SSD介绍

何为SSD? Solid State Disk/Drive，固态硬盘也。现在，想必很多人都知道这东西，并且自觉或者不自觉的在使用着固态硬盘。一台刚买的新机子，如果配有固态硬盘，你看到系统启动只要几秒钟，飞一般的感觉，非常的爽。但你可能认为这是新机，i5+4G/8G内存，速度快是本该如此，SSD在其中起的作用，你可能并没有充分认识到。但是，如果你把你的老机子，硬盘换成固态硬盘，你会惊讶的发现，之前系统启动需要一分多钟，现在只需要十多秒，你会感慨：真的是一分钱一分货呀，SSD真是神奇，让你的机子焕发第二春了。

速度快，可能是用户在使用过程中对SSD最直观的感受。当然，价格高，应该是用户在选购时的第一感受。除此之外，SSD对很多人来说，还是个比较新颖神秘的东西。本文旨在科普SSD。什么是SSD？相比传统硬盘HDD，SSD有什么优劣势呢？本文一一道来。

SSD是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，主要部件为控制器和存储芯片。存储芯片有DRAM芯片和FLASH芯片。DRAM固态硬盘我们见得少，主要应用于特殊的场合。(世界上第一块SSD就是基于RAM的，1978年。）但由于DRAM掉电易失性，当然还有成本因素，现在的SSD一般都不用DRAM，而是使用FLASH作为存储介质，并且是NAND FLASH。你可能在很多SSD里面能看到DRAM芯片，但它不是用来做存储介质的，而是主要做缓存使用。基于FLASH的SSD内部构造十分简单，其主体就是一块PCB，上面最基本的配件就是控制芯片，缓存芯片（有些SSD没有缓存芯片）以及FLASH芯片。

主控芯片是固态硬盘的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA/PCIE等接口。不同的主控之间能力相差非常大，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。一般主控具有以下功能模块：

市面上比较常见的固态硬盘有LSISandForce、Indilinx、JMicron、Marvell、Phison、Goldendisk、Samsung以及Intel等多种主控芯片。

主流SSD几乎都是以NAND FLASH作为存储介质的。RAM访问速度很快，读写均在纳秒时间内完成，并且支持随机访问。但它有个最大的缺点就是易失性，一旦掉电，数据就会丢失。（所以，以DRAM为存储介质的SSD必须有独立的电源来确保数据不丢失。）另一方面，常用的磁性存储（例如HDD），速度慢，基于物理结构。一般的消费级硬盘读取时间是毫秒级的。但它是非易失性的，即便掉电，存储在上面的数据也不会丢失。NAND FLASH正好结合了两者的优点：速度快，非易失性。NAND FLASH的访问速度虽然不及DRAM，但比硬盘访问来得快，一般MLC 的读取时间为几十微妙，写入时间为一个毫秒左右；存储在FLASH上数据，即使掉电，也不会导致数据丢失。当然，NAND FLASH也有自身的寿命，时间过长，数据也会遗失，不过，这个时间大概要十来年。（需要说明的是，这里的寿命不是说由于擦除次数过多导致NAND寿终正寝，而是存在上面的数据，即使不对NAND进行任何读写擦操作，十年左右时间也会有数据丢失现象）但在电子产品更新如此快的今天，相信没有几个人会把一个SSD用上十年。

现在主要的FLASH制造厂商分为两大阵营，一是ONFI阵营，以Intel 和Micron为代表，然后就是TOGGLE阵营，以Samsung，Toshiba为代表。除以上几家制造商外，Sandisk，Hynix，Infineon 等也是FLASH制造大商。

关于NAND FLASH原理以及更细节的东西，请参考《闪存基础》，这里不展开。

SSD vs HDD:

上图是HDD和SSD产品组成对比图。

    HDD主要由盘片（Platter）、磁头(Head)、盘片主轴(Spindle)、控制电机(Actuator)、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份组成。HDD数据是存储在磁性盘片上的。所有的盘片都必须固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。而所有盘片之间是绝对平行的，在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小。所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向动作，而盘片以每分钟数千转的速度在高速旋转，这样磁头就能对盘片上的指定位置进行数据的读写操作。

HDD磁头定位到指定的位置（Sector）进行读写，这个时间是比较长的，毫秒级别的。由于依靠机械部件定位寻道，要提升这个定位时间是很难的，所以就限制了HDD的读写速度，尤其是随机读写速度。对连续读写，只要磁头定位到某个位置 (寻磁道)，接下来就可以快速读写连续数据(磁头不需要重新定位，利用磁盘高速运转访问连续的扇区）；另一方面固件可以利用预读机制对连续读作优化，直接从缓存读数据，减少对盘片的访问。所以我们可以看到，HDD的连续读写速度还是不错，甚至跟一些SSD连续读写速度不分上下。但是，你再看看随机读写速度，HDD跟SSD相比，那是惨不忍睹。随机访问速度永远是HDD的硬伤。然而更为悲剧的是，用户在日常使用HDD或者SDD的时候，绝大多数时候恰恰又是在对它们进行随机访问。这个时候，SDD的优势就体现出来了。

SSD相比HDD，主要有以下几个优势：

1. 速度快：毫无疑问，SSD在速度上可以秒杀HDD，无论在用户体验上，还是测试数据上。

下图是希捷 6TB 硬盘ST6000NM0024 （7200转 128MB SATA3）的AS SSD Benchmark测试数据。该硬盘是目前HDD市场容量接近最大（现在是8TB）,性能接近最好的硬盘了，可以说是HDD当中最优秀的硬盘之一。但是，随便找了身边一块256G Kingston的SSD测试，性能上大败6TB HDD. 需要提醒的是该SSD基于sandforce 二代控制器，在当今SSD市场只能算低档产品。一般的SSD轻松击败顶尖的HDD，SSD比HDD快可见一斑。

VS

2. 功耗低：现在主流消费级HDD工作时功耗接近10W左右，空闲时功耗为5W左右。下面是Micron M600 SSD功耗，相比传统硬盘，SSD的功耗要低些。对便携式设备，如笔记本或者平板电脑，低功耗意味着更长的续航时间；对大型云存储设备，低功耗意味着更小的热量和更少的电费支出。

但现在有些HDD功耗也可以做到接近SSD功耗。

3. 抗震防摔：SSD内部不存在任何机械部件，不像HDD内部存在精密的机械部件，即使不小心发生碰撞或者震荡时，SSD损害或者丢数据的可能性要比HDD小很多。在这一点上，SSD占有绝对优势。
4. 无噪音：客观上，由于没有马达的高速运转，纯电子部件组成，所以SSD比HDD安静。在台式机上，由于有大噪音的CPU和显卡风扇，HDD即使再吵，也比他们安静。这个时候，HDD和SSD是一样的。但如果放在笔记本上，夜深人静的时候，你某牌子的笔记本嘎嘎作响，而你女朋友的苹果笔记本默默无语，你也许会感叹：还是苹果的东西好呀！
5. 身形小巧百变：在外形上，HDD主要有3.5寸，2.5寸，1.8寸等标准尺寸，方方正正，中规中矩。受限于内部构造，HDD不能做到很小，外形也不能做得很随意。而SSD不一样，它可以是标准尺寸，正常形状，也可以拉长做成条状的，甚至可以做成圆形的。最重要的一点是，它可以做得很小，可以栖身超薄笔记本，甚至还可以入驻平板电脑。在超薄的平板上使用HDD，HDD表示：臣妾真的做不到呀！

说了这么多SSD的好处，那相比HDD，它有什么缺点呢？

价格高！准确来说是容价比低。所谓容价比，就是容量与价格的比值。SSD容量小，以前为人所诟病。SSD容量小，我想不是技术原因，而是市场原因。大容量SSD，高昂的价格，没有几个人愿意买单。现在市面上单个HDD最大容量已达8T，SSD最大容量也达到4T。关于容量问题，我认为，HDD要把容量进一步做大，难度反而有点大，而随着NAND工艺不断前进，NAND容量不断增大，毋庸置疑，SSD容量迟早会赶超HDD的。准备好银子吧！

有人说寿命和安全性，SSD不如HDD。几年前，可能是正确的。作为新兴产物，一方面，人们由于缺乏对其了解，存在误解与偏见是可以理解。另一方面，SSD初始的确有其不成熟的方面。但是，随着这几年SSD的迅速发展，可以这样说，SSD丝毫不比HDD有效使用寿命短，也丝毫不比HDD安全性差。（当然，劣质SSD除外。）后续我们会有专门的文章来探讨SSD可靠性和安全性问题。担心是由于不了解，当你深入理解了SSD后，就不会再担心你SSD数据是否可靠与安全了。让你放心使用SSD，这也是我们的心愿。