「科普向」如何選擇一塊固態硬碟?

文/ 酷安@Moral_Lin(有刪改)

一:什麼是固態硬碟?

固態硬碟是 Solid State Drives 的直譯(以下簡稱 SSD),由固態電子儲存晶元陣列而製成的硬碟,由控制單元(即主控)和儲存晶元(FLASH 晶元、DRAM 晶元)組成。其速度快的優點受到廣大用戶的歡迎。而 SSD 分基於 FLASH 晶元和基於 DRAM 晶元兩種,今天主要講解基於 FLASH 晶元的 SSD。

固態硬碟

二:快閃記憶體晶元

快閃記憶體晶元在固態中用於儲存數據,快閃記憶體晶元的好壞決定了一塊固態的使用壽命。目前主流的快閃記憶體晶元類型為 NAND FLASH,而 NAND FLASH 主要分為 SLC(單層單元)、MLC(多層單元)、以及 TLC(三層單元),其餘的可以算作這仨的分支。而晶元級別又分:正片、白片、黑片、劃線片。

正片:快閃記憶體通過了全部產品測試,然後激光打標了產品信息。

白片:在測試時部分測試未通過的快閃記憶體晶元。這些快閃記憶體晶元再經過一些測試後,如果不影響使用,就打標並和正片一樣流向市場,白片在消費市場很普遍,而且正規渠道的白片性能也並不差。

黑片:大多數測試沒有通過,基本報廢的,連標識也沒有的快閃記憶體晶元。

劃線片:廠家並沒有這個定義,因為部分白片上有劃線,所以網友杜撰了「劃線片」這個概念。

PS:有機會單獨開一篇講解這些概念。

目前主要的 NAND 快閃記憶體廠商有:海力士、三星、鎂光、東芝、因特爾、閃迪,這六家佔據了 NAND 快閃記憶體近9成的市場比重,而這六家有能力直接切割晶圓和分離出 NAND 快閃記憶體顆粒的廠商,一般稱之為快閃記憶體顆粒原廠。

東芝快閃記憶體顆粒

題外話:很多酷友認為 TLC 就是辣雞,其實不然,如今一般的 TLC 的壽命大約有 1000 次P/E,那 1000 次 P/E 是什麼概念?

舉個例子:假設固態容量為 120G,那麼可擦寫的總數據量為 120*1000=120000G,假如你喜歡每天瘋狂下載小電影,用完之後覺得索然無味就刪除,這期間使用的數據為 100G,則可用天數為 120000/100=1200,1200/365≈3.3 年,3年基本就要換電腦了吧?何況正常情況下每天擦寫也不會有 100G。

雖然能上 MLC 甚至 SLC 當然不會選擇 TLC,但是對 TLC 請不要有太大偏見。(P/E為一次完整的擦寫)

三:介面類型

如今 SSD 主要採用 SATA-2、SATA-3、MSATA、PCI-E、M.2(NGFF),其他如:SAS、CFast、U.2 之類的就不詳細說明。

各個介面的理論傳輸速度?

談這個其實意義不大,使用什麼協議和通道才決定有什麼樣的速度。舉個例子:建興 V5G,M.2 介面走 sata3 通道也只有 500m/s 左右的讀取和寫入。

NGFF 與 M.2的關係?

NGFF 為 M.2 的前身,用來取代 MSATA。如今 M.2分Socket 2(B key——NGFF)和Socket 3(M key——NVME)兩種,其中 Socket2 支持SATA、PCI-E X2 通道,而如果採用 PCI-E ×2通道標準,最大的讀取速度可以達到 700MB/s,寫入也能達到 550MB/s。而其中的 Socket 3 可支持 PCI-E ×4通道,理論帶寬可達 4GB/s。

M.2是一個龐大的規範,其還有A Key及E Key,和長度的區別,詳情可以參考這兩張圖。

M.2 規範

不同長度的 M.2 設備

四:協議類型

目前常見的協議有:AHCI 和 NVME。

NVMe 協議規定了主控和主機的通信的模式,也規定了 PCI-Express lane 作為通信方式,也就是規定使用PCIE通道作為物理介面。(M.2 介面也是走 PCIE 通道)

AHCI只規定了如何通信,沒有規定具體的物理介面。

當然,每個物理介面都有其對應使用的協議,例如SATA介面的SATA協議。

使用 NVMe 協議的固態硬碟

五:主控晶元

主控晶元是SSD的大腦,其作用一是合理調配數據在各個快閃記憶體晶元上的負荷,二則是承擔了整個數據中轉。很多酷友在選擇SSD時往往只看顆粒類型,忽視了真正決定SSD速度的主控。一個主控的好壞從根本上決定了一塊SSD的數據處理能力、演算法、對快閃記憶體的讀寫能力以及使用的協議。不同主控之間的區別很大,會直接導致SSD在性能上的差距。

目前主要的主控廠商有:東芝、Marvell、慧榮(SMI)、三星、群聯(Phison)、智微(JMicron)等。

其中三星的主控僅供自家的 SSD 使用。

六:緩存晶元

緩存晶元是 SSD 中最容易被忽視的一塊,相比主控和快閃記憶體,緩存的作用並不是很大,可以說是錦上添花的作用。緩存最大的意義在於進行隨機性讀寫和碎片文件的快速讀寫上,尤其是大量級的碎片文件讀寫。

好了,到這裡相信大家對於 SSD 已經有一個初步的了解,該如何選擇應該也不是難事。


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