固态硬盘购买参考:固态硬盘的三大要素

近年来,SSD发展极为迅速,整个行业发生了不少变化,比如新接口、新标准以及新NAND,都要求我们重新适应。但现在还有很多朋友对固态硬盘不是很了解,选购固态硬盘时不是看价格和容量,就是看最大读写速度,对于其他隐性功能完全不在乎,购买后才追悔莫及,所以今天就为大家全面科普一下固态硬盘的相关知识,让大家购买时做到心中有数,按需选择。

首先还是从SSD的结构来说起,SSD最基本的组成部件分为:主控芯片、闪存芯片、固件算法,下面我们分别阐述三者的工作职责和性能影响。

SSD最基本的组成部件

SSD结构

1、主控

常见主控品牌:群联、Marvell、三星、瑞昱、慧荣

SSD主控本质是一颗处理器,主要基于ARM架构,这和手机处理器有相似的一面。也有部分SSD厂家的主控采用RISC架构,使其具备CPU级别的运算能力。

目前来讲,SSD主控芯片的运算能力由制造工艺、核心面积的大小(晶体管数量)、核心的数量、频率决定。

其具体作用表现在,一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷,让所有的闪存颗粒都能够在一定负荷下正常工作,协调和维护不同区块颗粒的协作,二则是承担了整个数据中转,连接闪存芯片和外部SATA接口,三则是负责固态硬盘内部各项指令的完成,诸如trim、CG回收、磨损均衡。

可以说,一款主控芯片的好坏直接决定了固态硬盘的实际体验和使用寿命。

主控芯片的技术门槛较高,所以主控品牌比较少,目前主流主控品牌有慧荣、群联、Marvell、三星。

慧荣/群联:慧荣和群联是两家台湾主控公司,其主控成本低廉,受到很多国产SSD的欢迎,涉及厂家包括但不限于:浦科特、七彩虹、影驰、台电、光威、铭瑄等。

Marvell主控:Marvell隶属于高端系列,早期产品只用于企业级,现在应用在浦科特、闪迪、英睿达固态硬盘中。技术实力雄厚,主控质量稳定,但是相应的固态硬盘的价格也比较昂贵。

三星主控:三星主控只用在自家的SSD产品中,技术实力强悍。可以这么说,在SATA接口SSD中,三星860PRO读写速度最快,在NVMe固态硬盘中,三星960PRO读写速度最快。

瑞昱主控:同样是台系品牌,是一家新晋主控品牌,七彩虹部分SSD采用瑞昱主控方案。

闪存颗粒

闪存颗粒,又称闪存,是一种非易失性存储器,即在断电的情况下依旧可以保存已经写入的数据,而且是以固定的区块为单位,而不是以单个的字节为单位。

根据用途和规格不同,闪存颗粒有很多不同的变种,今天我们主要讨论的是用于固态硬盘等存储设备中的、最为常用的NAND闪存颗粒。

NAND闪存颗粒,是闪存家族的一员,最早由日立公司于1989年研制并推向市场,由于NAND闪存颗粒有着功耗更低、价格更低和性能更佳等诸多优点,成为了存储行业最为重要的存储原料。 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。

闪存颗粒

闪存颗粒

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。

3D NAND(多层数存储),3D NAND是一种新兴的闪存类型,通过把内存颗粒堆叠在一起来解决2D或者平面NAND闪存带来的限制。目前64层3D NAND已经问世,诸如东芝TR200,三星860PRO(V-NAND)采用的就是64层闪存颗粒。

目前能生产闪存颗粒的颗粒制造商为三星、东芝、闪迪、英特尔、SK海力士、美光等六家,它们六家的闪存产能几乎占据了NAND闪存市场近9成的市场比重,几乎所有的工艺的创造和升级,都是由这么几家原厂所主导。

这里有必要为大家科普一下TLC闪存颗粒固态硬盘寿命的内容。TLC闪存颗粒问世之时,有些用户认为TLC颗粒寿命很差并为此争论不休。其实现在TLC的寿命已经有了很好的优化,日常使用5-10年完全没有问题。另外现在MLC颗粒固态硬盘已经基本退出市场,不花大价钱你也买不到。

固件算法

SSD固件是确保SSD性能的非常重要的一部分,主要用于驱动控制器。很多朋友疑问?SSD有什么需要驱动的?这要从SSD的结构说起,虽然SSD看起来结构比HDD要简单很多,但实际上机制却要比HDD复杂。例如,SSD需要通过FTL层和系统进行直接对话,闪存一定要在完全擦除后再能重新写入数据,所以SSD需要Trim来把闪存重新“擦干净。再比如,SSD需要一个非常完善的平衡写入算法,让所有的颗粒都均衡的被消耗,不至于导致有一部分颗粒写入寿命耗尽,而其他颗粒未使用的情况。固件中算法非常多,错误校正码(ECC),坏块管理,垃圾回收算法等等,所以,SSD固件的编写难度,可见一斑。

TRIM

TRIM

SSD固件的好坏尤为重要,相同主控和相同颗粒的两款产品,因其固件不同,可能导致完全不一样的使用寿命和读写性能,。可以负责任的告诉大家,一款固态硬盘中颗粒对性能的影响约为60%,而固件的影响就会占到20%以上。

高品质算法优秀的固件不仅仅是一项非常艰难的工作,而且也需要让闪存和主控之间达到完美的兼容,需要掌握闪存颗粒和主控等多项先进的技术 。固件的品质越好,整个SSD的品质也就越出色。

目前来看,能够独立开发固件的SSD厂商少,仅有三星、Intel、闪迪、英睿达、浦科特、东芝等,这是大厂带来的技术优势。

当然,在固态硬盘固件出现BUG影响SSD正常使用时,这些SSD厂商也会很快的发布新的更新固件,而小厂商一般没有后续更新,也不具备这种技术实力。

SSD的SATA接口与M.2接口

了解SSD的基本结构后,我们再来看固态硬盘的接口。目前SSD的主流接口分为,SATA 3.0、M.2、PCI-E三种,U.2和mSATA目前并不多见,这里不过多介绍。

SATA和M.2或PCI-E的主要区别在于:二者采用不同的通道。

可以把两种通道理解成两辆相同的汽车,PCI-E通道的汽车就像是在高速上行驶,而SATA通道的汽车就像是在崎岖山路上行驶,你说哪个速度快?

不同接口固态硬盘速度表

不同接口固态硬盘速度表

从上图中我们可以看到,目前主流的SATA 3.0通道的最大传输速度为6Gbps,实际速度最大为560MB/s,SATA通道已经无法满足固态硬盘日益增长的读写速度,所以PCI-E固态硬盘应运而生。

但是有些读者可能有疑问,为什么我的固态硬盘是M.2接口的,但是速度并不快呢?M.2最初叫做NGFF,全名是Next Generation Form Factor。这个接口很特殊,同时支持SATA和PCI-E两个通道,很容易让人误解。其实并不是所有的M.2固态硬盘读写速度都很快,如果是采用SATA通道的M.2接口固态硬盘,读写速度不会超过550MB/s。还要注意的是,主板厂商的M.2接口有的选择了CPU原生的PCI-E通道,有的是通过PCH南桥扩展出来的,这可能对固态硬盘的速度产生影响。

速度对比

下面我们看一下两种固态硬盘速度对比:

两种固态硬盘速度对比

左图为SATA固态硬盘,右图为PCI-E固态硬盘

两者的AS SSD跑分速度差距明显,无论是连续读写、还是4K测试,PCI-E固态硬盘都远远领先SATA固态硬盘,综合得分PCI-E固态硬盘高出SATA固态硬盘三倍有余。

为了帮助大家理解,下面将各种接口以及速度对比绘制成表格,这样就可以一目了然。

两种固态硬盘速度对比

不同接口固态硬盘协议

看到这你可能会发现PCI-E有很多好处,但并不是每个人都适合购买。因为PCI-E SSD闪存颗粒和主控的原因,PCI-E的SSD价格都非常昂贵。比如250GB SATA协议的SSD价格在500元左右,而同样容量的PCI-E协议的SSD售价却高达800元。并且于PCI-E会占用总线通道,入门以及中端平台CPU通道数较少,都不太适合添加PCI-E固态硬盘,只有Z370,或者X299这样的旗舰级平台,才能充分发挥PCI-E固态硬盘的性能。

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但为君故,沉吟至今

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