2022-10-09 分類: 網(wǎng)站建設(shè)
SSD(固態(tài)驅(qū)動器)是一種非易失性存儲介質(zhì),可將固態(tài)閃存存儲在固態(tài)閃存中。構(gòu)成 SSD 的兩個關(guān)鍵組件是:閃存控制器和 NAND 閃存芯片。SSD 控制器的架構(gòu)配置經(jīng)過優(yōu)化,可為順序和隨機數(shù)據(jù)請求提供高讀寫性能。SSD 有時被稱為閃存驅(qū)動器或固態(tài)磁盤。
與硬盤驅(qū)動器(HDD)不同,SSD 沒有移動部件可以斷開或旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的硬盤驅(qū)動器由一個旋轉(zhuǎn)磁盤組成,該磁盤在稱為執(zhí)行器的機械臂上具有讀/寫頭。HDD 機制和硬盤封裝為集成單元。盡管 SSD 現(xiàn)在在臺式機和筆記本電腦中很常見,但由于其較低的單位成本和較高的平均耐久性,企業(yè)和計算機制造商歷來使用旋轉(zhuǎn)磁盤。
旋轉(zhuǎn)的 HDD 以磁性方式讀取和寫入數(shù)據(jù),這是連續(xù)使用中最古老的存儲介質(zhì)之一。然而,磁性能會導(dǎo)致機械故障。相反,SSD 將數(shù)據(jù)讀取和寫入互連閃存芯片的基板,互連閃存芯片由硅制成。制造商通過在網(wǎng)格中堆疊芯片來實現(xiàn) SSD,以實現(xiàn)不同的密度。
為了防止波動,SSD 制造商設(shè)計具有浮柵晶體管(FGR)的器件來保持電荷。這允許 SSD 即使在未連接到電源時也能保留存儲的數(shù)據(jù)。每個 FGR 包含一位數(shù)據(jù),如果充電電池指定為 1,或者如果電池沒有電荷則指定為 0。
SSD 歷史
最早的固態(tài)硬盤通常是為消費類設(shè)備設(shè)計的。2005 年 Apple iPod 的首次亮相標(biāo)志著第一款廣泛應(yīng)用于消費市場的基于閃存的閃存設(shè)備。
EMC(現(xiàn)稱為戴爾 EMC)在 2008 年將其技術(shù)添加到 Symmetrix 磁盤陣列時成為第一家將 SSD 納入企業(yè)存儲硬件的供應(yīng)商。這催生了混合閃存陣列的出現(xiàn),這些陣列結(jié)合了閃存驅(qū)動器和硬盤驅(qū)動器。在大多數(shù)情況下,混合陣列中的企業(yè)級 SSD 用于緩存閃存中的讀取。這是因為與 HDD 相比,SSD 的成本更高,耐用性更低。
最早的商業(yè)設(shè)計 SSD 采用企業(yè)級多級單元(企業(yè) MLC)閃存技術(shù)制造,與消費級 MLC 相比,它具有更強的寫入周期。正在推出使用三級單元(TLC)的新型企業(yè)級 SSD 。采用 3D NAND 制造的 SSD 代表著下一步的發(fā)展。IBM,三星和東芝已經(jīng)生產(chǎn)并銷售了具有 3D NAND 的 SSD,其中閃存單元在垂直層中彼此堆疊在一起。東芝在 2017 年出售其閃存芯片業(yè)務(wù)。
由于固態(tài)磨損性能的改善和閃存價格的下降,閃存的企業(yè)采用率正在上升,盡管全球閃存供應(yīng)的緊縮阻礙了價格的下降。專家們認為,SSD 在一些使用案例中開始取代傳統(tǒng)磁盤,盡管預(yù)計在可預(yù)見的未來,閃存驅(qū)動器和硬盤驅(qū)動器將在許多企業(yè)中共存。例如,SSD 適用于高性能存儲,但對于長期存檔和備份(通常使用固定磁盤)則較少。
SSD 主要特點
SSD 的設(shè)計有幾個特征。由于它不使用移動部件,因此 SSD 不會受到 HDD 發(fā)生的機械故障的影響。它比它的磁盤更安靜,耗電更少。而且由于 SSD 的重量低于硬盤驅(qū)動器,因此它們非常適合筆記本電腦和移動計算設(shè)備。
此外,SSD 控制器軟件還包括預(yù)測分析,可在潛在的驅(qū)動器故障之前提醒用戶。由于閃存具有可塑性,因此全閃存陣列供應(yīng)商可以通過數(shù)據(jù)縮減技術(shù)來操縱可用存儲容量。
SSD 通常使用單級單元(SLC)或 MLC 閃存構(gòu)建。SLC 驅(qū)動器每個閃存介質(zhì)單元存儲 1 位數(shù)據(jù)。基于 MLC 的 SSD 通過將數(shù)據(jù)分成兩部分來使驅(qū)動器容量翻倍。較新的固態(tài)硬盤(稱為 TLC)正在上市,每個閃存單元存儲 3 位數(shù)據(jù)。TLC 比 SLC 或 MLC 便宜,這使其成為基于消費者的閃存設(shè)備制造商的有吸引力的選擇。基于 TLC 的 SSD 提供更多的閃存容量并且比 MLC 或 SLC 更便宜,盡管由于在單元內(nèi)具有八個狀態(tài)而導(dǎo)致比特腐爛的可能性更高。
半導(dǎo)體制造商繼續(xù)設(shè)計越來越小的芯片組,以實現(xiàn)高密度 SSD。英特爾,美光,三星和西部數(shù)據(jù)提供基于 64 層 NAND 閃存的 SSD。目前,韓國閃存制造商 SK 海力士聲稱擁有最密集的 SSD–一款 72 層 256 GB 3D NAND 設(shè)備。2018 年,英特爾和美光推出了四級單元 NAND。
SSD 壽命與 HDD 相比
許多因素會影響 SSD 和 HDDS 的使用壽命,包括濕度和驅(qū)動器內(nèi)部金屬氧化的影響。兩種類型的媒體上的數(shù)據(jù)將隨著時間的推移而降級,其中 HDD 通常每天支持更多的驅(qū)動器寫入器。
如上所述,HDD 的移動部件增加了故障的可能性。為了補償,HDD 制造商將添加震動傳感器來保護個人計算設(shè)備內(nèi)的驅(qū)動器和其他組件。這種類型的傳感器使用壓電電阻來檢測機器是否即將下降,然后采取措施關(guān)閉 HDD 和相關(guān)的關(guān)鍵硬件。
熱量暴露是影響驅(qū)動器壽命的另一個因素,特別是對于 SSD 而言。業(yè)內(nèi)專家建議在低溫下存儲未使用或閑置的 SSD,以延長其使用壽命。當(dāng) SSD 在高溫下持續(xù)運行一段時間時,它可能導(dǎo)致電子從 NAND 閃存中泄漏。
Flash 支持每天有限數(shù)量的驅(qū)動器寫入。隨著越來越多的數(shù)據(jù)被寫入閃存單元,數(shù)據(jù)保留水平降低。企業(yè)級 SSD 的設(shè)計具有比消費者 SSD 更高的耐用性。
SSD 外形
SSD 沒有 HDD 的物理限制。這使驅(qū)動器制造商能夠提供各種外形尺寸的 SSD。最常見的外形是 2.5 英寸 SSD,有多種高度可供選擇,支持串行連接 SCSI(SAS),串行高級技術(shù)附件(SATA)和非易失性存儲器(NVMe)協(xié)議。
固態(tài)存儲計劃(SSSI)是存儲網(wǎng)絡(luò)行業(yè)協(xié)會(SNIA)的一個項目,它已經(jīng)為企業(yè)確定了三種主要的 SSD 外形。
1.傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動器中的固態(tài)硬盤因素適用于服務(wù)器中的相同 SAS 和 SATA 插槽。
2.使用標(biāo)準附加卡形狀因子的固態(tài)卡,例如使用駐留在印刷電路板上的外圍組件互連快速(PCIe)串行卡的那些。PCIe 連接的 SSD 不需要網(wǎng)絡(luò)主機總線適配器(HBA)來中繼命令,從而加快了存儲性能。這些設(shè)備包括 U.2 SSD,通常被認為是目前在薄型筆記本電腦中使用的 miniSATA 驅(qū)動器的最終替代品。
3.固態(tài)模塊位于雙列直插式內(nèi)存模塊(DIMM)或小型雙列直插式內(nèi)存模塊(SO-DIMM)中,可以使用標(biāo)準 HDD 接口,如 SATA。這些設(shè)備稱為非易失性 DIMM(NVDIMM)卡。
在計算機系統(tǒng)中使用兩種類型的隨機存取存儲器(RAM):動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM),其在斷電時丟失數(shù)據(jù),以及靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)。NVDIMM 提供計算機恢復(fù)數(shù)據(jù)所需的持久存儲。NVDIMM 將閃存放置在靠近主板的位置,但操作是在 DRAM 中進行的。閃存組件插入內(nèi)存總線,以便在高性能存儲上進行備份。
SSD 和 RAM 都包含固態(tài)芯片,但這兩種存儲器類型在計算機系統(tǒng)中的功能不同。如上所述,閃存是一種存儲介質(zhì),而 RAM 是活動存儲器,用于執(zhí)行從存儲中檢索的數(shù)據(jù)的計算。
有兩個較新的外形值得注意:M.2 和 U.2 SSD。一個 M.2 SSD 在長度變化-通常為 42 毫米至 110 毫米-和直接連接到母板。它通過 NVMe 或 SATA 進行通信。與傳統(tǒng)的 SSD 外形不同,M.2 設(shè)備不可熱插拔,其小尺寸限制了散熱的表面積,隨著時間的推移,會降低其性能和穩(wěn)定性。在企業(yè)存儲中,M.2 SSD 通常用作引導(dǎo)設(shè)備。在消費類設(shè)備(如筆記本電腦)中,M.2 SSD 提供容量擴展。
U.2 SSD 描述了 2.5 英寸 PCIe SSD。這些小型設(shè)備以前稱為 SFF-8639。U.2 接口允許將基于 NVMe 的高速 PCIe SSD 插入計算機的背板,而無需關(guān)閉服務(wù)器和存儲設(shè)備。
SSD 制造商
固態(tài)硬盤市場由少數(shù)大型制造商主導(dǎo),包括英特爾,金士頓科技,美光,SK 海力士,三星,SanDisk,希捷科技,維京科技和西部數(shù)據(jù)公司。美光,三星和希捷生產(chǎn)和銷售 NAND 閃存芯片組 – 狀態(tài)驅(qū)動器供應(yīng)商,以及基于自己的閃存芯片的市場品牌固態(tài)硬盤。
與傳統(tǒng) HDD 相比,最早的 SSD 的存儲容量有限。最近,SSD 制造商通過抽出更大容量的閃存驅(qū)動器來推動這一趨勢。英特爾,美光,三星和西部數(shù)據(jù)提供基于 64 層 NAND 閃存的 SSD。
2018 年,前全閃存陣列制造商 Nimbus Data 推出了 100 TB SSD。韓國閃存制造商 SK 海力士聲稱擁有最密集的 SSD – 一種 72 層 256 GB 3D NAND 設(shè)備。
在成熟的 SSD 制造商中,三星和希捷正在決定誰能贏得 SSD 容量戰(zhàn)。三星 PM1643 固態(tài)硬盤采用 2.5 英寸外形尺寸,可容納 30 TB 的容量。希捷已經(jīng)為企業(yè)預(yù)覽了 60 TB 的 SSD。
SSD 定價
從歷史上看,SSD 的價格遠高于傳統(tǒng)硬盤的價格。由于制造技術(shù)的改進和芯片容量的擴大,SSD 價格一直在下降,允許消費者和企業(yè)級客戶重新評估 SSD 作為傳統(tǒng)存儲的可行替代方案。近年來,這種現(xiàn)象已多次逆轉(zhuǎn)。
固態(tài)硬盤的市場價格受到摩爾定律的影響,與供需關(guān)系一樣。與 2D NAND 工藝相比,需要更多步驟來設(shè)計密集的 3D NAND SSD。制造商一直在努力提高產(chǎn)量以確保滿足全球需求,近年來業(yè)績喜憂參半。
2015 年至 2017 年間,全球?qū)﹂W存芯片的需求超過了供應(yīng)量。因此,SSD 制造商不得不爭先恐后地填補他們的管道。對閃存芯片的需求波動使 SSD 的價格保持不變,但 SSD 的價格仍高于 HDD。
總部位于臺灣臺北的研究公司 TrendForce 于 2018 年 6 月發(fā)布的一份報告稱,由于閃存芯片供過于求,合同價格開始下跌。由此產(chǎn)生的價格下降有助于推動客戶端 SSD 的采用,包括 PCIe 驅(qū)動器。
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