避免被坑:固态硬盘内外结构解析

既然要讲固态硬盘的结构,那么我们先得明确到底固态硬盘是什么。固态硬盘(Solid State Drive, SSD),简称固盘,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。

避免被坑:固态硬盘内外结构全解析

▲固态硬盘全貌

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,那么接下来,我们逐一来看。

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。

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▲慧荣主控

当前主流的主控芯片厂商有 marvell 迈威(俗称“马牌”)、SandForce、siliconmotion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siliconmotion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。

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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。

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海力士16nm TLC闪存颗粒

当前,固态硬盘市场中,主流的闪存颗粒厂商主要有toshiba东芝、samsung三星、Intel英特尔、micron美光、skhynix海力士、sandisk闪迪等

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东芝闪存颗粒

由于闪存颗粒是固态硬盘中的核心器件,也是主要的存储单元,因而它的制造成本占据了整个产品的70%以上的比重,极端一点说,选择固态硬盘实际上就是在选择闪存颗粒。

锦上添花:缓存芯片

缓存芯片,是固态硬盘三大件中,最容易被人忽视的一块,也是厂商最不愿意投入的一块。和主控芯片、闪存颗粒相比,缓存芯片的作用确实没有那么明显,在用户群体的认知度也没有那么深入,相应的就无法以此为噱头进行鼓吹。

避免被坑:固态硬盘内外结构全解析

南亚缓存

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如sandforce2281 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。


来源:  http://www.ithome.com/html/digi/232736.htm

网友评论:

寂静_梦Smartisan T2  湖南邵阳 2016-6-12 20:30:24

刚刚过来,我又来科普来了…
固态硬盘大体上分两类
以2.5寸盘,就是长得像笔记本机械硬盘一样的sata接口的固态,和以pci-e,就是长得像显卡那样的固态。
诶,你说msata和ngff还有m2?
msata就是sata的小型化,接口的速度其实是一样的,都是sata3.0,理论最大传输速度是750,好像还有个损耗,算下之后,最大传输速度是600m/s左右,这也就是为啥固态的读写官方只敢标500m/s多点。
m2是pci-e的小型化,本质和那个是一样的,但是由于pci-e先天带宽优势,那种牛逼的飞起的固态基本上就是这个接口的。简化的m2虽然差很多,但是也是很牛逼的存在比sata的快。
这里说下ngff,这个有点奇葩就是接口和m2的相同,但是走的确是sata的带宽…也就是披着m2的msata。
听说现在出了m2的sata的盘,这不就是ngff么,我自己也迷糊了。
最后,土豪有钱就上pci-e,再差也快的飞起!
TLC MLC SLC,没特殊要求的直接TLC,省钱又大空间!看文章就知道了。至于寿命,所谓的1000次就是硬盘大小乘次数等于最大写入寿命。128G的写入寿命是119TB左右,119TB是什么概念,就是下2G的车牌可以下5.9万部!所以寿命不用太担心。
有啥问题也可以用直接问咯,懂的一定解答。

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