SSD是什么意思？

SSD(固態(tài)驅(qū)動器)是一種非易失性存儲介質(zhì)，可將固態(tài)閃存存儲在固態(tài)閃存中。構(gòu)成 SSD 的兩個關(guān)鍵組件是：閃存控制器和 NAND 閃存芯片。SSD 控制器的架構(gòu)配置經(jīng)過優(yōu)化，可為順序和隨機(jī)數(shù)據(jù)請求提供高讀寫性能。SSD 有時被稱為閃存驅(qū)動器或固態(tài)磁盤。

與硬盤驅(qū)動器(HDD)不同，SSD 沒有移動部件可以斷開或旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的硬盤驅(qū)動器由一個旋轉(zhuǎn)磁盤組成，該磁盤在稱為執(zhí)行器的機(jī)械臂上具有讀/寫頭。HDD 機(jī)制和硬盤封裝為集成單元。盡管 SSD 現(xiàn)在在臺式機(jī)和筆記本電腦中很常見，但由于其較低的單位成本和較高的平均耐久性，企業(yè)和計(jì)算機(jī)制造商歷來使用旋轉(zhuǎn)磁盤。

旋轉(zhuǎn)的 HDD 以磁性方式讀取和寫入數(shù)據(jù)，這是連續(xù)使用中最古老的存儲介質(zhì)之一。然而，磁性能會導(dǎo)致機(jī)械故障。相反，SSD 將數(shù)據(jù)讀取和寫入互連閃存芯片的基板，互連閃存芯片由硅制成。制造商通過在網(wǎng)格中堆疊芯片來實(shí)現(xiàn) SSD，以實(shí)現(xiàn)不同的密度。

為了防止波動，SSD 制造商設(shè)計(jì)具有浮柵晶體管(FGR)的器件來保持電荷。這允許 SSD 即使在未連接到電源時也能保留存儲的數(shù)據(jù)。每個 FGR 包含一位數(shù)據(jù)，如果充電電池指定為 1，或者如果電池沒有電荷則指定為 0。

SSD 歷史

 

最早的固態(tài)硬盤通常是為消費(fèi)類設(shè)備設(shè)計(jì)的。2005 年 Apple iPod 的首次亮相標(biāo)志著第一款廣泛應(yīng)用于消費(fèi)市場的基于閃存的閃存設(shè)備。

EMC(現(xiàn)稱為戴爾 EMC)在 2008 年將其技術(shù)添加到 Symmetrix 磁盤陣列時成為第一家將 SSD 納入企業(yè)存儲硬件的供應(yīng)商。這催生了混合閃存陣列的出現(xiàn)，這些陣列結(jié)合了閃存驅(qū)動器和硬盤驅(qū)動器。在大多數(shù)情況下，混合陣列中的企業(yè)級 SSD 用于緩存閃存中的讀取。這是因?yàn)榕c HDD 相比，SSD 的成本更高，耐用性更低。

最早的商業(yè)設(shè)計(jì) SSD 采用企業(yè)級多級單元(企業(yè) MLC)閃存技術(shù)制造，與消費(fèi)級 MLC 相比，它具有更強(qiáng)的寫入周期。正在推出使用三級單元(TLC)的新型企業(yè)級 SSD 。采用 3D NAND 制造的 SSD 代表著下一步的發(fā)展。IBM，三星和東芝已經(jīng)生產(chǎn)并銷售了具有 3D NAND 的 SSD，其中閃存單元在垂直層中彼此堆疊在一起。東芝在 2017 年出售其閃存芯片業(yè)務(wù)。

由于固態(tài)磨損性能的改善和閃存價格的下降，閃存的企業(yè)采用率正在上升，盡管全球閃存供應(yīng)的緊縮阻礙了價格的下降。專家們認(rèn)為，SSD 在一些使用案例中開始取代傳統(tǒng)磁盤，盡管預(yù)計(jì)在可預(yù)見的未來，閃存驅(qū)動器和硬盤驅(qū)動器將在許多企業(yè)中共存。例如，SSD 適用于高性能存儲，但對于長期存檔和備份(通常使用固定磁盤)則較少。

SSD 主要特點(diǎn)

 

SSD 的設(shè)計(jì)有幾個特征。由于它不使用移動部件，因此 SSD 不會受到 HDD 發(fā)生的機(jī)械故障的影響。它比它的磁盤更安靜，耗電更少。而且由于 SSD 的重量低于硬盤驅(qū)動器，因此它們非常適合筆記本電腦和移動計(jì)算設(shè)備。

此外，SSD 控制器軟件還包括預(yù)測分析，可在潛在的驅(qū)動器故障之前提醒用戶。由于閃存具有可塑性，因此全閃存陣列供應(yīng)商可以通過數(shù)據(jù)縮減技術(shù)來操縱可用存儲容量。

SSD 通常使用單級單元(SLC)或 MLC 閃存構(gòu)建。SLC 驅(qū)動器每個閃存介質(zhì)單元存儲 1 位數(shù)據(jù)。基于 MLC 的 SSD 通過將數(shù)據(jù)分成兩部分來使驅(qū)動器容量翻倍。較新的固態(tài)硬盤(稱為 TLC)正在上市，每個閃存單元存儲 3 位數(shù)據(jù)。TLC 比 SLC 或 MLC 便宜，這使其成為基于消費(fèi)者的閃存設(shè)備制造商的有吸引力的選擇?；?TLC 的 SSD 提供更多的閃存容量并且比 MLC 或 SLC 更便宜，盡管由于在單元內(nèi)具有八個狀態(tài)而導(dǎo)致比特腐爛的可能性更高。

半導(dǎo)體制造商繼續(xù)設(shè)計(jì)越來越小的芯片組，以實(shí)現(xiàn)高密度 SSD。英特爾，美光，三星和西部數(shù)據(jù)提供基于 64 層 NAND 閃存的 SSD。目前，韓國閃存制造商 SK 海力士聲稱擁有最密集的 SSD–一款 72 層 256 GB 3D NAND 設(shè)備。2018 年，英特爾和美光推出了四級單元 NAND。

SSD 壽命與 HDD 相比

 

許多因素會影響 SSD 和 HDDS 的使用壽命，包括濕度和驅(qū)動器內(nèi)部金屬氧化的影響。兩種類型的媒體上的數(shù)據(jù)將隨著時間的推移而降級，其中 HDD 通常每天支持更多的驅(qū)動器寫入器。

如上所述，HDD 的移動部件增加了故障的可能性。為了補(bǔ)償，HDD 制造商將添加震動傳感器來保護(hù)個人計(jì)算設(shè)備內(nèi)的驅(qū)動器和其他組件。這種類型的傳感器使用壓電電阻來檢測機(jī)器是否即將下降，然后采取措施關(guān)閉 HDD 和相關(guān)的關(guān)鍵硬件。

熱量暴露是影響驅(qū)動器壽命的另一個因素，特別是對于 SSD 而言。業(yè)內(nèi)專家建議在低溫下存儲未使用或閑置的 SSD，以延長其使用壽命。當(dāng) SSD 在高溫下持續(xù)運(yùn)行一段時間時，它可能導(dǎo)致電子從 NAND 閃存中泄漏。

Flash 支持每天有限數(shù)量的驅(qū)動器寫入。隨著越來越多的數(shù)據(jù)被寫入閃存單元，數(shù)據(jù)保留水平降低。企業(yè)級 SSD 的設(shè)計(jì)具有比消費(fèi)者 SSD 更高的耐用性。

SSD 外形

 

SSD 沒有 HDD 的物理限制。這使驅(qū)動器制造商能夠提供各種外形尺寸的 SSD。最常見的外形是 2.5 英寸 SSD，有多種高度可供選擇，支持串行連接 SCSI(SAS)，串行高級技術(shù)附件(SATA)和非易失性存儲器(NVMe)協(xié)議。

固態(tài)存儲計(jì)劃(SSSI)是存儲網(wǎng)絡(luò)行業(yè)協(xié)會(SNIA)的一個項(xiàng)目，它已經(jīng)為企業(yè)確定了三種主要的 SSD 外形。

1.傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動器中的固態(tài)硬盤因素適用于服務(wù)器中的相同 SAS 和 SATA 插槽。

2.使用標(biāo)準(zhǔn)附加卡形狀因子的固態(tài)卡，例如使用駐留在印刷電路板上的外圍組件互連快速(PCIe)串行卡的那些。PCIe 連接的 SSD 不需要網(wǎng)絡(luò)主機(jī)總線適配器(HBA)來中繼命令，從而加快了存儲性能。這些設(shè)備包括 U.2 SSD，通常被認(rèn)為是目前在薄型筆記本電腦中使用的 miniSATA 驅(qū)動器的最終替代品。

3.固態(tài)模塊位于雙列直插式內(nèi)存模塊(DIMM)或小型雙列直插式內(nèi)存模塊(SO-DIMM)中，可以使用標(biāo)準(zhǔn) HDD 接口，如 SATA。這些設(shè)備稱為非易失性 DIMM(NVDIMM)卡。

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用兩種類型的隨機(jī)存取存儲器(RAM)：動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)，其在斷電時丟失數(shù)據(jù)，以及靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)。NVDIMM 提供計(jì)算機(jī)恢復(fù)數(shù)據(jù)所需的持久存儲。NVDIMM 將閃存放置在靠近主板的位置，但操作是在 DRAM 中進(jìn)行的。閃存組件插入內(nèi)存總線，以便在高性能存儲上進(jìn)行備份。

SSD 和 RAM 都包含固態(tài)芯片，但這兩種存儲器類型在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的功能不同。如上所述，閃存是一種存儲介質(zhì)，而 RAM 是活動存儲器，用于執(zhí)行從存儲中檢索的數(shù)據(jù)的計(jì)算。

有兩個較新的外形值得注意：M.2 和 U.2 SSD。一個 M.2 SSD 在長度變化-通常為 42 毫米至 110 毫米-和直接連接到母板。它通過 NVMe 或 SATA 進(jìn)行通信。與傳統(tǒng)的 SSD 外形不同，M.2 設(shè)備不可熱插拔，其小尺寸限制了散熱的表面積，隨著時間的推移，會降低其性能和穩(wěn)定性。在企業(yè)存儲中，M.2 SSD 通常用作引導(dǎo)設(shè)備。在消費(fèi)類設(shè)備(如筆記本電腦)中，M.2 SSD 提供容量擴(kuò)展。

U.2 SSD 描述了 2.5 英寸 PCIe SSD。這些小型設(shè)備以前稱為 SFF-8639。U.2 接口允許將基于 NVMe 的高速 PCIe SSD 插入計(jì)算機(jī)的背板，而無需關(guān)閉服務(wù)器和存儲設(shè)備。

SSD 制造商

 

固態(tài)硬盤市場由少數(shù)大型制造商主導(dǎo)，包括英特爾，金士頓科技，美光，SK 海力士，三星，SanDisk，希捷科技，維京科技和西部數(shù)據(jù)公司。美光，三星和希捷生產(chǎn)和銷售 NAND 閃存芯片組 – 狀態(tài)驅(qū)動器供應(yīng)商，以及基于自己的閃存芯片的市場品牌固態(tài)硬盤。

與傳統(tǒng) HDD 相比，最早的 SSD 的存儲容量有限。最近，SSD 制造商通過抽出更大容量的閃存驅(qū)動器來推動這一趨勢。英特爾，美光，三星和西部數(shù)據(jù)提供基于 64 層 NAND 閃存的 SSD。

2018 年，前全閃存陣列制造商 Nimbus Data 推出了 100 TB SSD。韓國閃存制造商 SK 海力士聲稱擁有最密集的 SSD – 一種 72 層 256 GB 3D NAND 設(shè)備。

在成熟的 SSD 制造商中，三星和希捷正在決定誰能贏得 SSD 容量戰(zhàn)。三星 PM1643 固態(tài)硬盤采用 2.5 英寸外形尺寸，可容納 30 TB 的容量。希捷已經(jīng)為企業(yè)預(yù)覽了 60 TB 的 SSD。

SSD 定價

 

從歷史上看，SSD 的價格遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)硬盤的價格。由于制造技術(shù)的改進(jìn)和芯片容量的擴(kuò)大，SSD 價格一直在下降，允許消費(fèi)者和企業(yè)級客戶重新評估 SSD 作為傳統(tǒng)存儲的可行替代方案。近年來，這種現(xiàn)象已多次逆轉(zhuǎn)。

固態(tài)硬盤的市場價格受到摩爾定律的影響，與供需關(guān)系一樣。與 2D NAND 工藝相比，需要更多步驟來設(shè)計(jì)密集的 3D NAND SSD。制造商一直在努力提高產(chǎn)量以確保滿足全球需求，近年來業(yè)績喜憂參半。

2015 年至 2017 年間，全球?qū)﹂W存芯片的需求超過了供應(yīng)量。因此，SSD 制造商不得不爭先恐后地填補(bǔ)他們的管道。對閃存芯片的需求波動使 SSD 的價格保持不變，但 SSD 的價格仍高于 HDD。

總部位于臺灣臺北的研究公司 TrendForce 于 2018 年 6 月發(fā)布的一份報告稱，由于閃存芯片供過于求，合同價格開始下跌。由此產(chǎn)生的價格下降有助于推動客戶端 SSD 的采用，包括 PCIe 驅(qū)動器。

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