快閃記憶體儲存器指南

人們需要了解快閃記憶體儲存器和固態硬碟(SSD)正在徹底改變當今IT基礎設施的原因，因為這些超級快速儲存的裝置可以支援高階應用和高效能儲存層。

固態硬碟供應商最初推出快閃記憶體儲存器和SSD硬碟，以支援高階應用和高效能儲存層。隨著快閃記憶體/SSD硬碟效能的提高(具有更好的SSD IOPS基準)以及價格下降，其部署在過去幾年中迅速擴充套件。

在2019年，關於固態硬碟(SSD)與機械硬碟(HDD)的爭論基本已經結束：儘管HDD硬碟仍然佔據了大多數資料中心媒體的80%，而且磁帶仍然處於領先地位，但快閃記憶體和SSD硬碟的部署正在以驚人的速度增長。隨著企業儲存市場的增長，快閃記憶體市場似乎增長得更快。

什麼是快閃記憶體和SSD硬碟?

在一些重要的術語的早期定義中，快閃記憶體和SSD硬碟密切相關，但不是同義詞。

•快閃記憶體：快閃記憶體是非易失性計算機記憶體，用於個人計算和數字裝置之間的持久儲存和資料傳輸。快閃記憶體的高速可程式設計儲存器可執行快速隨機I/O操作。

•SSD硬碟：固態硬碟(SSD)並不是快閃記憶體裝置，也不是記憶體，而是儲存介質。事實上，第一批SSD硬碟使用了易失性DRAM記憶體。如今，大多數固態硬碟使用非易失性NAND快閃記憶體進行持久資料儲存。儘管許多行業都互換使用這些術語，但隨著引入了SCM(儲存類記憶體)，這一術語正在發生變化。

SSD硬碟如何工作?

SSD硬碟將資料讀寫到互連快閃記憶體晶片的晶片層。多個晶片層實現不同的密度。SSD硬碟的兩個最重要的元件是快閃記憶體控制器和快閃記憶體晶片，通常是NAND快閃記憶體。控制器為驅動器新增智慧儲存功能。

HDD硬碟由多個移動部件構成，隨著時間的推移，它們會磨損並停止工作。相比之下，具有積體電路的SSD硬碟沒有移動元件，因此也更能抵抗物理衝擊，以更低的能耗安靜執行，並提供比HDD硬碟更高的效能和更低的延遲。

SSD硬碟電源和冷卻成本明顯低於HDD硬碟，因為SSD硬碟沒有移動部件，因此產生的熱量遠遠低於HDD硬碟。而且由於SSD硬碟執行速度更快，因此它們比HDD硬碟的能耗更少。

SSD硬碟執行速度也比HDD硬碟更快，如果它們具有一致的電源，則更耐用。儘管如此，SSD硬碟儲存更依賴於連線到比HDD硬碟或磁帶更一致的電源。短暫的電源中斷不是主要問題，因為SSD硬碟採用浮柵電晶體(FGR)構建以保持電荷。但是，長時間的斷開會導致資料洩漏。由於無電源SSD硬碟無法無限期保留完整性，因此不適合存檔。

SSD硬碟的型別

•SATA和SAS是儲存和主機之間的介面。可以肯定的是，有些人看到了SAS與SATA的爭論，但兩者都有自己的用武之地。傳統上它們是為HDD硬碟開發的，而且仍在發揮作用。 SSD硬碟的開發適用於相同的介面，因此使用者可以更輕鬆地切換儲存陣列以共享SSD硬碟和HDD硬碟。由於並行處理，SaaS硬碟比SATA硬碟快得多，但兩種介面都比NAND等新儲存技術要慢。

•NAND是非易失性快閃記憶體儲存，其晶片格式適合SSD硬碟介質，適用不同的格式，包括SSD硬碟。NAND快閃記憶體是SSD硬碟中最常見的快閃記憶體。較新的3D NAND垂直堆疊單元層，可顯著提高密度和耐用性，降低功耗，並加快讀/寫時間。

•NOR快閃記憶體執行到位，無需先複製到記憶體中。這使它具有非常高的傳輸速度。但它的門數比NAND少，寫入和擦除速度也相應較低。

•NVMe是使用PCIe匯流排訪問快閃記憶體儲存的介面。這使得該介面能夠支援數千個並行佇列，每個佇列支援數千個併發命令。在雙埠系統中使用NVMe可在企業SSD硬碟系統中提供向上擴充套件和向外擴充套件功能。NVMe-oF(NVMe-over Fabric)是一種主機端介面，可通過光纖通道結構或遠端直接記憶體訪問(RDMA)擴充套件NVMe功能。

•SCM(儲存級記憶體)是一種包含儲存的非快閃記憶體永續性記憶體技術。它確實是一種顛覆性技術。與記憶體一樣，SCM連線到主機板上的記憶體插槽。它稍微緩慢但更持久，其讀/寫技術比快閃記憶體快許多倍，並且不會受到儲存單元的磨損。

SSD硬碟的工作壽命

浮柵電晶體(FGR)和磨損均衡等新技術降低了SSD硬碟的故障率。然而，SSD硬碟架構影響工作壽命，這取決於NAND單元的儲存位數：單級單元(SLC)、多級單元(MLC)和三級單元(TLC)。正如人們可能已經猜到的，SLC儲存一位，MLC儲存兩位，TLC在一個單元中儲存三位。

其面臨損耗問題：隨著時間的推移， SSD硬碟單元也會造成損壞。讀取似乎不會影響永續性，但寫入和刪除會影響永續性。單元儲存的位越多，寫入造成的損壞越少。但重要的是：較大的硬碟單元可以提高單元耐久性，但不會改善潛伏期。三級單元(TLC)讀取延遲比單級單元(SLC)慢4倍，寫入延遲更差6倍，三級單元(TLC)上的擦除延遲也較慢。

通過在單元間擴充套件寫入操作來平衡整體磨損和SSD硬碟耐用性，磨損均衡提高了所有晶片級別的耐用性。儘管SSD硬碟不具備長期歸檔資料的耐久性，但預計它們可以持續至少2 -3年而不會出現資料洩漏或元件故障。

快閃記憶體和SSD硬碟存取速度

多年來，快閃記憶體和SSD硬碟速度已經提高了很多倍。在2018年，三星公司和東芝公司都推出了採用2.5英寸和3.5英寸的30.72TB固態硬碟。SAS介面速度比SATA更快，比NVMe要慢，但比NVMe的硬碟的價格要低得多。三星公司還推出了速度為3500MB/s的M.2固態硬碟。

SSD硬碟傳輸速率

SSD硬碟寫入速度以兆位元組/秒為單位。這說明雖然SSD硬碟傳輸速度很快，但還有一些SSD硬碟的傳輸速度要快得多。

由於不同的SSD硬碟提供了非常不同的效能、傳輸和延遲指標，因此很難將SSD硬碟效能測量歸為一類。一般來說，SSD硬碟訪問時間只是HDD硬碟訪問指標的一小部分，可以提供6000到100萬的IOP，並且消耗大約5瓦的電能，而不是HDD硬碟的6-15瓦。

加速應用程式效能是SSD硬碟的主要優勢。快閃記憶體的效能是HDD硬碟的20倍，使其特別適用於高事務資料庫，VDI或大資料分析儲存等I/O密集型應用程式。當SCM(儲存級記憶體)上市時，這種處理速度將大大提高。企業儲存環境中採用的SSD硬碟和快閃記憶體將會更多。

採用SSD硬碟值得嗎?

在資料中心，由於價格下降和儲存智慧的增加，快閃記憶體陣列正在穩步增長。降低SSD硬碟價格趨勢將提高資料中心基於快閃記憶體儲存的經濟性，尤其是儲存區域網路(SAN)。儲存區域網路(SAN)是一項成本昂貴的儲存方式，而IT部門則拒絕通過從HDD硬碟轉向SSD硬碟而支付更多費用。然而，隨著價格的下降和效能遠遠超過HDD硬碟驅，更多的資料中心正在以可以接受的價格購買全快閃記憶體儲存區域網路(SAN)以獲得非常高的效能。

最終，最佳的快閃記憶體儲存對於企業來說是最好的：對於網路流媒體企業來說，需要了解當今市場上最好的M.2、SATA和PCIe SSD列表，以滿足不同的業務需求。