节后选购SSD技巧第2季 如何选择闪存

    固态硬盘的高速读写性能和强大的多线程寻道能力引起网站运营和数据中心的主管领导关注。在去年12月举行的2011国际云计算研讨会，一位网站运营中心主管为数据中心的固态硬盘纠结，这位主管购进一批固态硬盘，出人意料的是，不足两个月，这些硬盘出现严重的坏块现象，为此他们不得不降速使用。由此引发固态硬盘寿命的讨论---莫非固态硬盘真成短命鬼，速度快，“死”得更快？

    为何这位网站运营中心所购买的固态硬盘会在短时间出现坏块？由于网站服务器24小时开机，海量读写数据，对硬盘的数据吞吐量和使用寿命有高规格的要求。固态硬盘的工作原理和优盘相似，当闪存的读写数据次数达到使用寿命值，优盘无法正常使用，固态硬盘也如此。

    固态硬盘的使用寿命取决于闪存，服务器固态硬盘需要对闪存颗粒精挑细选，并且采用价格高、高寿命的SLC闪存，其价格是采用MLC闪存的家用固态硬盘数倍。

    从固态硬盘的使用寿命和价格，我们从中了解到闪存的三个类型：1、寿命最长，价格最贵的SLC；2、寿命和价格居中的MLC；3、寿命最短、价格最低的TLC闪存。

    高价格是阻挡固态硬盘普及的最大障碍，为此固态硬盘厂家今年开始普遍采用TLC闪存，为此固态硬盘的寿命成为热门话题。三大类型闪存的使用寿命、性能、价格究竟如何？本文将一一为你揭晓。

    闪存（Flash Memory）是一种非易失性存储器，由于其断电时仍能保存数据，闪存得以大规模应用，比如SD卡、优盘、苹果ipad平板电脑等等。相对于主控的核心重要性，闪存在制造工艺相差不大的情况下，对性能影响有限。

    细心的网友在使用苹果Air笔记本电脑的时候，对硬盘性能大为光火，甚至有网友表示性能远远不如目前的顶级SATA3.0固态硬盘。实际上这个是苹果的策略，性能过高则固态硬盘折寿，在性能和寿命之间，苹果选择了后者。

企业级固态硬盘对使用寿命要求极为严格，价格上万元

    笔者在测试价格高达万元的SLC闪存固态硬盘的时候，也曾为其中规中矩的性能感到遗憾。苹果笔记本电脑的做法，其实已经很好的为SLC闪存固态硬盘做了解释。因此SLC闪存给人的印象就是速度慢，但是我们却忘记了一点，SLC闪存是三种类型闪存中速度最快的产品。

8GB SLC海力士闪存

    SLC即Single Level Cell的缩写，名为单层单存储单元。存取原理上SLC架构是0和1两个充电值，即每Cell能存放1bit数据（1bit/Cell），有点儿类似于开关电路，就算其中一个Cell损坏，对整体的性能也不会有影响，因此性能非常稳定，同时SLC的最大的驱动电压可以做到很低。

    SLC结构简单，速度快同时寿命较长也更为可靠，不过这种1bit/Cell的模式无法在相同的晶圆面积上实现较高的存储密度，存储容量提高完全依赖制造工艺的提升。

    SLC闪存特点：

    1、理论上速度快 2、使用寿命长 3、单片存储密度小 4、制造工艺不如MLC先进

    目前SLC闪存主要应用于企业级产品、混合硬盘的缓存、高端高品质的优盘/数码播放介质等等。SLC固态硬盘的容量不如MLC固态硬盘，速度的优势遭遇人为限制，突出优点是寿命长。

    金士顿HyperX/SSD、镁光M4、浦科特M2P都是顶级SATA3.0固态硬盘，他们无一例外全部采用MLC闪存，性能稍逊的MLC闪存在消费级市场大放异彩，彻底盖过SLC光芒。原因就在于MLC的制造成本只有SLC的几分之一，普通家用电脑的数据吞吐量有限，因此MLC的使用寿命足以应付自如，甚至有厂商打出10年寿命的口号。

金士顿HyperX 240GB固态硬盘采用MLC闪存

    MLC即Multi-Level Cell缩写，名为多层式存储。MLC在存储单元中实现多位存储能力，典型的是2bit。它通过不同级别的电压在一个单元中记录两组位信息（00、01、11、10），将SLC的存储密度理论提升一倍。由于电压更为频繁的变化，所以MLC闪存的使用寿命远不如SLC，同时它的读写速度不如SLC，由于一个浮动栅存储2个单元，MLC较之SLC需要更长的时间。

金士顿HyperX 240GB固态硬盘的读写速度

金士顿HyperX 240GB固态硬盘的随机读写测试

    SLC闪存的每个Cell存放1bit数据，MLC的每Cell存放2bit数据（2bit/Cell），在闪存体积不变的前提下，相同容量大小的MLC闪存制造成本要远低于SLC闪存。厂家主要通过提升制造工艺，以及通过主控校验和智能磨损平衡技术算法，使得每个MLC闪存的写入次数可以平均分摊，延长使用寿命。

    MLC闪存特点：

    1、制造工艺最先进，目前已达19nm

    2、理论上的读写速度不如SLC

    2、性能表现尤其突出，PCI-E超过2000MB/s，SATA超过500MB/s。

    3、单片存储密度最高，单片MLC闪存的容量可达256GB

    4、价格只有SLC的1/3甚至更低

    5、使用寿命居中，不如SLC，主要依赖制造工艺和主控延长使用寿命

    MCL闪存广泛应用于消费级固态硬盘以及轻应用的企业级固态硬盘，这些领域的固态硬盘数据吞吐量小，对使用寿命要求没有SLC那么苛刻。因此MLC闪存没有严格的速度限制，性能表现超过SLC闪存。

    TLC即Triple-Level Cell的缩写，是2bit/cell的MLC闪存延伸，TLC达到3bit/cell，TLC利用不同电位的电荷，一个浮动栅存储3个bit的信息，存储密度理论上较之MLC闪存扩大了0.5倍。

    由于TLC的电压变化频率是三种类型闪存中最高，因此TLC闪存的使用寿命也是最低，只有MLC闪存的1/20，第一代TLC闪存仅仅具有500-1000次可重复擦写次数的使用寿命。同时它的读写速度也是最慢，由于一个浮动栅存储3个单元，比之MLC需要更长的时间。

目前TLC被广泛应用到优盘方面

    随着闪存制造工艺的提升，TLC的成本更低，达到消费级领域的3年使用寿命甚至更长，同时读写速度也有较大改善。目前已经开始广泛应用在闪存卡、优盘领域，今年相关厂商打算主推TLC闪存的固态硬盘。

MLC闪存的价格阻碍固态硬盘普及

    我们不难想象TLC闪存也如当年MLC闪存一样，在攻克使用寿命的难关后，走上主流舞台。不过主流的主控芯片厂商仍持怀疑态度，目前仅仅只有Indilinx发展出有效支持TLC闪存的主控，并且已经进化到第二代，有效提高TLC闪存固态硬盘的性能，延长TLC的使用寿命。

    TLC闪存的特点：

    1、理论上的存储密度最高

    2、制造成本最低，其价格较之MLC闪存最大降低50%
    
    3、制造工艺仅次于MLC，高于SLC
   
    4、使命寿命最低，目前已可以达到3-4年

    5、理论上的读写速度最慢，随着制造工艺的提升、主控算法有大幅提升

　　目前在国际闪存市场上，1GB TLC闪存的均跌至1美元附近，并且TLC闪存可以做到单芯片的容量达到128GB。这种情况来看，只要Indilinx的新主控可以让TLC闪存固态硬盘的寿命保持在可接受范围内，预计固态硬盘的价格降低最多5成，加速普及固态硬盘。

    第一款SATA3.0固态硬盘 镁光C300诞生到现在已有2年时间，MLC的闪存工艺从34nm到目前最先进的19nm。闪存类型也发展到SLC、MLC、TLC三种规格。不过固态硬盘的读写速度提升却相当有限，甚至逼近瓶颈。顶级SATA3.0固态硬盘的最大速度均未突破600MB/s。

通过磁盘阵列提高性能的PCI-E接口的固态硬盘

    而提升固态硬盘性能的有效办法，就是在PCI-E接口上，采用类似显卡的PCB板上，用2颗或者4颗的主控芯片，组成磁盘阵列模式，提高读写速度，不过成本也是相当高昂，显然并不适合家用。

    另外一则新闻也证明了这一观点：加州大学和微软的研究发现，随着芯片尺寸缩小，NAND Flash记忆体会出现显著的性能退化。当电路尺寸从今天的25nm缩小到6.5nm，SSD的延迟会增加一倍。

    加州大学的研究生Laura Grupp说，他们测试了7家SSD供应商的45种不同类型NAND Flash芯片，这些芯片采用了72nm到25nm的光刻工艺，发现芯片尺寸缩小伴随着性能退化和错误率增加。TLC (三层存储单元)NAND的性能最差，之后是MLC（双层存储单元）NAND和SLC(单层存储单元)NAND。研究人员说，由于性能退化，基于MLC NAND的固态硬盘难以超过4TB，基于TLC NAND的固态硬盘难以突破16TB，因此固态硬盘的未来之路可能在2024年到头。

    由于固态硬盘的主要客户是终端消费者，价格当然是越便宜越好，目前机械硬盘厂家纷纷将质保调低至2年，如果价格低廉的TLC闪存如果能把使用寿命提高到4年或以上，闪存芯片厂商转进TLC芯片比重会提高。至于性能上，目前看MLC闪存的SATA3.0固态硬盘前进乏力，等于给了TLC的机会，短期内TLC固态硬盘的性能达到SATAII标准，随着工艺进步，TLC闪存的性能将和目前MLC闪存的SATA3.0固态硬盘接近，具体仍要看支持TLC闪存的主控算法设计，对TLC闪存固态硬盘的性能影响最大。

    短时间内，消费级固态硬盘仍以MLC为主，MLC随着制造工艺的进步，寿命进一步延长，侵占SLC的部分市场份额。SLC将继续在企业级、服务器市场领域存活；TLC将成为日后的主流。