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认识固态:SSD硬盘内外结构解析

固态硬盘(Solid State Drive),简称固态盘(SSD),是用固 态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制 单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)以及缓存单元组成。区别于 机械硬盘由磁盘、磁头等机械部件构成,整个固 态硬盘结构无机械装置,全部是 由电子芯片及电路板组成。

根据固态硬盘的定义,我们可 以知道固态硬盘的内部结构,其实就 是由三大块主控芯片、闪存颗粒、缓存单元构成。

固态硬盘大脑:主控芯片

正如同CPU之于PC一样,主控芯片其实也和CPU一样,是整个 固态硬盘的核心器件,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、算法上,对闪存 芯片的读取写入控制上会有非常大的不同,直接会 导致固态硬盘产品在性能上产生很大的差距。

慧荣主控

当前主 流的主控芯片厂商有Marvell(俗称“马牌”)、SandForce、Silicon Motion慧荣、Phison群联、JMicron智微等,而这几大主控厂商,又都有 着自己的相应特点,应用于 不同层级的固态产品。

以台系厂商慧荣为例,此款主 控芯片主要特点在于能够为固态硬盘厂商提供包括软件和硬件在内的一体化主控方案,包括主控芯片、电路板以及存储单元,能够极 大的提升产品的更新速度和使用寿命,并且不 存在兼容等问题。

核心器件:闪存颗粒单元

作为硬盘,存储单 元绝对是核心器件。在固态硬盘里面,闪存颗 粒则替代了机械磁盘成为了存储单元。

闪存(Flash Memory)本质上 是一种长寿命的非易失性(在断电 情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器,数据删 除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位。

固态硬 盘中闪存颗粒占据大部分比重

在固态硬盘中,NAND闪存因 其具有非易失性存储的特性,即断电 后仍能保存数据,被大范围运用。

根据NAND闪存中 电子单元密度的差异,又可以分为SLC(单层次存储单元)、MLC(双层存储单元)以及TLC(三层存储单元),此三种 存储单元在寿命以及造价上有着明显的区别。

SLC(单层式存储),单层电子结构,写入数 据时电压变化区间小,寿命长,读写次数在10万次以上,造价高,多用于 企业级高端产品。

MLC(多层式存储),使用高 低电压的而不同构建的双层电子结构,寿命长,造价可接受,多用民用高端产品,读写次数在5000左右。

TLC(三层式存储),是MLC闪存延伸,TLC达到3bit/cell。存储密度最高,容量是MLC的1.5倍。 造价成本最低, 使命寿命低,读写次数在1000~2000左右,是当下 主流厂商首选闪存颗粒。

实际上,缓存芯 片的存在意义还是有的,特别是 在进行常用文件的随机性读写上,以及碎 片文件的快速读写上。

由于固 态硬盘内部的磨损机制,就导致 固态硬盘在读写小文件和常用文件时,会不断 进行数据的整块的写入缓存,然而导出到闪存颗粒,这个过 程需要大量缓存维系。特别是 在进行大数量级的碎片文件的读写进程,高缓存 的作用更是明显。

这也解 释了为什么没有缓存芯片的固态硬盘在用了一段时间后,开始掉速。

当前,缓存芯 片市场规模不算太大,主流的 厂商基本也集中在南亚、三星、金士顿等。根据最新消息,无外置 缓存的固态硬盘产品将于不久后问世,虽然很早之前就有诸SandForce SF2281自带缓存主控产品,但是市 场反响却差强人意,不知道 最新的无外置缓存的固态硬盘的表现如何,也请大家拭目以待。

主控芯片、闪存颗粒、缓存芯片,这三者 有机的结合在一块PCB板上,构成了 固态硬盘的整体形态。我们在 选购固态硬盘或是评价固态硬盘的时候,可以从这三者出发,进行产品性能的预估,避免被 有些商贩鼓吹的高速读写,蒙蔽双眼。

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