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2024年4月13日发(作者:sunstudiounix命令)

认识SSD固态硬盘,主控芯片和闪存芯片详解

SSD( Solid State Disk )俗称固态硬盘,相对原来的主轴旋转,并无机械部分,

所以被人称为固态硬盘,就是用闪存芯片替代磁盘介质制造出来的硬盘。在接口规范和定

义、功能以及使用方法与传统硬盘完全相同。

主控芯片和闪存芯片是SSD中最为重要的两个原件,也是影响SSD性能的主要因素。

其中主控芯片是SSD的大脑,而闪存芯片则是SSD的数据仓库。

固态硬盘中的“CPU”

除了存储部分由闪存芯片负责之外,固态硬盘的功能、工作方式等都由主控芯片负责。

主控芯片在SSD中的作用就跟CPU一样,主要是调度、协调和控制整个SSD系统。主控

芯片一方面负责合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷,另一方面承担了整个数据中转,

连接闪存芯片和外部SATA接口。除此之外,主控还负责ECC纠错、耗损平衡、坏块映射、

读写缓存、垃圾回收以及加密等一系列的功能算法。

由于SSD主控的技术含量不低,能玩得转的其实没几家,主要有Marvell、英特尔、

三星、OCZ、SandForce、Jmicro等几个厂商。主控性能的好换主要取决于这些主控厂商

的技术实力。不同的厂商推出的主控芯片在数据处理能力、算法、对闪存芯片的读取写入

控制上会有非常大的不同,直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数十倍。所以在挑

选SSD,首先得挑选主控,这是SSD性能的基础。

数据的仓库

在SSD中,另一个重要角色就是闪存芯片了。它的作用简单来说就是SSD的数据仓

库,反正“主控芯片”交待存放的东西都要往这里装。市场上的闪存芯片主要有两类,即

SLC(Single Layer Cell 单层单元)闪存芯片和MLC(Multi-Level Cell多层单元)闪存芯片。

SLC的特点是寿命长,理论上极限擦写次数可以达到10万次,因此SLC是目前可靠性最

高的闪存芯片,一直是企业级SSD的首选。但是,高可靠性也带来了高成本,采用SLC

闪存芯片的SSD最大的问题在于价格偏高。相比之下,MLC的编程/擦除次数较少,每单

元2位的闪存编程擦除次数是1万次,每单元3位的闪存擦除次数是3000~5000次,但

MLC胜在成本低,通常作为消费级SSD使用。

影响SSD系统性能和稳定性的因素大致有以下几种:

控制器的性能、闪存性能(MLC、TLC、SLC)、通道数量、接口、PCB(工艺、层数、

电子元器件等)。

SSD日益庞大的市场内充斥着大大小小很多设计、制造厂商,良莠不齐。其中对市场

影响较大的几家厂商有:

➢ Flash设计制造

三星、镁光、东芝、英特尔、海力士

由于flash价格昂贵可靠性不强,这成为限制SSD未来发展的重要因素

➢ SSD主控方案设计

sandforce、mavell、intel、samsung、indilinx等。其中sandforce和mavell

主控由于其良好的性能受到很多OEM厂商青睐,国内尚无比较突出的主控芯片推出。

同步闪存与异步闪存

我们顺便谈一下同步闪存与异步闪存。同步闪存、异步闪存并不是闪存的两种类型—

—两者主要区别是工作模式不一样。同步模式是ONFI(Open NAND Flash Interface)

2.0标准引入的新功能,通过加入同步时钟发生器,主控可以通过发送同步指令激活闪存上

的同步时钟信号,以实现更大的带宽。打个比方,如果异步模式闪存的带宽为50MB/s,

而同步模式下闪存带宽可达到133MB/s以上。当然,同步模式下的高传输率对闪存芯片

的品质也提出了更高的要求,当闪存芯片通过同步检测时就被标为“同步闪存“,通过不

过则被标为”异步闪存”。可以说,同步与异步闪存也是同一生产线上下来的,颗粒品质差

异才产生“优等生”与“差等生”的区别。

SSD的性能指标

1、顺序读写速度(带宽);2、随机IOPS(以4KB大小为单位衡量);3、写放大(越

小越好);4、工作温度范围;5、抗冲击振动;6、寿命(算法+Flash类型决定,FTL、GC、

WL);

7、ECC校验(错误纠正):page中存放的校验位数+BCH/LDPC校验算法;

8、Raid保护(通过异或机制恢复校验算法不能恢复的数据):Raid5保护、Raid6保

护。


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