技術(shù)的可行性,奠定了硬盤發(fā)展方向。
1970年,StorageTek公司(Sun StorageTek)開發(fā)了第一個(gè)固態(tài)硬盤驅(qū)動(dòng)器。
1989年,世界上第一款固態(tài)硬盤出現(xiàn)。
2006年3月,三星率先發(fā)布一款32GB容量的固態(tài)硬盤筆記本電腦,
2007年1月,SanDisk公司發(fā)布了1.8寸32GB固態(tài)硬盤產(chǎn)品,3月又發(fā)布了2.5寸32GB型號(hào)。
2007年6月,東芝推出了其第一款120GB固態(tài)硬盤筆記本電腦。
2008年9月,憶正MemoRight SSD的正式發(fā)布,標(biāo)志著中國(guó)企業(yè)加速進(jìn)軍固態(tài)硬盤行業(yè)。
2009年,SSD井噴式發(fā)展,各大廠商蜂擁而來,存儲(chǔ)虛擬化正式走入新階段。
2010年2月,鎂光發(fā)布了全球首款SATA 6Gbps接口固態(tài)硬盤,突破了SATAII接口300MB/s的讀寫速度。
2010年底,瑞耐斯Renice推出全球第一款高性能mSATA固態(tài)硬盤并獲取專利權(quán)。
2012年,蘋果公司在筆記本電腦上應(yīng)用容量為512G的固態(tài)硬盤。
2015年8月1日,特科芯推出了首款Type-C接口的移動(dòng)固態(tài)硬盤。該款SSD提供了最新的Type-C接口,支持USB接口雙面插入。
2016年1月1日,中國(guó)存儲(chǔ)廠商特科芯發(fā)布了全球首款Type-C指紋加密SSD。
SSD固態(tài)硬盤基本結(jié)構(gòu)
基于閃存的固態(tài)硬盤是固態(tài)硬盤的主要類別,其內(nèi)部構(gòu)造十分簡(jiǎn)單,固態(tài)硬盤內(nèi)主體其實(shí)就是一塊PCB板,而這塊PCB板上最基本的配件就是控制芯片,緩存芯片(部分低端硬盤無緩存芯片)和用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的閃存芯片。
市面上比較常見的固態(tài)硬盤有LSISandForce、Indilinx、JMicron、Marvell、Phison、Goldendisk、Samsung以及Intel等多種主控芯片。主控芯片是固態(tài)硬盤的大腦,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(duì)閃存芯片的讀取寫入控制上會(huì)有非常大的不同,直接會(huì)導(dǎo)致固態(tài)硬盤產(chǎn)品在性能上差距高達(dá)數(shù)十倍。
主控芯片
PC29AS21AA0、PC29AS21BA0 | Intel 320 Series G3(80G) | 是 | |
SandForce | SF-1500/SF-1200、SF-2000系列 | OCZ Agility3、威剛 S511/S510、ShineDisk | 否 |
LSISandForce | SF-2141、SF-2241和SF-2281 SF-2200/2100系列 | 威剛SP900、金士頓HyperX 系列、ShineDisk | 否 |
JMicron | JMF602、JMF612、JMF618、JMF667H、Heracles | 威剛 SP600、ShineDisk、金士頓的SSD Now V系列、影馳系列 | 否 |
88SS9174-BJP2、88SS9174-BKK2 | Intel的510系列、<>鎂光C400、浦科特 PX-128M2S、威剛 SP920/SP910 | 否 | |
Indilinx | IDX110M00-LC、IDX110M01-LC | SOLIDATA K5-64Me | 否 |
S3C49RBX01-YH80、S3C29RBB01-YK40 | 三星 SLC 3.5 100GB | 是 | |
TC58NCF602GAT、TC58NCF618GBT、T6UG1XBG | 東芝(TOSHIBA) Q系列 | 是 | |
Goldendisk | GDSA25、GDMSA、GDCFA,GDSAI | 云存科技 SLC 2.5 60GB | 否 |
慧榮 | SM2242,SM2244,SM2246 SM2235 | 金固德KINGOOD 8G 16G 32G 64G 128G系列 | |
Novel Data Solution | NDS334F | NDS334 系列 | 是 |
特科芯 | PER820系列 、PER860系列 | 特科芯per820 、特科芯PER860 [2] | 否 |
緩存芯片
主控芯片旁邊是緩存芯片,固態(tài)硬盤和傳統(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。這里需要注意的是,有一些廉價(jià)固態(tài)硬盤方案為了節(jié)省成本,省去了這塊緩存芯片,這樣對(duì)于使用時(shí)的性能會(huì)有一定的影響。[4]
閃存芯片
除了主控芯片和緩存芯片以外,PCB板上其余的大部分位置都是NAND Flash閃存芯片了。NAND Flash閃存芯片又分為SLC(單層單元)MLC(多層單元)以及TLC(三層單元)NAND閃存。[4]
SSD固態(tài)硬盤對(duì)比傳統(tǒng)硬盤
固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤幾近相同,外形和尺寸也基本與普通的 2.5英寸硬盤一致。
固態(tài)硬盤具有傳統(tǒng)機(jī)械硬盤不具備的快速讀寫、質(zhì)量輕、能耗低以及體積小等特點(diǎn),同時(shí)其劣勢(shì)也較為明顯。盡管IDC認(rèn)為SSD已經(jīng)進(jìn)入存儲(chǔ)市場(chǎng)的主流行列,但其價(jià)格仍較為昂貴,容量較低,一旦硬件損壞,數(shù)據(jù)較難恢復(fù)等;并且亦有人認(rèn)為固態(tài)硬盤的耐用性(壽命)相對(duì)較短。
影響固態(tài)硬盤性能的幾個(gè)因素主要是:主控芯片、NAND閃存介質(zhì)和固件。在上述條件相同的情況下,采用何種接口也可能會(huì)影響SSD的性能。
主流的接口是SATA(包括3Gb/s和6Gb/s兩種)接口,亦有PCIe 3.0接口的SSD問世。
由于SSD與普通磁盤的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)讀寫原理的不同,使得其內(nèi)部的構(gòu)造亦有很大的不同。一般而言,固態(tài)硬盤(SSD)的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,并且也可拆開;所以我們通??吹降挠嘘P(guān)SSD性能評(píng)測(cè)的文章之中大多附有SSD的內(nèi)部拆卸圖。
而反觀普通的機(jī)械磁盤,其數(shù)據(jù)讀寫是靠盤片的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣流來托起磁頭,使得磁頭無限接近盤片,而又不接觸,并由步進(jìn)電機(jī)來推動(dòng)磁頭進(jìn)行換道數(shù)據(jù)讀取。所以其內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)較為復(fù)雜,也較為精密,一般情況下不允許拆卸。一旦人為拆卸,極有可能造成損害,磁盤無法正常工作。這也是為何在對(duì)磁盤進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí),我們基本看不到關(guān)于磁盤拆卸圖的原因。
SSD固態(tài)硬盤優(yōu)點(diǎn)
讀寫速度快:采用閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì),讀取速度相對(duì)機(jī)械硬盤更快。固態(tài)硬盤不用磁頭,尋道時(shí)間幾乎為0。持續(xù)寫入的速度非常驚人,固態(tài)硬盤廠商大多會(huì)宣稱自家的固態(tài)硬盤持續(xù)讀寫速度超過了500MB/s!固態(tài)硬盤的快絕不僅僅體現(xiàn)在持續(xù)讀寫上,隨機(jī)讀寫速度快才是固態(tài)硬盤的終極奧義,這最直接體現(xiàn)在絕大部分的日常操作中。與之相關(guān)的還有極低的存取時(shí)間,最常見的7200轉(zhuǎn)機(jī)械硬盤的尋道時(shí)間一般為12-14毫秒,而固態(tài)硬盤可以輕易達(dá)到0.1毫秒甚至更低。
防震抗摔性:傳統(tǒng)硬盤都是磁碟型的,數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在磁碟扇區(qū)里。而固態(tài)硬盤是使用閃存顆粒(即mp3、U盤等存儲(chǔ)介質(zhì))制作而成,所以SSD固態(tài)硬盤內(nèi)部不存在任何機(jī)械部件,這樣即使在高速移動(dòng)甚至伴隨翻轉(zhuǎn)傾斜的情況下也不會(huì)影響到正常使用,而且在發(fā)生碰撞和震蕩時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)丟失的可能性降到最小。相較傳統(tǒng)硬盤,固態(tài)硬盤占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
低功耗:固態(tài)硬盤的功耗上要低于傳統(tǒng)硬盤。
無噪音:固態(tài)硬盤沒有機(jī)械馬達(dá)和風(fēng)扇,工作時(shí)噪音值為0分貝?;陂W存的固態(tài)硬盤在工作狀態(tài)下能耗和發(fā)熱量較低(但高端或大容量產(chǎn)品能耗會(huì)較高)。內(nèi)部不存在任何機(jī)械活動(dòng)部件,不會(huì)發(fā)生機(jī)械故障,也不怕碰撞、沖擊、振動(dòng)。由于固態(tài)硬盤采用無機(jī)械部件的閃存芯片,所以具有了發(fā)熱量小、散熱快等特點(diǎn)。
工作溫度范圍大:典型的硬盤驅(qū)動(dòng)器只能在5到55攝氏度范圍內(nèi)工作。而大多數(shù)固態(tài)硬盤可在-10~70攝氏度工作。固態(tài)硬盤比同容量機(jī)械硬盤體積小、重量輕。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的相同,在產(chǎn)品外形和尺寸上也與普通硬盤一致。其芯片的工作溫度范圍很寬(-40~85攝氏度)。
輕便:固態(tài)硬盤在重量方面更輕,與常規(guī)1.8英寸硬盤相比,重量輕20-30克。
SSD固態(tài)硬盤缺點(diǎn)
容量:固態(tài)硬盤最大容量?jī)H為4TB,由閃迪(SanDisk)發(fā)布的Optimus MAX(擎天柱)[7]
壽命限制:固態(tài)硬盤閃存具有擦寫次數(shù)限制的問題,這也是許多人詬病其壽命短的所在。閃存完全擦寫一次叫做1次P/E,因此閃存的壽命就以P/E作單位。34nm的閃存芯片壽命約是5000次P/E,而25nm的壽命約是3000次P/E。隨著SSD固件算法的提升,新款SSD都能提供更少的不必要寫入量。一款120G的固態(tài)硬盤,要寫入120G的文件才算做一次P/E。普通用戶正常使用,即使每天寫入50G,平均2天完成一次P/E,3000個(gè)P/E能用20年,到那時(shí)候,固態(tài)硬盤早就被替換成更先進(jìn)的設(shè)備了(在實(shí)際使用中,用戶更多的操作是隨機(jī)寫,而不是連續(xù)寫,所以在使用壽命內(nèi),出現(xiàn)壞道的機(jī)率會(huì)更高)。另外,雖然固態(tài)硬盤的每個(gè)扇區(qū)可以重復(fù)擦寫100000次(SLC),但某些應(yīng)用,如操作系統(tǒng)的LOG記錄等,可能會(huì)對(duì)某一扇區(qū)進(jìn)行多次反復(fù)讀寫,而這種情況下,固態(tài)硬盤的實(shí)際壽命還未經(jīng)考驗(yàn)。不過通過均衡算法對(duì)存儲(chǔ)單元的管理,其預(yù)期壽命會(huì)延長(zhǎng)。SLC有10萬次的寫入壽命,成本較低的MLC,寫入壽命僅有1萬次,而廉價(jià)的TLC閃存則更是只有可憐的500-1000次。
售價(jià)高:市場(chǎng)上的128GB 固態(tài)硬盤產(chǎn)品的價(jià)格大約在在550元人民幣左右,而256GB的產(chǎn)品價(jià)格大約在950元人民幣(2014年價(jià)格)左右。計(jì)算下來,每GB價(jià)格在4.2元人民幣(2014年價(jià)格)左右,依然比傳統(tǒng)機(jī)械硬盤每 GB 0.3元人民幣(2014年價(jià)格)的價(jià)格高出了十幾倍。市場(chǎng)上128GB MLC(多層單元)固態(tài)硬盤,一般價(jià)格為550元(2014年)左右,部分較型號(hào)甚至達(dá)到750元左右。而這個(gè)價(jià)錢足夠買一個(gè)容量3TB的傳統(tǒng)硬盤了。128GB SLC(單層單元)固態(tài)硬盤價(jià)格則高達(dá)2000元以上.
SSD固態(tài)硬盤正確使用與保養(yǎng)
對(duì)于固態(tài)硬盤的使用和保養(yǎng),最重要的一條就是:在機(jī)械硬盤時(shí)代養(yǎng)成的“良好習(xí)慣”,未必適合固態(tài)硬盤。
一、不要使用碎片整理
碎片整理是對(duì)付機(jī)械硬盤變慢的一個(gè)好方法,但對(duì)于固態(tài)硬盤來說這完全就是一種“折磨”。
消費(fèi)級(jí)固態(tài)硬盤的擦寫次數(shù)是有限制,碎片整理會(huì)大大減少固態(tài)硬盤的使用壽命。其實(shí),固態(tài)硬盤的垃圾回收機(jī)制就已經(jīng)是一種很好的“磁盤整理”,再多的整理完全沒必要。Windows的“磁盤整理”功能是機(jī)械硬盤時(shí)代的產(chǎn)物,并不適用于SSD。
除此之外,使用固態(tài)硬盤最好禁用win7的預(yù)讀(Superfetch)和快速搜索(Windows Search)功能。這兩個(gè)功能的實(shí)用意義不大,而禁用可以降低硬盤讀寫頻率。
二、小分區(qū) 少分區(qū)
還是由于固態(tài)硬盤的“垃圾回收機(jī)制”。在固態(tài)硬盤上徹底刪除文件,是將無效數(shù)據(jù)所在的整個(gè)區(qū)域摧毀,過程是這樣的:先把區(qū)域內(nèi)有效數(shù)據(jù)集中起來,轉(zhuǎn)移到空閑的位置,然后把“問題區(qū)域”整個(gè)清除。
這一機(jī)制意味著,分區(qū)時(shí)不要把SSD的容量都分滿。例如一塊128G的固態(tài)硬盤,廠商一般會(huì)標(biāo)稱120G,預(yù)留了一部分空間。但如果在分區(qū)的時(shí)候只分100G,留出更多空間,固態(tài)硬盤的性能表現(xiàn)會(huì)更好。這些保留空間會(huì)被自動(dòng)用于固態(tài)硬盤內(nèi)部的優(yōu)化操作,如磨損平衡、垃圾回收和壞塊映射。這種做法被稱之為“小分區(qū)”。
“少分區(qū)”則是另外一種概念,關(guān)系到“4k對(duì)齊”對(duì)固態(tài)硬盤的影響。一方面主流SSD容量都不是很大,分區(qū)越多意味著浪費(fèi)的空間越多,另一方面分區(qū)太多容易導(dǎo)致分區(qū)錯(cuò)位,在分區(qū)邊界的磁盤區(qū)域性能可能受到影響。最簡(jiǎn)單地保持“4k對(duì)齊”的方法就是用Win7自帶的分區(qū)工具進(jìn)行分區(qū),這樣能保證分出來的區(qū)域都是4K對(duì)齊的。
三、保留足夠剩余空間
固態(tài)硬盤存儲(chǔ)越多性能越慢。而如果某個(gè)分區(qū)長(zhǎng)期處于使用量超過90%的狀態(tài),固態(tài)硬盤崩潰的可能性將大大增加。
所以及時(shí)清理無用的文件,設(shè)置合適的虛擬內(nèi)存大小,將電影音樂等大文件存放到機(jī)械硬盤非常重要,必須讓固態(tài)硬盤分區(qū)保留足夠的剩余空間。
四、及時(shí)刷新固件
“固件”好比主板上的BIOS,控制固態(tài)硬盤一切內(nèi)部操作,不僅直接影響固態(tài)硬盤的性能、穩(wěn)定性,也會(huì)影響到壽命。優(yōu)秀的固件包含先進(jìn)的算法能減少固態(tài)硬盤不必要的寫入,從而減少閃存芯片的磨損,維持性能的同時(shí)也延長(zhǎng)了固態(tài)硬盤的壽命。因此及時(shí)更新官方發(fā)布的最新固件顯得十分重要。不僅能提升性能和穩(wěn)定性,還可以修復(fù)之前出現(xiàn)的bug。
五、學(xué)會(huì)使用恢復(fù)指令
固態(tài)硬盤的Trim重置指令可以把性能完全恢復(fù)到出廠狀態(tài)。但不建議過多使用,因?yàn)閷?duì)固態(tài)硬盤來說,每做一次Trim重置就相當(dāng)于完成了一次完整的擦寫操作,對(duì)磁盤壽命會(huì)有影響。
隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,人們對(duì)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)需求也在不斷提升,現(xiàn)在多家存儲(chǔ)廠商推出了自己的便攜式固態(tài)硬盤,更有支持Type-C接口的移動(dòng)固態(tài)硬盤和支持指紋識(shí)別的固態(tài)硬盤推出。
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