取代HDD成趋势?SSD技术特性完全分析

2011-06-02 19:51:51来源: PCPOP

固态硬盘简介

  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)。

固态硬盘结构与原理

  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。

固态硬盘与硬盘工作原理差异

  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。

固态硬盘分类

  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。

常见固态硬盘主控芯片:Jmicron主控

  ● 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。

常见固态硬盘主控芯片:Indilinx主控

  ● 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,但是与顶级产品却存在差距。

  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。

常见固态硬盘主控芯片:三星主控

  ● 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。

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关键字:固态硬盘  HDD  SSD

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2011/0602/article_2740.html
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