作者：菜鸟
SSD和U盘的区别
图 1 SSD和U盘结构示意图
两者之间的区别，除了接口协议不一样，其他的惊人的相似，协议不一样，速度不一样。可以通过Nand Flash的Datasheet估算一下速度Nand Flash的速度。
图 2 三星K9ADGD8x0D Datasheet Feature
USB2.0理论速度480Mbps，SATA3.0理论速度6Gbps。按照上述Flash Datasheet大致估算一下，一页随机读取Busy时间最大，数据传输最大400MBps(datasheet中此参数的bps中b为一条数据线上的数据，Flash有8条数据线，一个Cycle传输一个Byte，所以实际上是400MBps)，对于读一页数据的时间集中在Busy时间，可以说Busy时间就是读取一页数据的时间（忽略掉发送命令和真实数据传输的时间）。这样就可以估计Flash的理论最慢速度
计算出的x即使Flash的理论最低速度 ，此速度表示是正常读的速度，不包括特殊读操作方式，比如two plane read，cache read等
对于USB2.0来说，足够满足其速度要求（480Mbps=60MBps），所以现在所见的U盘，基本上一个通道就可以搞定，大容量U盘会贴多片Flash，但是通道只有一个，多片Flash共用数据线，地址线，命令线，通过片选选择不同Flash
图 3 U盘单通道示意图
对于SATA3.0协议，Flash的速度不能满足需求，加上各种加速操作也不能满足，所以需要增加通道来并发传输才可以，如果两个通道，Flash理论并发的速度是2x，即260MBps，在实际操作情况下Flash的Busy时间为最大值的一半左右，实际并发速度大约为4x，即520MBps。
图 4 实测Flash的读取Busy时间
理论上来说，两个通道的带宽就可以满足SATA3.0的速度要求，至于容量来说，多贴Flash就可以满足需求。剩下的就是FTL如何去管理了。
所以简单来讲，SSD就是多个U盘堆起来的结果。在U盘上使用的FTL技术在SSD上照样适用。
现在U盘的扩容，以及使用黑片在SSD上也是会出现的，只是时间问题，在购买SSD时还是优先选择大品牌，质量有保障，小众品牌在考虑成本（SSD中主要成本集中在Nand Flash）的情况下会使用黑片（非常暴力）。
黑片和正片的区别
在一片wafer（每次Intel发布新制程的时候，老总手里拿着的那个圆圆的东西）中，合格的die切下来，制作成的没有任何瑕疵的Flash就是正片，论颗卖，如果有点儿瑕疵的就是白片，山寨品牌会使用，正片上面厂商的编号清晰，白片比较模糊；
图 5 Wafer
一颗圆形的wafer，不可能全部都被扣走，留下来的，所谓的不合格的部分，会被当做垃圾处理掉，但是这么多直接处理掉太浪费了，所以拿着这些垃圾进行封装成的Flash就是黑片，论斤卖。黑片中某些cell是坏掉的，不能使用，导致Flash的某些页是坏的，不能正常的读写数据。这样的Flash上没有任何厂家编号。
图 6 Wafer切割后剩下的部分
黑片的一般管理算法
量产阶段，量产工具会对Flash进行扫描，确定哪些页可用哪些页不可，会生成一个页模型，假设1表示可用，0表示不可用，原始结果如下图
图 7 扫描原始页模型
量产工具进行分析，按照容量来筛选，按照一定的要求分析出一个页模型，每一个块都使用相同的页模型，这个是最简单的。从上图来看，有些Block的Page0是不可用，有些Block的Page1是可用，最终的页模型有可能就是 001111111…….111其中0表示页不可用，1表示页可用。如果说当前块的不可用页过多，则会将该块作为坏块处理，这样会有一个块模型。这样就得到了两个模型，块模型和页模型，这两个模型怎么使用，主要看FTL的管理算法。下面简单按照块管理算法来说明这两个模型的使用
图 8 虚拟Flash 层示意图
因为块中有些块是标记为坏块，是不能使用的，如果直接Log2Phy映射表管理的话，FTL是需要考虑块模型，不易管理，不能做到FTL的通用性，所以需要分层，将实际的物理块中的可用块抽象出来，形成虚拟Flash层，叫做Virtual Flash，此虚拟层，在正片管理中就是实际的物理块。这样FTL算法可以做到通用，加上VF层即则可管理黑片，去掉VF层则可以管理正片。
由于页模型的加入，每个块的实际可用页数量会比真实的页数量少，因为有些页标记为不可用。VF Block 与实际物理块中页的一种对应关系如下
图 9 页模型对应关系
FTL大致的操作流程如下：如果Host写入数据，在Log0位置写入数据，刚刚量产完的SSD，Log2Phy Mapping是没有数据的，全FF标记，未写入数据，即没有任何的对应关系，操作一段时间后，Mapping表中会出现类似上述的对应关系，假设Log0对应VF层的0x100块，由于VF层也是一个Mapping对应关系，姑且称作为VF Mapping，0x100实际上是VF Mapping表的下标（VF Block Num），下标上所存的值为实际物理块号（Phy Block Num），此时为0x150，所以操作VF 0x100 块实际上是操作物理的0x150块。在写入VF Block的Page0时，对应上图的页模型，操作的是Phy Block 的Page1。从上述关系可以看到如果操作的VF 0x100块的Page0，其实真正操作的是物理块0x150的Page1。
SSD使用黑片的影响
速度：由于中间引入VF层，会增加地址转换的计算，降低速度，中间还会夹杂Load VF Mapping数据，在随机4k操作时，如果是频繁去更新表格，会比较慢，此时应该会引入临时Mapping表，GC集中更新临时表到总表里面。由于每个块使用相同的页模型，所以在上电时就知道具体的页模型，有时候为了容量的提升会采用多个页模型的情况，原始页模型比较相似的块会使用相同的页模型，这样容量提升了，但是速度降低了，鱼和熊掌不能兼得，量产时决定是容量优先还是速度优先。
寿命：由于是使用不合格的die封装的Flash，所以其pe会比正片低，假设按照TLC的5000次来算，有可能黑片的pe会是2000次（只是假设，这个受die的切割技术和封装技术而定，对该假设值有偏差）。按照每天使用200G的写入数据量来算
正片 256×5000÷（200×1.1×365） = 15年（1.1为假设的放大系数）
黑片 256×2000÷（200×1.3×365） = 5年（1.3相对放大系数，加入VF层会增加放大系数）
其实一天写入200G已经非常多了，一般情况下一天20G差不多了
图 10 实际办公电脑SSD使用情况
上图是我办公电脑，平均下来1h = 1G
质量问题：上述寿命只是按照理想情况来估计，由于黑片的die是不合格的，所以在使用页模型的情况下，没有使用的页和使用的页之间会形成干扰，以及多次操作后Flash是不稳定的，会呈现一些黑片独有的特性，如果FTL不处理好，在使用久了很容易导致数据丢失。
成本问题：正片论颗卖，黑片论斤卖，成本大大降低。128G容量的SSD，有可能用到了200G的Flash甚至更高，材料成本上去了，但是论斤卖的，可以忽略不计。
对于消费者来说，这个是一个坑，因为从SSD外观上来看，是没办法区分的。在SSD极大普及的情况下，会和U盘一样，电脑周边店，甚至路边摊都可能买得到，但是质量没法保证。现在很多人都在说SSD在使用TLC，其实按照现有的FTL算法，对TLC的管理已经很成熟了，按照上述计算，一般人换电脑的频率大概是4-5年，等SSD挂掉，电脑早就换了。这个是对TLC的一种认识误区。
总结
对厂商来说：成本大大降低，意味着利润大大的增加。
对消费者来说：购买SSD时尽量选择大品牌，SSD有价，数据无价。不久的将来，现在的U盘就是以后的SSD。
