SSD固態(tài)硬盤是什么 1t固態(tài)硬盤是什么意思
#頭條創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽#
前言
1. 什么是固態(tài)？
2. 固態(tài)硬盤與普通硬盤的主要區(qū)別
3. SSD 分類
3.1 根據(jù)接口區(qū)分
3.1.1 SATA 3.0接口
3.1.2 MSATA接口
3.1.3 M.2接口
3.1.4 PCI-E接口
3.2 根據(jù)閃存顆粒區(qū)分
3.2.1 SLC顆粒固態(tài)
3.2.2 MLC顆粒固態(tài)
3.2.3 TLC顆粒固態(tài)
3.2.4 QLC顆粒固態(tài)
3.2.5 PLC 顆粒固態(tài)
4. SSD 的優(yōu)缺點(diǎn)
4.1 固態(tài)硬盤的優(yōu)點(diǎn)
4.1.1 寫入速度快
4.1.2 無噪音
4.1.3 啟動快
4.1.4 讀取延遲小
4.1.5 碎片不影響讀取時(shí)間
4.1.6 體積小重量輕
4.1.7 發(fā)熱量較低
4.1.8 工作溫度范圍更大
4.1.9 經(jīng)久耐用、防震抗摔 。
4.1.10 不會發(fā)生機(jī)械故障
4.2 固態(tài)硬盤缺點(diǎn)：
4.2.1 固態(tài)硬盤壽命有限
4.2.2 數(shù)據(jù)丟失不可恢復(fù)
4.2.3 速度高，不穩(wěn)定
4.2.4 固態(tài)硬盤越用越慢
4.2.5 芯片品質(zhì)參差不齊
4.2.6 價(jià)格貴
5. SSD 品質(zhì)指標(biāo)
5.1 SSD 重要指標(biāo)
5.1.1 SSD 的性能
5.1.2 SSD 的功耗
5.1.3 SSD 的可靠性
總結(jié)
前言
固態(tài)硬盤（SSD）依靠卓越的性能，閃電般的速度，成為時(shí)下電腦用戶的寵兒 。很多人聽說過固態(tài)硬盤，或是選購電腦聽過，或是辦公電腦換成了固態(tài)硬盤，或是工作中涉及存儲技術(shù)，都接觸到 SSD 。
但大家不知道固態(tài)硬盤錯綜復(fù)雜的分類是啥啥啥，不知道SSD固態(tài)硬盤有什么好處? 有什么缺點(diǎn)？ 本文深入淺出一一分解 。
本文重點(diǎn)在當(dāng)下(2022年)主流的技術(shù)，既不沉溺于發(fā)展歷史，也不引入目前尚未成熟的技術(shù) 。
1. 什么是固態(tài)？
固態(tài)硬盤(Solid State Drives)，簡稱SSD 。它是一種電腦存儲設(shè)備，由閃存(Flash）、 閃存控制器、高速緩存（DRAM）組成 。電腦主要由處理器、內(nèi)存、顯卡、硬盤組成，而固態(tài)硬盤就是硬盤的一種 。
SSD泛指使用閃存芯片組成的SSD固態(tài)硬盤，是使用NAND FLASH(閃存, 本文提到的Flash 特指 NAND Flash)顆粒作為存儲單元 。沒有機(jī)械結(jié)構(gòu)，利用傳統(tǒng)的Flash特性，以Flash 區(qū)塊寫入和抹除的方式來作讀寫的功能，因此在讀寫的效率上，非常依賴閃存技術(shù)的發(fā)展，與傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤相較，具有低耗電、耐震、穩(wěn)定性高、耐低溫等優(yōu)點(diǎn) 。
下圖左邊是固態(tài)硬盤，右邊是機(jī)械硬盤內(nèi)部：
文章插圖
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存儲控制器:
控制器在SSD中的作用，就想當(dāng)于電腦中的CPU，控制固態(tài)硬盤的內(nèi)部操作非常重要 。
閃存：
物理上存儲數(shù)據(jù)的地方 。
外部緩存:
利用DRAM 放置映射表，提高速度 。
基于閃存的固態(tài)硬盤：采用FLASH芯片作為存儲介質(zhì)，外觀可以被制作成多種模樣的存儲產(chǎn)品，例如：筆記本硬盤、微硬盤、存儲卡、優(yōu)盤等樣式 。針對不同的存儲產(chǎn)品，用到的接口也百花齊放 。
2. 固態(tài)硬盤與普通硬盤的主要區(qū)別
1、速度，主流固態(tài)硬盤傳輸速度能達(dá)到3700MB，其中讀取速度達(dá)到4000MB/s每秒，寫入速度達(dá)到3700MB每秒 。而傳統(tǒng)硬盤讀取速度極限也無法超越200MB每秒，寫入速度在100MB每秒左右 。如果遇到非連續(xù)的散片數(shù)據(jù)，SSD能體現(xiàn)出極快的讀寫速度 。而傳統(tǒng)機(jī)械硬盤由于磁頭尋道等原因，傳輸速度偏慢 。
擴(kuò)展閱讀： [ 固態(tài)硬盤比機(jī)械硬盤快的原因（科普篇）]
2、安全，固態(tài)硬盤沒有盤片，所以只要其芯片不受到外形擠壓產(chǎn)生形變，數(shù)據(jù)就能獲得安全的保存 。而傳統(tǒng)硬盤沒有這一優(yōu)勢，一旦在高速旋轉(zhuǎn)過程中盤片和磁頭碰撞，甚至不合理接觸，都會造成盤片受損，數(shù)據(jù)丟失 。
3、經(jīng)濟(jì)，在同樣容量下，固態(tài)硬盤現(xiàn)階段價(jià)格高于傳統(tǒng)硬盤3-5倍，但是隨著摩爾定律的前進(jìn)，固態(tài)硬盤NAND閃存芯片密度會越來越大，則存儲量越來越高，終有一天會取代傳統(tǒng)的次存儲設(shè)備 。
理性選購+及時(shí)備份+養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，還有就是多渠道備份資料，如網(wǎng)絡(luò)硬盤備份等等，防患于未然 。以上是SSD固態(tài)硬盤的優(yōu)缺點(diǎn)詳細(xì)介紹，對固態(tài)硬盤感興趣的朋友，可以繼續(xù)閱讀下下面的相關(guān)推薦 。
3. SSD 分類
根據(jù)接口區(qū)分，固態(tài)硬盤有SATA 3.0接口、MSATA接口、M.2接口、PCI-E接口四種類型 。
3.1 根據(jù)接口區(qū)分
3.1.1 SATA 3.0接口
作為最常見的接口，采用SATA 3.0接口的固態(tài)硬盤擁有較高的性價(jià)比 。和上代SATA 2.0接口相比，SATA 3.0接口的傳輸速度可達(dá)6GB/S 。
3.1.2 MSATA接口
MSATA接口全稱為【Mini-SATA】接口，采用該接口的固態(tài)硬盤比SATA 3.0接口的固態(tài)硬盤在體積上要小很多 。由于體積的優(yōu)勢，MSATA接口的固態(tài)硬盤常見用于輕薄筆記本，其傳輸速度和穩(wěn)定性和SATA 3.0接口的固態(tài)硬盤沒有區(qū)別 。
3.1.3 M.2接口
M.2接口的固態(tài)硬盤擁有體積小，性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn) 。目前，主流的主板和M.2接口固態(tài)硬盤都支持PCI-E 3.0 x 4通道，理論帶寬可達(dá)32Gbps，性能十分出眾 。
3.1.4 PCI-E接口
PCI-E接口的固態(tài)硬盤只能用于臺式機(jī)，它采用通過總線與CPU直連的方式，擁有優(yōu)于M.2接口固態(tài)硬盤的性能，但是價(jià)格比較高，適用性也比較低 。
3.2根據(jù)閃存顆粒區(qū)分
閃存最小物理單位是 Cell, 一個(gè)Cell 是一個(gè)晶體管 。
閃存是通過晶體管儲存電子來表示信息的 。在晶體管上加入了浮動?xùn)刨A存電子 。數(shù)據(jù)是0或1取決于在硅底板上形成的浮動?xùn)胖惺欠裼须娮?。有電子為0，無電子為1.
【SSD固態(tài)硬盤是什么 1t固態(tài)硬盤是什么意思】SSD 根據(jù)閃存顆粒區(qū)分，固態(tài)硬盤有SLC、MLC、TLC、QLC、PLC 五種類型 。目前主流的是 TLC 顆粒固態(tài) 。
3.2.1SLC顆粒固態(tài)
SLC 一個(gè) cell 存儲1個(gè)bit的數(shù)據(jù)，其速度快，價(jià)格貴，壽命長 。擦寫壽命約為10萬次 。SLC 顆粒固態(tài)現(xiàn)在已停產(chǎn) 。
3.2.2 MLC顆粒固態(tài)
MLC 一個(gè) cell 存儲2個(gè)bit的數(shù)據(jù)，其速度一般、價(jià)格一般、壽命一般 。擦寫壽命約為5000-10000次 。MLC 顆粒固態(tài)目前快要淡出市場 。
3.2.3 TLC顆粒固態(tài)
TLC 一個(gè) cell 存儲3個(gè)bit的數(shù)據(jù)，其速度慢、價(jià)格便宜、壽命短 。擦寫壽命約為500-3000次 。TLC 顆粒固態(tài)是現(xiàn)在SSD 產(chǎn)品的主流 。
3.2.4 QLC顆粒固態(tài)
QLC 一個(gè) cell 存儲 4 bit 的數(shù)據(jù)，相比上一代容量增加 33%，P/E壽命也更短，理論擦寫次數(shù)僅150次 。目前市場上還未量產(chǎn) 。
3.2.5 PLC 顆粒固態(tài)
PLC 一個(gè) cell 存儲 5 bit 的數(shù)控，相比上一代容量增加 25% 。全球首款PLC SSD 以面世 。
存儲密度大幅提升的同時(shí)，單位Bit成本顯著下降 。但隨著NAND結(jié)構(gòu)由簡入繁，存儲單元之間的電荷干擾增加，顆粒P/E耐久和讀寫性能逐漸走低 。
需要注意的是盡管各類顆粒擦寫壽命有比較大差別，但現(xiàn)這些顆粒的生命周期已長于日常消費(fèi)級電腦的更新?lián)Q代周期，除非用于重要數(shù)據(jù)存儲，否則不用過于擔(dān)心壽命問題，一般選擇自己預(yù)算范圍內(nèi)合適的容量和讀取速度即可 。
4. SSD 的優(yōu)缺點(diǎn)
4.1 固態(tài)硬盤的優(yōu)點(diǎn)
4.1.1 寫入速度快
基于閃存的固態(tài)硬盤寫入速度極快
4.1.2 無噪音
因?yàn)闆]有機(jī)械馬達(dá)和風(fēng)扇，工作時(shí)噪音值為0分貝 。某些高端或大容量產(chǎn)品裝有風(fēng)扇，因此仍會產(chǎn)生噪音 。
4.1.3 啟動快
沒有電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)的過程 。
4.1.4 讀取延遲小
不用磁頭，快速隨機(jī)讀取，讀取延遲極小 。根據(jù)相關(guān)測試：兩臺電腦在同樣配置的電腦下，搭載固態(tài)硬盤的筆記本從開機(jī)到出現(xiàn)桌面一共只用了18秒，而搭載傳統(tǒng)硬盤的筆記本總共用了31秒，兩者幾乎有將近一半的差距 。
4.1.5 碎片不影響讀取時(shí)間
相對固定的讀取時(shí)間 。由于尋址時(shí)間與數(shù)據(jù)存儲位置無關(guān)，因此磁盤碎片不會影響讀取時(shí)間 。
4.1.6 體積小重量輕
低容量的固態(tài)硬盤比同容量機(jī)械硬盤體積小、重量輕 。但這一優(yōu)勢隨容量增大而逐漸減弱 。直至256GB，固態(tài)硬盤仍比相同容量的普通機(jī)械硬盤輕 。
4.1.7 發(fā)熱量較低
固態(tài)硬盤低功耗，相比機(jī)械硬盤更省電 。低容量的基于閃存的固態(tài)硬盤在工作狀態(tài)下能耗和發(fā)熱量較低，但高端或大容量產(chǎn)品能耗會較高 。
4.1.8 工作溫度范圍更大
典型的硬盤驅(qū)動器只能在5到55℃范圍內(nèi)工作 。而大多數(shù)固態(tài)硬盤可在-10~70℃工作，一些工業(yè)級的固態(tài)硬盤還可在-40~85℃，甚至更大的溫度范圍下工作(e.g: RunCore軍工級產(chǎn)品溫度為-55~135℃) 。
4.1.9 經(jīng)久耐用、防震抗摔 。
由于全部采用了閃存芯片，因此SSD固態(tài)硬盤即使在高速移動甚至伴隨翻轉(zhuǎn)傾斜的情況下也不會影響到正常使用，而且在筆記本電腦發(fā)生意外掉落或與硬物碰撞時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)丟失的可能性降到最小 。比起傳統(tǒng)硬盤，固態(tài)硬盤抗震能力要強(qiáng)很多，使得數(shù)據(jù)能更加安全地保存 。
4.1.10 不會發(fā)生機(jī)械故障
內(nèi)部不存在任何機(jī)械活動部件，不會發(fā)生機(jī)械故障，也不怕碰撞、沖擊、振動 。這樣即使在高速移動甚至伴隨翻轉(zhuǎn)傾斜的情況下也不會影響到正常使用，而且在筆記本電腦發(fā)生意外掉落或與硬物碰撞時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)丟失的可能性降到最小 。
4.2 固態(tài)硬盤缺點(diǎn)：
4.2.1 固態(tài)硬盤壽命有限
固態(tài)硬盤雖說沒有傳統(tǒng)硬盤那樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)，不存在磁頭老化、磁盤壞道等問題，但由于采用了閃存作為存儲介質(zhì)，其有限的擦寫次數(shù)是一大硬傷 。以32nm工藝的閃存芯片為例，固態(tài)硬盤常見的閃存顆粒理論擦寫壽命約為5000-10000次 。固態(tài)硬盤相比機(jī)械硬盤還是“脆弱”了些：傳統(tǒng)硬盤的將數(shù)據(jù)記錄在磁層上，理論上可以經(jīng)受無數(shù)次的讀寫操作而不會有磁失效的危險(xiǎn)，顯然閃存做不到這種程度 。
4.2.2 數(shù)據(jù)丟失不可恢復(fù)
如果說機(jī)械硬盤壞了還可以做數(shù)據(jù)恢復(fù)的話，固態(tài)硬盤就連這個(gè)“后悔藥”都沒得吃，因?yàn)楣虘B(tài)硬盤的工作原理與機(jī)械硬盤不同 。傳統(tǒng)硬盤的將數(shù)據(jù)記錄在磁層上，理論上可以經(jīng)受無數(shù)次的讀寫操作而不會有磁失效的危險(xiǎn)，因此即便是硬盤已經(jīng)損壞，仍可以通過專業(yè)工具讀取磁層柱面信息來恢復(fù) 。但是固態(tài)硬盤不同，其內(nèi)部沒有任何機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)被零散地分散在各個(gè)閃存之中，要從損壞后的閃存芯片中數(shù)據(jù)恢復(fù)，從目前來講幾乎是不可能的 。因?yàn)閮烧叽鎯υ聿煌虘B(tài)硬盤刪除文件時(shí)不是像機(jī)械硬盤那樣僅僅刪除文件的索引，而是全部刪除 。
4.2.3 速度高，不穩(wěn)定
固態(tài)硬盤一經(jīng)推出，直接顛覆了消費(fèi)者對硬盤的傳統(tǒng)概念：不怕震了，開機(jī)吊著SSD蕩秋千(當(dāng)然你的數(shù)據(jù)線要夠結(jié)實(shí));速度快了，拷貝一部動作大片僅需幾分鐘;開機(jī)猛了，“您的開機(jī)速度擊敗了全國99%的電腦” 。但是“快”不一定是好事，遇到藍(lán)屏就悲催了 。別只看表面的讀寫速度，誰整天沒事看著文件復(fù)制速度發(fā)呆?固態(tài)硬盤作為一款儲存介質(zhì)，首要要求是穩(wěn)定 。速度再快的SSD，買回家卻每天只能對著隨時(shí)可能藍(lán)屏的電腦，有什么用呢
4.2.4 固態(tài)硬盤越用越慢
固態(tài)硬盤會越用越慢，這和固態(tài)硬盤的工作原理有很大的關(guān)系 。固態(tài)硬盤使用閃存作為儲存介質(zhì)，而閃存有個(gè)特性：必須先擦除之后才能再次寫入數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)和機(jī)械硬盤不同，機(jī)械硬盤可以直接在數(shù)據(jù)上面覆蓋寫入 。隨著時(shí)間的推移，SSD中從未使用的存儲空間越來越少，很多時(shí)候必須先擦除閃存中的數(shù)據(jù)然后再寫入，因此其性能就會明顯下降 。
4.2.5 芯片品質(zhì)參差不齊
閃存芯片都是從晶圓上切割下來再進(jìn)行封裝，產(chǎn)品良率并不一定理想，有些是容量不足，有些是壽命不能達(dá)到要求，有些是測試不能通過，這些不能達(dá)到出廠要求的產(chǎn)品經(jīng)過各種渠道流入市場，俗稱“黑片”“白片” 。既然SSD使用閃存芯片作為儲存介質(zhì)，就同樣存在這種芯片品質(zhì)參差不齊的情況 。同一款SSD產(chǎn)品，視容量大小里面會有4~16個(gè)閃存芯片 。這樣帶來的壞處顯而易見，一塊硬盤崩潰將造成所有數(shù)據(jù)不可逆性的損失 。雖然一個(gè)固態(tài)硬盤芯片的損壞不至于全盤皆滅，但如果恰好這個(gè)位置儲存了重要資料，請節(jié)哀 。
4.2.6 價(jià)格貴
固態(tài)硬盤發(fā)展至今已經(jīng)有幾年了，目前SSD容量也由很大的容量，主流的已經(jīng)到 512GB 。而機(jī)械硬盤，目前基本標(biāo)配就是1TB，容量是SSD的幾倍 。
若以單個(gè)GB 的價(jià)格算，機(jī)械硬盤價(jià)格比SSD 低很多 。
擴(kuò)展閱讀： [SSD固態(tài)硬盤有什么優(yōu)缺點(diǎn) SSD固態(tài)硬盤優(yōu)缺點(diǎn)介紹]
5. SSD 品質(zhì)指標(biāo)
5.1 SSD 重要指標(biāo)
固態(tài)硬盤有 3 個(gè)重要指標(biāo)：性能 、功耗 和可靠性 。
5.1.1 SSD 的性能
SSD 性能取決于：
閃存介質(zhì)讀寫速度（先天條件）控制器性能（后天努力）高速緩存大小 （貴人相助）與主機(jī)傳輸速度 (外部條件）
5.1.2 SSD 的功耗
為什么這么在意功耗？
功耗就是單位時(shí)間內(nèi)耗電情況，功耗越小越有優(yōu)勢 。在手持消費(fèi)產(chǎn)品和電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，電池壽命可能是最重要的因素 。對于擁有數(shù)千臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，每臺服務(wù)器都配備了SSD，電力供應(yīng)是安裝和運(yùn)行成本的重要組成部分 。
固態(tài)硬盤的功耗卻決于閃存和閃存控制器硬件 。閃存和控制器都是芯片，影響芯片功耗的原因主要是電源設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)決定的 。對于同一個(gè)SSD，在不同場景下的功耗也是不同的，對于SSD 本身來說，當(dāng)下速度越快，功耗越高 。
5.1.3 SSD 的可靠性
固態(tài)硬盤的可靠性取決于：
閃存壽命和DPPM
固件的閃存糾錯、壞塊管理、Read Disturb 預(yù)防、磨損均衡的算法
固態(tài)硬盤最大的優(yōu)點(diǎn)是：速度快，這得益于它使用的介質(zhì)時(shí)閃存（如它的名字，閃電般的存儲） 。天下武功，唯快不攻，這也是它斬殺無數(shù)其他存儲產(chǎn)品的原因 。
固態(tài)硬盤最大的缺點(diǎn)是：價(jià)格居高，這影響到它的商用普及速度 。嵌入式產(chǎn)品離不開性價(jià)比，在性能和價(jià)格中間決戰(zhàn)，總會有人選擇價(jià)格 。
總結(jié)
以上僅僅簡單介紹了SSD 基本知識，包含：
SSD 和 機(jī)械硬盤的差別，SSD 比機(jī)械硬盤的存儲介質(zhì)和讀寫方式不同。
詳細(xì)分析了SSD 的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)勢在速度，劣勢在不適合長久存儲數(shù)據(jù) 。
分析了SSD 重要指標(biāo)，由閃存、控制器、接口共同影響，其中閃存是最主要影響因素 。
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