固態(tài)硬盤(Solid State Drive),簡稱固態(tài)盤(SSD),是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤,由控制單元和存儲單元(FLASH芯片、DRAM芯片)以及緩存單元組成。區(qū)別于機械硬盤由磁盤、磁頭等機械部件構成,整個固態(tài)硬盤結構無機械裝置,全部是由電子芯片及電路板組成。
根據(jù)固態(tài)硬盤的定義,我們可以知道固態(tài)硬盤的內部結構,其實就是由三大塊主控芯片、閃存顆粒、緩存單元構成。接下來,我們逐一來看。
固態(tài)硬盤大腦:主控芯片
正如同CPU之于PC一樣,主控芯片其實也和CPU一樣,是整個固態(tài)硬盤的核心器件,其作用一是合理調配數(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,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、算法上,對閃存芯片的讀取寫入控制上會有非常大的不同,直接會導致固態(tài)硬盤產品在性能上產生很大的差距。
慧榮主控
當前主流的主控芯片廠商有Marvell(俗稱“馬牌”)、SandForce、Silicon Motion慧榮、Phison群聯(lián)、JMicron智微等,而這幾大主控廠商,又都有著自己的相應特點,應用于不同層級的固態(tài)產品。
以臺系廠商慧榮為例,此款主控芯片主要特點在于能夠為固態(tài)硬盤廠商提供包括軟件和硬件在內的一體化主控方案,包括主控芯片、電路板以及存儲單元,能夠極大的提升產品的更新速度和使用壽命,并且不存在兼容等問題。
核心器件:閃存顆粒單元
作為硬盤,存儲單元絕對是核心器件。在固態(tài)硬盤里面,閃存顆粒則替代了機械磁盤成為了存儲單元。
閃存(Flash Memory)本質上是一種長壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息)的存儲器,數(shù)據(jù)刪除不是以單個的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位。
固態(tài)硬盤中閃存顆粒占據(jù)大部分比重
在固態(tài)硬盤中,NAND閃存因其具有非易失性存儲的特性,即斷電后仍能保存數(shù)據(jù),被大范圍運用。
根據(jù)NAND閃存中電子單元密度的差異,又可以分為SLC(單層次存儲單元)、MLC(雙層存儲單元)以及TLC(三層存儲單元),此三種存儲單元在壽命以及造價上有著明顯的區(qū)別。
SLC(單層式存儲),單層電子結構,寫入數(shù)據(jù)時電壓變化區(qū)間小,壽命長,讀寫次數(shù)在10萬次以上,造價高,多用于企業(yè)級高端產品。
MLC(多層式存儲),使用高低電壓的而不同構建的雙層電子結構,壽命長,造價可接受,多用民用高端產品,讀寫次數(shù)在5000左右。
TLC(三層式存儲),是MLC閃存延伸,TLC達到3bit/cell。存儲密度最高,容量是MLC的1.5倍。 造價成本最低, 使命壽命低,讀寫次數(shù)在1000~2000左右,是當下主流廠商首選閃存顆粒。
海力士16nm TLC閃存顆粒
當前,固態(tài)硬盤市場中,主流的閃存顆粒廠商主要有Toshiba東芝、Samsung三星、Intel英特爾、Micron美光、SKHynix海力士、Sandisk閃迪等。
東芝閃存顆粒
由于閃存顆粒是固態(tài)硬盤中的核心器件,也是主要的存儲單元,因而它的制造成本占據(jù)了整個產品的70%以上的比重,極端一點說,選擇固態(tài)硬盤實際上就是在選擇閃存顆粒。
錦上添花:緩存芯片
緩存芯片,是固態(tài)硬盤三大件中,最容易被人忽視的一塊,也是廠商最不愿意投入的一塊。和主控芯片、閃存顆粒相比,緩存芯片的作用確實沒有那么明顯,在用戶群體的認知度也沒有那么深入,相應的就無法以此為噱頭進行鼓吹。
南亞緩存
實際上,緩存芯片的存在意義還是有的,特別是在進行常用文件的隨機性讀寫上,以及碎片文件的快速讀寫上。
由于固態(tài)硬盤內部的磨損機制,就導致固態(tài)硬盤在讀寫小文件和常用文件時,會不斷進行數(shù)據(jù)的整塊的寫入緩存,然而導出到閃存顆粒,這個過程需要大量緩存維系。特別是在進行大數(shù)量級的碎片文件的讀寫進程,高緩存的作用更是明顯。
這也解釋了為什么沒有緩存芯片的固態(tài)硬盤在用了一段時間后,開始掉速。
當前,緩存芯片市場規(guī)模不算太大,主流的廠商基本也集中在南亞、三星、金士頓等。根據(jù)最新消息,無外置緩存的固態(tài)硬盤產品將于不久后問世,雖然很早之前就有諸SandForce SF2281自帶緩存主控產品,但是市場反響卻差強人意,不知道最新的無外置緩存的固態(tài)硬盤的表現(xiàn)如何,也請大家拭目以待。
主控芯片、閃存顆粒、緩存芯片,這三者有機的結合在一塊PCB板上,構成了固態(tài)硬盤的整體形態(tài)。我們在選購固態(tài)硬盤或是評價固態(tài)硬盤的時候,可以從這三者出發(fā),進行產品性能的預估,避免被有些商販鼓吹的高速讀寫,蒙蔽雙眼。