干货！史上最全SSD科普贴：科学购买SSD

2018-02-16 05:16:00 [ 中关村在线原创 ] 作者：赵欢鑫 | 责编：孙玉亮

1固态硬盘结构有哪些？

　　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。但笔者发现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，所以今天笔者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。

干货！史上最全SSD科普贴：科学购买SSD
SSD结构

　　1、主控

　　常见主控品牌：慧荣、群联、Marvell、三星、瑞昱

　　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。

　　就目前来讲，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。

2SSD大厦根基：闪存颗粒篇

SSD大厦根基：闪存颗粒篇

　　2、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。

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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。

3固件算法：大厂技术优势

　　3、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。

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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。

4SSD的SATA接口与M.2接口

SSD的SATA接口与M.2接口

　　了解了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？

PCIE与SATA固态硬盘装机如何选
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：

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，笔者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。

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。