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告別小白:固態硬盤內外結構解析

來源:網絡整理 2016-06-13 0人評論
  固態硬盤(Solid State Drive),簡稱固態盤(SSD),是用固態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。區別于機械硬盤由磁盤、磁頭等機械部件構成,整個固態硬盤結構無機械裝置,全部是由電子芯片及電路板組成。

  根據固態硬盤的定義,我們可以知道固態硬盤的內部結構,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。

告別小白:固態硬盤內外結構解析

  固態硬盤大腦:主控芯片

  正如同CPU之于PC一樣,主控芯片其實也和CPU一樣,是整個固態硬盤的核心器件,其作用一是合理調配數據在各個閃存芯片上的負荷,二則是承擔了整個數據中轉,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,在數據處理能力、算法上,對閃存芯片的讀取寫入控制上會有非常大的不同,直接會導致固態硬盤產品在性能上產生很大的差距。

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  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、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據信息)的存儲器,數據刪除不是以單個的字節為單位而是以固定的區塊為單位。

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  固態硬盤中閃存顆粒占據大部分比重

  在固態硬盤中,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據,被大范圍運用。

  根據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別。

  SLC(單層式存儲),單層電子結構,寫入數據時電壓變化區間小,壽命長,讀寫次數在10萬次以上,造價高,多用于企業級高端產品。

  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,讀寫次數在1000~2000左右,是當下主流廠商首選閃存顆粒。

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  海力士16nm TLC閃存顆粒

  當前,固態硬盤市場中,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。

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  東芝閃存顆粒

  由于閃存顆粒是固態硬盤中的核心器件,也是主要的存儲單元,因而它的制造成本占據了整個產品的70%以上的比重,極端一點說,選擇固態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。

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  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。

  由于固態硬盤內部的磨損機制,就導致固態硬盤在讀寫小文件和常用文件時,會不斷進行數據的整塊的寫入緩存,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硬盤在用了一段時間后,開始掉速。

  當前,緩存芯片市場規模不算太大,主流的廠商基本也集中在南亞、三星、金士頓等。根據最新消息,無外置緩存的固態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硬盤的表現如何,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,構成了固態硬盤的整體形態。我們在選購固態硬盤或是評價固態硬盤的時候,可以從這三者出發,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。

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