关于固态硬盘,你必须知道一些

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随着固态硬盘的崛起,价格也是越来越低,装机搭配一块固态硬盘成为了几乎所有电脑的标配。PC电脑硬件之间的木桶效应,本来机械硬盘时代的短板被固态硬盘弥补了一段,但是固态硬盘的结构简单,制造技术低,如果你愿意,自己也能DIY一块固态硬盘,然而这也间接导致市场鱼龙混杂,如何选购成为了一个难题。

随着固态硬盘的崛起,价格也是越来越低,装机搭配一块固态硬盘成为了几乎所有电脑的标配。PC电脑硬件之间的木桶效应,本来机械硬盘时代的短板被固态硬盘弥补了一段,但是固态硬盘的结构简单,制造技术低,如果你愿意,自己也能DIY一块固态硬盘,然而这也间接导致市场鱼龙混杂,如何选购成为了一个难题。但是不用担心,因为有一句经典的话可以解决任何问题,加钱可以解决你百分之99的问题,如果不能解决,可能是钱加的不够多。

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我以前也写了简单的固态硬盘的选购,也写过一篇评测,还是觉得加钱真的什么都不是事,虽然这样,但是还是为了那些喜欢再深入一些的小伙伴写下这篇文章。

内部组成

SSD简单说由五部分构成:主控芯片,闪存,外置缓存颗粒,PCB板以及外壳。

主控:主控类似于CPU进行固态硬盘的内部运算,主控很重要。

闪存:存储小姐姐的地方。

外置缓存:某些型号没有外置缓存,有些集成在主控内部,有些特殊设计不需要很大缓存所以没有,类似于内存。

SLC缓存:大幅提升固态硬盘爆发速度的技术。

PCB板:把主控、闪存颗粒、外置缓存颗粒等其他芯片焊接在上面的的板子,类似于主板。

外壳,铁壳子或者塑料盒子。

 

一 闪存颗粒(最灰色的地方)

1 闪存颗粒厂商

三星镁光海力士东芝等等,最大的就是三家,三星、英特尔(镁光,合作建厂)、东芝。其他颗粒也有美光的大S颗粒,还有其他的一些封装厂,例如威刚,群联。能生产颗粒最重要的晶圆的就是那么最大的三家,其他厂家要么生产的少,要么就是拿生产的晶圆自己封装成你所能看到的闪存颗粒。

2 颗粒类型

众所周知的SLC、MLC、TLC、QLC以及特殊的3D Xpoint闪存颗粒。

3 颗粒的简单原理

不同的闪存颗粒简单点说就是单位面积储存的数据不同,增加储存的数据量,可以增加单位面积的数据储存上限,但是会造成寿命和性能的降低。

SLC颗粒:NAND闪存的始祖,具有十万次的P/E寿命,(就是十万次擦写寿命,就是相当于把盘写满,然后删除),同时具有很高的速度,但是成本高,单位密度低,民用几乎看不到。

MLC颗粒:具有3000——10000次的P/E寿命,速度表现尚可,不过主流市场现在也很少了,能买到的要么二手,要么大船货,已经基本退出了主流市场,但是还是可以买到的,价格中等。

TLC颗粒:具有500-1000次的P/E寿命,速度较慢,但是有SLC缓存的加持,短时间速度表现也很不错,加上有很多针对TLC的主控芯片,为2TLC普及添砖加瓦。家用主流市场现在几乎都是TLC颗粒,但是商用或者大型数据处理中心还是以MLC,SLC为主。

QLC颗粒:最近出现的颗粒,在市场上还是较少的,但是寿命和速度表现较差,暂时不推荐,如果日后技术成熟了,买来作为仓库还是不错的。

Intel 3D xpoint颗粒:具有极高的寿命,民用可以作为传家宝级别,介于DRAM和NAND之间的速度,第一代约有1%DRAM的速度,但是那也比NAND强非常多,随机读写性能碾压NAND。

原理:闪存颗粒原理很复杂,后面如果大家有兴趣我可以把我以前看过的资料搬运过来,简单点说就是闪存颗粒如果要数据读写,需要将电子穿过一个类似电容的场,不然电子乱跑,加电压以后电子顺着场做运动穿过电容中间的二氧化硅,然后读写数据。就像一道水闸,加电压水闸降低,水就流过去了。(可能不是很准确,但是这是我能想到的最简单的方法,有点硬核),这里附上一张网上找到的图,帮助理解。

 

SLC闪存有0、1两种状态,可以表示1bit数据;MLC闪存有11、10、01、00四种状态,可以表示2bit数据;TLC闪存有111、110、101、100、011、010、001、000八种状态,可以表示3bit数据,说这些和耐用性有什么关系呢?问题在于,闪存单元每次编程或擦除的电子穿越过程都会导致硅氧化物的损耗。这东西本来就只有区区10纳米的厚度,每进行一次电子穿越就会变薄一些。也正因为如此,硅氧化物越来越薄,耐用性自然就更差了。

硅氧化物损耗得差不多之后,原子键就会断裂,部分电子可能会在穿越过程中被困在氧化物中,导致负电荷积累,使得闪存单元再次编程的时候抵消控制栅极的部分电压。擦写时间也会因此延长,因为在达到何时的电压之前需要更长时间、更高的加压。主控制器是无法改变编程和擦写电压的。如果原本设计的电压值工作异常,主控就会尝试不同的电压,这自然需要时间,也会给硅氧化物带来更多压力。

简单地说,SLC的电压状态最少,可以容忍电压的更大变化,MLC的四种状态也基本可以接受,TLC的八种就太多了,电压可变余地很小。在不清楚确切的所需电压之时,就不得不将同样的电压分成八份(SLC、MLC分别只要两份和四份)。在使用过程中,编程和擦写一个TLC闪存单元所需要的时间也越来越长,最终达到严重影响性能、无法接受的地步,闪存区块也就废了。(这段网上找到的,我觉得写的不错,讲的很清楚明白)

4 颗粒封装

其实颗粒并不是所看到的一个大黑片,里面其实是一个晶圆小块,然后外面是黑色树脂包裹保护以及一些走线

整体过程是:晶圆厂挑选晶圆——切割——再次检测——封装。

晶圆第一步挑选完后会有一部分被淘汰,这部分通过某些渠道流出,下游厂商切割,屏蔽坏的部分,成为黑片。

第二步切割以后,将切坏了的淘汰,被下游封装厂得到,封装后成为白片,例如大S颗粒,白片比黑片好,不是不能用,但这是好的白片,差的白片一般用去做储存卡,U盘等,但是还是有厂商做固态硬盘。差的白片和黑片差不多,白片不能一棒子打死,但是也不能直接武断同意。

第三步再次检测后留下的就是正片,正片厂商封装完成后就成为了我们看到的颗粒。

二 主控

如果将颗粒比作马,那么主控就是鞭子,驱使管理颗粒。没有主控,颗粒只能是莽夫。一个好的固态硬盘,一般主控也不会很差。主控厂商有三星(对,又是三星),Intel,慧荣,美满(Marvell,也称马牌),群联(phison),智威等。

一般三星的主控只用在自家的固态硬盘上,Intel研究出来也是只给自己家企业级固态用。

 

慧荣

美满

主控功能

SLC缓存:将TLC变成只储存1bit的数据,那么这块就成为了SLC缓存,但是毕竟TLC终究是TLC,缓存用完后便会原形毕露。

TRIM:TRIM,垃圾回收机制,因为固态硬盘和机械硬盘写入擦除方式不同,固态硬盘写入数据最小是page页,擦除就是block块,类似于写入是可以写入1KB数据,但是擦除时不能只擦除1KB,需要擦除100KB(举例,实际不是这样的大小)。所以需要把部分没用的数据挪到一起,凑够一个块,然后一次擦除。七彩虹有一款SL500就没有这个功能,我用过,那是一个阳光明媚的下午,我用着PSXD的整机,关机以后却发现再也打不开了,然后通过排除,确定问题是固态,嗯,就是这样,那台电脑我只用了半年,10次P/E都没到,现在它的配件应该随着咸鱼散落到了全国各地。固态应该进入了垃圾堆,早知道我把颗粒留下来说不动以后能做个U盘,都怪当初年少无知。。。。。。

磨损均衡:一个块不能一直擦除写入,需要大家雨露均沾,不然一直用一个块,容易用坏了,这就是磨损均衡。

三 接口以及协议

接口决定了速度的上限,不管你固态实际多快。

接口:SATA和mSATA,M.2,PCIE这四个常见的

协议:SATA和部分走SATA通道的M.2固态对应AHCI协议。走PCIE通道的M.2就是NVME协议。

1 SATA和mSATA接口

SATA在台式机上是必定有的一个接口,mSATA在比较老的笔记本上有,大概4年前的应该就是这个接口较多,如果是老的三四代U,稍微好一些的本子应该有这个接口,我的一个本子就有,不过后来少见了,因为有了M.2接口。SATA现在基本是3.0和2.0的较多,理论上2.0是3Gbps,3.0速度6Gbps,能够达到750MB/S的速度,实际上大部分都是500M/S,也有少于这个的廉价硬盘。

2 M.2接口

关于M.2接口的说明M.2接口有两种B-key和M-key,后者是走PCIEx4通道,前者x2通道,速度不太一样,体验差不多。以前我的这块金士顿A1000就是Bkey,有两个缺口,正面看缺口在左边是Bkey阵脚是6个。下面的PM981是Mkey,缺口在右边,针脚5个。

3 PCIEx4通道

吧PCIEx4固态做到PCIE插卡上,可以增加体积增强散热以及其他功能,例如断电保护等。同时也能获得直通CPU的PCIE通道,获得更快的速度提升,但是较低的平台会和显卡抢占通道,毕竟直通CPU的PCIE通道很珍贵。一般其他的都是南桥提供的,速度比不上直连的。

四 DRAM缓存

SSD的DRAM缓存作用是储存 映射表数据,有些固态硬盘没有外置的缓存,但是集成在主控内部,叫做SRAM。映射表数据就像是一个账本,记录着颗粒哪些地方储存着什么数据,哪些是没用的数据,在垃圾回收时可以方便很多。

这部分缓存还有缓冲作用,如果要在510KB无效空间中存放4KB数据,需要先擦除512KB,再写入4KB,缓存可以存储多个4KB数据,等到一定量后一次擦除写入,减小写放大。可以可到近乎顺序写入的速度。

五 掉电保护

掉电保护可以保护SSD中正在读写的数据,简单点说就是有一些掉电保护电容,供电时电容充电,意外断电后电容放电,让固态硬盘把未完成的数据完成,再映射表中做好记录,使固态硬盘通电后还能继续使用。一般民用数据没那么重要,考虑到成本原因,也是售价原因,家用的没这个功能,但是PCIE直连CPU的固态硬盘有,但是有一个这类硬件的通用缺点,那就是贵。一般这个功能企业级SSD都有。

六 OP容量

固态硬盘除了能看到的那部分空间,还有一部分隐藏空间,这部分就是OP容量。当部分SSD原来的空间损坏后,这些隐藏的空间顶上去来提升SSD寿命。

七 其他

写放大:前面提到过,如果要在512KB无效空间中存放4KB数据,需要先擦除512KB,再写入4KB,这就是写放大,写入4KB,却要擦除512KB,这是128倍的放大,不过一般没有这么极端,写放大造成了不必要的擦除,降低寿命。擦一次是这么久,如果是很多次呢,那么浪费的时间就体现在速度上,降低了性能。所以减小写放大不仅提升性能,还延长寿命。

OP空间:虽然OP空间越大越好,但是高于一定量便没有意义,购买时一般也不会标注出来,所以不必非常在意。

日常使用:如果没什么必要,不要经常擦写固态硬盘,这会降低寿命。所以固态硬盘240G及以下最好就是别分区了,因为单个分区小了,可能需要重新删除一些东西。这个不完全,基本看个人喜好,只是建议。

通过这篇文章一些东西看出,SSD是有寿命的,而且更短一些,尤其TLC寿命和SLC比都不是一个数量级,所以厂商有很多方法保证SSD寿命。经常擦写降低寿命,主控不好降低寿命,颗粒不好寿命更低。所以选购这三个方面成为了三个需要考虑的最重要的方面。

所以选购时,你不知道颗粒怎么样,主控你也不会知道详细型号,愿意去查可以网上找评测,不愿意,那么加钱。以240G为例,一般1元1G的用着就没问题,不排除被坑的那种。1元以上1G的就是高性能的范畴,1元1G以下的也能用,但是肯定就不会是好的主控,不会是好的颗粒,正片基本不用想。

八 废话

每次都喜欢讲一些废话,需求决定了市场,没有需求就没有市场,为什么黑片横行,因为有人用,谁会用,不懂的小白,懂的整机商人。利用信息的不对称赚取一些黑色利益,没什么对错,你有你的理由,我有我的理由,法律也没说不能卖,我也说了能用,但是总归是不好的,就像我评测的那块金胜SSD,入选京东十佳固态硬盘。不懂得人看到这里,想想应该还不错,那么就买了。

固态硬盘说了这么多,作用是什么,那我告诉你的就是,提升实际体验,让你游戏少一些卡退,不要进LOL就卡出来,进游戏快一些,开机快一些,打开应用快一些,提升性能?没有,不能提升你CPU,GPU速度。你要是觉得没用,我也懒得和你犟,你花钱的,你说没用就没用,和我没一毛钱的关系。

网上很多流言蜚语,淘宝成天喂小编吃屎的人不在少数,为什么?写的东西毫无用处,打广告,谁都是为了生活,我写一些东西为了过滤一些没用的东西,不过还是那么一句话,好心救不了想死的鬼,且行且珍惜。

责任编辑:武晓燕 来源: 今日头条
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