小Z聊固態:解析固態硬碟的內外構造

1固態硬碟大腦：主控晶片

    在第一期《小Z聊固態:淺談固態硬碟的前世今生》中，我們簡單的聊了聊關於固態硬碟的發展歷程，以及固態硬碟行業當下的市場格局，而這些都是比較大比較宏觀的東西。今天，小Z將從微觀出發，從固態硬碟本身出發，簡單剖析固態硬碟的內外構造，讓更多的人知道固態硬碟究竟長什麼樣子。

    既然要講固態硬碟的結構，那麼我們先得明確到底固態硬碟是什麼。固態硬碟(Solid State Drive)，簡稱固盤，是用固態電子存儲晶片陣列而製成的硬碟，由控制單元和存儲單元(FLASH晶片、DRAM晶片)以及緩存單元組成。區別於機械硬碟由磁碟、磁頭等機械部件構成，整個固態硬碟結構無機械裝置，全部是由電子晶片及電路板組成。

固態硬碟全貌

    根據固態硬碟的定義，我們可以知道固態硬碟的內部結構，其實就是由三大塊主控晶片、快閃記憶體顆粒、緩存單元構成，那麼接下來，我們逐一來看。

    固態硬碟大腦：主控晶片

    正如同CPU之於PC一樣，主控晶片其實也和CPU一樣，是整個固態硬碟的核心器件，其作用一是合理調配數據在各個快閃記憶體晶片上的負荷，二則是承擔了整個數據中轉，連接快閃記憶體晶片和外部SATA接口。

    不同的主控之間能力相差非常大，在數據處理能力、算法上，對快閃記憶體晶片的讀取寫入控制上會有非常大的不同，直接會導致固態硬碟產品在性能上產生很大的差距。

慧榮主控

    當前主流的主控晶片廠商有 marvell 邁威（俗稱「馬牌」）、SandForce、siliconmotion慧榮、phison群聯、jmicron智微等。而這幾大主控廠商，又都有著自己的相應特點，應用於不同層級的固態產品。

    以臺系廠商siliconmotion慧榮為例，此款主控晶片主要特點在於能夠為固態硬碟廠商提供包括軟體和硬體在內的一體化主控方案，包括主控晶片、電路板以及存儲單元，能夠極大的提升產品的更新速度和使用壽命，並且不存在兼容等問題。

    

    

    

    

    

2核心器件：快閃記憶體顆粒單元

核心器件：快閃記憶體顆粒單元

    作為硬碟，存儲單元絕對是核心器件。在固態硬碟裡面，快閃記憶體顆粒則替代了機械磁碟成為了存儲單元。

    快閃記憶體(Flash Memory)本質上是一種長壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息)的存儲器，數據刪除不是以單個的字節為單位而是以固定的區塊為單位。

固態硬碟中快閃記憶體顆粒佔據大部分比重

    在固態硬碟中，NAND快閃記憶體因其具有非易失性存儲的特性，即斷電後仍能保存數據，被大範圍運用。

    根據NAND快閃記憶體中電子單元密度的差異，又可以分為SLC（單層次存儲單元）、MLC（雙層存儲單元）以及TLC(三層存儲單元)，此三種存儲單元在壽命以及造價上有著明顯的區別。

    SLC（單層式存儲），單層電子結構，寫入數據時電壓變化區間小，壽命長，讀寫次數在10萬次以上，造價高，多用於企業級高端產品。

    MLC（多層式存儲），使用高低電壓的而不同構建的雙層電子結構，壽命長，造價可接受，多用民用高端產品，讀寫次數在5000左右。

    TLC（三層式存儲），是MLC快閃記憶體延伸，TLC達到3bit/cell。存儲密度最高，容量是MLC的1.5倍。 造價成本最低， 使命壽命低，讀寫次數在1000~2000左右，是當下主流廠商首選快閃記憶體顆粒。

海力士16nm TLC快閃記憶體顆粒

    當前，固態硬碟市場中，主流的快閃記憶體顆粒廠商主要有toshiba東芝、samsung三星、Intel英特爾、micron美光、skhynix海力士、sandisk閃迪等。

東芝快閃記憶體顆粒

    由於快閃記憶體顆粒是固態硬碟中的核心器件，也是主要的存儲單元，因而它的製造成本佔據了整個產品的70%以上的比重，極端一點說，選擇固態硬碟實際上就是在選擇快閃記憶體顆粒。

3錦上添花：緩存晶片

錦上添花：緩存晶片

    緩存晶片，是固態硬碟三大件中，最容易被人忽視的一塊，也是廠商最不願意投入的一塊。和主控晶片、快閃記憶體顆粒相比，緩存晶片的作用確實沒有那麼明顯，在用戶群體的認知度也沒有那麼深入，相應的就無法以此為噱頭進行鼓吹。

南亞緩存

    實際上，緩存晶片的存在意義還是有的，特別是在進行常用文件的隨機性讀寫上，以及碎片文件的快速讀寫上。

    由於固態硬碟內部的磨損機制，就導致固態硬碟在讀寫小文件和常用文件時，會不斷進行數據的整塊的寫入緩存，然而導出到快閃記憶體顆粒，這個過程需要大量緩存維繫。特別是在進行大數量級的碎片文件的讀寫進程，高緩存的作用更是明顯。

    這也解釋了為什麼沒有緩存晶片的固態硬碟在用了一段時間後，開始掉速。

    當前，緩存晶片市場規模不算太大，主流的廠商基本也集中在南亞、三星、金士頓等。根據最新消息，無外置緩存的固態硬碟產品將於不久後問世，雖然很早之前就有諸如sandforce2281 自帶緩存主控產品，但是市場反響卻差強人意，不知道最新的無外置緩存的固態硬碟的表現如何，也請大家拭目以待。

    主控晶片、快閃記憶體顆粒、緩存晶片，這三者有機的結合在一塊PCB板上，構成了固態硬碟的整體形態。我們在選購固態硬碟或是評價固態硬碟的時候，可以從這三者出發，進行產品性能的預估，避免被有些商販鼓吹的高速讀寫，蒙蔽雙眼。

    本期小Z聊固態就講到這裡，俗話說眾人拾材火焰高，一個欄目的發展離不開各位網友大大們的意見和建議，下面是小Z的個人微信號，對於「小Z聊固態」有任何的建議和意見都可以添加微信，直接勾搭，當然如果聊些別的話題，小Z也是來者不拒。