SSD 是什么

Posted 2022-02-05 dituicyqz

SSD（固态驱动器）是一种非易失性存储介质，可将固态闪存存储在固态闪存中。构成 SSD 的两个关键组件是：闪存控制器和 NAND 闪存芯片。SSD 控制器的架构配置经过优化，可为顺序和随机数据请求提供高读写性能。SSD 有时被称为闪存驱动器或固态磁盘。

SSD

与硬盘驱动器（HDD）不同，SSD 没有移动部件可以断开或旋转或旋转。传统的硬盘驱动器由一个旋转磁盘组成，该磁盘在称为执行器的机械臂上具有读/写头。HDD 机制和硬盘封装为集成单元。尽管 SSD 现在在台式机和笔记本电脑中很常见，但由于其较低的单位成本和较高的平均耐久性，企业和计算机制造商历来使用旋转磁盘。

旋转的 HDD 以磁性方式读取和写入数据，这是连续使用中最古老的存储介质之一。然而，磁性能会导致机械故障。相反，SSD 将数据读取和写入互连闪存芯片的基板，互连闪存芯片由硅制成。制造商通过在网格中堆叠芯片来实现 SSD，以实现不同的密度。

为了防止波动，SSD 制造商设计具有浮栅晶体管（FGR）的器件来保持电荷。这允许 SSD 即使在未连接到电源时也能保留存储的数据。每个 FGR 包含一位数据，如果充电电池指定为 1，或者如果电池没有电荷则指定为 0。

SSD 历史
最早的固态硬盘通常是为消费类设备设计的。2005 年 Apple iPod 的首次亮相标志着第一款广泛应用于消费市场的基于闪存的闪存设备。

EMC（现称为戴尔 EMC）在 2008 年将其技术添加到 Symmetrix 磁盘阵列时成为第一家将 SSD 纳入企业存储硬件的供应商。这催生了混合闪存阵列的出现，这些阵列结合了闪存驱动器和硬盘驱动器。在大多数情况下，混合阵列中的企业级 SSD 用于缓存闪存中的读取。这是因为与 HDD 相比，SSD 的成本更高，耐用性更低。

最早的商业设计 SSD 采用企业级多级单元（企业 MLC）闪存技术制造，与消费级 MLC 相比，它具有更强的写入周期。正在推出使用三级单元（TLC）的新型企业级 SSD 。采用 3D NAND 制造的 SSD 代表着下一步的发展。IBM，三星和东芝已经生产并销售了具有 3D NAND 的 SSD，其中闪存单元在垂直层中彼此堆叠在一起。东芝在 2017 年出售其闪存芯片业务。

由于固态磨损性能的改善和闪存价格的下降，闪存的企业采用率正在上升，尽管全球闪存供应的紧缩阻碍了价格的下降。专家们认为，SSD 在一些使用案例中开始取代传统磁盘，尽管预计在可预见的未来，闪存驱动器和硬盘驱动器将在许多企业中共存。例如，SSD 适用于高性能存储，但对于长期存档和备份（通常使用固定磁盘）则较少。

SSD 主要特点
SSD 的设计有几个特征。由于它不使用移动部件，因此 SSD 不会受到 HDD 发生的机械故障的影响。它比它的磁盘更安静，耗电更少。而且由于 SSD 的重量低于硬盘驱动器，因此它们非常适合笔记本电脑和移动计算设备。

此外，SSD 控制器软件还包括预测分析，可在潜在的驱动器故障之前提醒用户。由于闪存具有可塑性，因此全闪存阵列供应商可以通过数据缩减技术来操纵可用存储容量。

SSD 通常使用单级单元（SLC）或 MLC 闪存构建。SLC 驱动器每个闪存介质单元存储 1 位数据。基于 MLC 的 SSD 通过将数据分成两部分来使驱动器容量翻倍。较新的固态硬盘（称为 TLC）正在上市，每个闪存单元存储 3 位数据。TLC 比 SLC 或 MLC 便宜，这使其成为基于消费者的闪存设备制造商的有吸引力的选择。基于 TLC 的 SSD 提供更多的闪存容量并且比 MLC 或 SLC 更便宜，尽管由于在单元内具有八个状态而导致比特腐烂的可能性更高。

半导体制造商继续设计越来越小的芯片组，以实现高密度 SSD。英特尔，美光，三星和西部数据提供基于 64 层 NAND 闪存的 SSD。目前，韩国闪存制造商 SK 海力士声称拥有最密集的 SSD–一款 72 层 256 GB 3D NAND 设备。2018 年，英特尔和美光推出了四级单元 NAND。

SSD 寿命与 HDD 相比
许多因素会影响 SSD 和 HDDS 的使用寿命，包括湿度和驱动器内部金属氧化的影响。两种类型的媒体上的数据将随着时间的推移而降级，其中 HDD 通常每天支持更多的驱动器写入器。

如上所述，HDD 的移动部件增加了故障的可能性。为了补偿，HDD 制造商将添加震动传感器来保护个人计算设备内的驱动器和其他组件。这种类型的传感器使用压电电阻来检测机器是否即将下降，然后采取措施关闭 HDD 和相关的关键硬件。

热量暴露是影响驱动器寿命的另一个因素，特别是对于 SSD 而言。业内专家建议在低温下存储未使用或闲置的 SSD，以延长其使用寿命。当 SSD 在高温下持续运行一段时间时，它可能导致电子从 NAND 闪存中泄漏。

Flash 支持每天有限数量的驱动器写入。随着越来越多的数据被写入闪存单元，数据保留水平降低。企业级 SSD 的设计具有比消费者 SSD 更高的耐用性。

SSD 外形
SSD 没有 HDD 的物理限制。这使驱动器制造商能够提供各种外形尺寸的 SSD。最常见的外形是 2.5 英寸 SSD，有多种高度可供选择，支持串行连接 SCSI（SAS），串行高级技术附件（SATA）和非易失性存储器（NVMe）协议。

固态存储计划（SSSI）是存储网络行业协会（SNIA）的一个项目，它已经为企业确定了三种主要的 SSD 外形。

1.传统硬盘驱动器中的固态硬盘因素适用于服务器中的相同 SAS 和 SATA 插槽。

2.使用标准附加卡形状因子的固态卡，例如使用驻留在印刷电路板上的外围组件互连快速（PCIe）串行卡的那些。PCIe 连接的 SSD 不需要网络主机总线适配器（HBA）来中继命令，从而加快了存储性能。这些设备包括 U.2 SSD，通常被认为是目前在薄型笔记本电脑中使用的 miniSATA 驱动器的最终替代品。

3.固态模块位于双列直插式内存模块（DIMM）或小型双列直插式内存模块（SO-DIMM）中，可以使用标准 HDD 接口，如 SATA。这些设备称为非易失性 DIMM（NVDIMM）卡。

在计算机系统中使用两种类型的随机存取存储器（RAM）：动态随机存取存储器（DRAM），其在断电时丢失数据，以及静态随机存取存储器（SRAM）。NVDIMM 提供计算机恢复数据所需的持久存储。NVDIMM 将闪存放置在靠近主板的位置，但操作是在 DRAM 中进行的。闪存组件插入内存总线，以便在高性能存储上进行备份。

SSD 和 RAM 都包含固态芯片，但这两种存储器类型在计算机系统中的功能不同。如上所述，闪存是一种存储介质，而 RAM 是活动存储器，用于执行从存储中检索的数据的计算。

有两个较新的外形值得注意：M.2 和 U.2 SSD。一个 M.2 SSD 在长度变化-通常为 42 毫米至 110 毫米-和直接连接到母板。它通过 NVMe 或 SATA 进行通信。与传统的 SSD 外形不同，M.2 设备不可热插拔，其小尺寸限制了散热的表面积，随着时间的推移，会降低其性能和稳定性。在企业存储中，M.2 SSD 通常用作引导设备。在消费类设备（如笔记本电脑）中，M.2 SSD 提供容量扩展。

U.2 SSD 描述了 2.5 英寸 PCIe SSD。这些小型设备以前称为 SFF-8639。U.2 接口允许将基于 NVMe 的高速 PCIe SSD 插入计算机的背板，而无需关闭服务器和存储设备。

SSD 制造商
固态硬盘市场由少数大型制造商主导，包括英特尔，金士顿科技，美光，SK 海力士，三星，SanDisk，希捷科技，维京科技和西部数据公司。美光，三星和希捷生产和销售 NAND 闪存芯片组 – 状态驱动器供应商，以及基于自己的闪存芯片的市场品牌固态硬盘。

与传统 HDD 相比，最早的 SSD 的存储容量有限。最近，SSD 制造商通过抽出更大容量的闪存驱动器来推动这一趋势。英特尔，美光，三星和西部数据提供基于 64 层 NAND 闪存的 SSD。

2018 年，前全闪存阵列制造商 Nimbus Data 推出了 100 TB SSD。韩国闪存制造商 SK 海力士声称拥有最密集的 SSD – 一种 72 层 256 GB 3D NAND 设备。

在成熟的 SSD 制造商中，三星和希捷正在决定谁能赢得 SSD 容量战。三星 PM1643 固态硬盘采用 2.5 英寸外形尺寸，可容纳 30 TB 的容量。希捷已经为企业预览了 60 TB 的 SSD。

SSD 定价
从历史上看，SSD 的价格远高于传统硬盘的价格。由于制造技术的改进和芯片容量的扩大，SSD 价格一直在下降，允许消费者和企业级客户重新评估 SSD 作为传统存储的可行替代方案。近年来，这种现象已多次逆转。

固态硬盘的市场价格受到摩尔定律的影响，与供需关系一样。与 2D NAND 工艺相比，需要更多步骤来设计密集的 3D NAND SSD。制造商一直在努力提高产量以确保满足全球需求，近年来业绩喜忧参半。

2015 年至 2017 年间，全球对闪存芯片的需求超过了供应量。因此，SSD 制造商不得不争先恐后地填补他们的管道。对闪存芯片的需求波动使 SSD 的价格保持不变，但 SSD 的价格仍高于 HDD。

总部位于台湾台北的研究公司 TrendForce 于 2018 年 6 月发布的一份报告称，由于闪存芯片供过于求，合同价格开始下跌。由此产生的价格下降有助于推动客户端 SSD 的采用，包括 PCIe 驱动器。