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[轉帖]認識固態：SSD硬碟內外結構解析

阿新 • • 發佈：2018-11-23

認識固態：SSD硬碟內外結構解析

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固態硬碟(Solid State Drive)，簡稱固態盤( SSD)，是用固態電子儲存晶片陣列而製成的硬碟，由控制單元和儲存單元(FLASH晶片、DRAM晶片)以及 快取單元組成。區別於機械硬碟由磁碟、 磁頭等機械部件構成，整個固態硬碟結構無機械裝置，全部是由電子晶片及電路板組成。   根據固態硬碟的定義，我們可以知道固態硬碟的內部結構，其實就是由三大塊主控晶片、
快閃記憶體顆粒、快取單元構成。接下來，我們逐一來看。  

認識固態：SSD硬碟內外結構解析

  固態硬碟大腦：主控晶片   正如同CPU之於PC一樣，主控晶片其實也和CPU一樣，是整個固態硬碟的核心器件，其作用一是合理調配資料在各個快閃記憶體晶片上的負荷，二則是承擔了整個資料中轉，連線快閃記憶體晶片和外部SATA 介面
。   不同的主控之間能力相差非常大，在資料處理能力、演算法上，對快閃記憶體晶片的讀取寫入控制上會有非常大的不同，直接會導致固態硬碟產品在效能上產生很大的差距。  

認識固態：SSD硬碟內外結構解析

  慧榮主控   當前主流的主控晶片廠商有Marvell（俗稱“馬牌”）、SandForce、Silicon Motion慧榮、Phison群聯、JMicron智微等，而這幾大主控廠商，又都有著自己的相應特點，應用於不同層級的固態產品。   以臺系廠商慧榮為例，此款主控晶片主要特點在於能夠為固態硬碟廠商提供包括軟體和硬體在內的一體化主控方案，包括主控晶片、電路板以及儲存單元，能夠極大的提升產品的更新速度和使用壽命，並且不存在相容等問題。   核心器件：快閃記憶體顆粒單元   作為硬碟，儲存單元絕對是核心器件。在固態硬盤裡面，快閃記憶體顆粒則替代了機械磁碟成為了儲存單元。   快閃記憶體(Flash Memory)本質上是一種長壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所儲存的資料資訊)的儲存器，資料刪除不是以單個的位元組為單位而是以固定的區塊為單位。  

認識固態：SSD硬碟內外結構解析

  固態硬碟中快閃記憶體顆粒佔據大部分比重   在固態硬碟中， NAND快閃記憶體因其具有非易失性儲存的特性，即斷電後仍能儲存資料，被大範圍運用。   根據NAND快閃記憶體中電子單元密度的差異，又可以分為 SLC（單層次儲存單元）、 MLC（雙層儲存單元）以及 TLC(三層儲存單元)，此三種儲存單元在壽命以及造價上有著明顯的區別。   SLC（單層式儲存），單層電子結構，寫入資料時電壓變化區間小，壽命長，讀寫次數在10萬次以上，造價高，多用於企業級高階產品。   MLC（多層式儲存），使用高低電壓的而不同構建的雙層電子結構，壽命長，造價可接受，多用民用高階產品，讀寫次數在5000左右。   TLC（三層式儲存），是MLC快閃記憶體延伸，TLC達到3bit/cell。儲存密度最高，容量是MLC的1.5倍。 造價成本最低， 使命壽命低，讀寫次數在1000~2000左右，是當下主流廠商首選快閃記憶體顆粒。  

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  海力士16nm TLC快閃記憶體顆粒   當前，固態硬碟市場中，主流的快閃記憶體顆粒廠商主要有Toshiba東芝、Samsung三星、Intel英特爾、Micron美光、SKHynix海力士、Sandisk閃迪等。 告別小白：固態硬碟內外結構解析  

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東芝快閃記憶體顆粒   由於快閃記憶體顆粒是固態硬碟中的核心器件，也是主要的儲存單元，因而它的製造成本佔據了整個產品的70%以上的比重，極端一點說，選擇固態硬碟實際上就是在選擇快閃記憶體顆粒。   錦上添花：快取晶片   快取晶片，是固態硬碟三大件中，最容易被人忽視的一塊，也是廠商最不願意投入的一塊。和主控晶片、快閃記憶體顆粒相比，快取晶片的作用確實沒有那麼明顯，在使用者群體的認知度也沒有那麼深入，相應的就無法以此為噱頭進行鼓吹。  

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  南亞快取   實際上，快取晶片的存在意義還是有的，特別是在進行常用檔案的隨機性讀寫上，以及碎片檔案的快速讀寫上。   由於固態硬碟內部的磨損機制，就導致固態硬碟在讀寫小檔案和常用檔案時，會不斷進行資料的整塊的寫入快取，然而匯出到快閃記憶體顆粒，這個過程需要大量快取維繫。特別是在進行大數量級的碎片檔案的讀寫程序，高快取的作用更是明顯。   這也解釋了為什麼沒有快取晶片的固態硬碟在用了一段時間後，開始掉速。   當前，快取晶片市場規模不算太大，主流的廠商基本也集中在南亞、三星、金士頓等。根據最新訊息，無外接快取的固態硬碟產品將於不久後問世，雖然很早之前就有諸SandForce SF2281自帶快取主控產品，但是市場反響卻差強人意，不知道最新的無外接快取的固態硬碟的表現如何，也請大家拭目以待。   主控晶片、快閃記憶體顆粒、快取晶片，這三者有機的結合在一塊PCB板上，構成了固態硬碟的整體形態。我們在選購固態硬碟或是評價固態硬碟的時候，可以從這三者出發，進行產品效能的預估，避免被有些商販鼓吹的高速讀寫，矇蔽雙眼。

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