告別小白：固態(tài)硬盤(pán)內(nèi)外結(jié)構(gòu)解析

 固態(tài)硬盤(pán)(Solid State Drive)，簡(jiǎn)稱固態(tài)盤(pán)(SSD)，是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列而制成的硬盤(pán)，由控制單元和存儲(chǔ)單元(FLASH芯片、DRAM芯片)以及緩存單元組成。區(qū)別于機(jī)械硬盤(pán)由磁盤(pán)、磁頭等機(jī)械部件構(gòu)成，整個(gè)固態(tài)硬盤(pán)結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)械裝置，全部是由電子芯片及電路板組成。

根據(jù)固態(tài)硬盤(pán)的定義，我們可以知道固態(tài)硬盤(pán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其實(shí)就是由三大塊主控芯片、閃存顆粒、緩存單元構(gòu)成。接下來(lái)，我們逐一來(lái)看。

固態(tài)硬盤(pán)大腦：主控芯片

正如同CPU之于PC一樣，主控芯片其實(shí)也和CPU一樣，是整個(gè)固態(tài)硬盤(pán)的核心器件，其作用一是合理調(diào)配數(shù)據(jù)在各個(gè)閃存芯片上的負(fù)荷，二則是承擔(dān)了整個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，連接閃存芯片和外部SATA接口。

不同的主控之間能力相差非常大，在數(shù)據(jù)處理能力、算法上，對(duì)閃存芯片的讀取寫(xiě)入控制上會(huì)有非常大的不同，直接會(huì)導(dǎo)致固態(tài)硬盤(pán)產(chǎn)品在性能上產(chǎn)生很大的差距。

慧榮主控

當(dāng)前主流的主控芯片廠商有Marvell(俗稱“馬牌”)、SandForce、Silicon Motion慧榮、Phison群聯(lián)、JMicron智微等，而這幾大主控廠商，又都有著自己的相應(yīng)特點(diǎn)，應(yīng)用于不同層級(jí)的固態(tài)產(chǎn)品。

以臺(tái)系廠商慧榮為例，此款主控芯片主要特點(diǎn)在于能夠?yàn)楣虘B(tài)硬盤(pán)廠商提供包括軟件和硬件在內(nèi)的一體化主控方案，包括主控芯片、電路板以及存儲(chǔ)單元，能夠極大的提升產(chǎn)品的更新速度和使用壽命，并且不存在兼容等問(wèn)題。

核心器件：閃存顆粒單元

作為硬盤(pán)，存儲(chǔ)單元絕對(duì)是核心器件。在固態(tài)硬盤(pán)里面，閃存顆粒則替代了機(jī)械磁盤(pán)成為了存儲(chǔ)單元。

閃存(Flash Memory)本質(zhì)上是一種長(zhǎng)壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息)的存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)刪除不是以單個(gè)的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位。

固態(tài)硬盤(pán)中閃存顆粒占據(jù)大部分比重

在固態(tài)硬盤(pán)中，NAND閃存因其具有非易失性存儲(chǔ)的特性，即斷電后仍能保存數(shù)據(jù)，被大范圍運(yùn)用。

根據(jù)NAND閃存中電子單元密度的差異，又可以分為SLC(單層次存儲(chǔ)單元)、MLC(雙層存儲(chǔ)單元)以及TLC(三層存儲(chǔ)單元)，此三種存儲(chǔ)單元在壽命以及造價(jià)上有著明顯的區(qū)別。

SLC(單層式存儲(chǔ))，單層電子結(jié)構(gòu)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)電壓變化區(qū)間小，壽命長(zhǎng)，讀寫(xiě)次數(shù)在10萬(wàn)次以上，造價(jià)高，多用于企業(yè)級(jí)高端產(chǎn)品。

MLC(多層式存儲(chǔ))，使用高低電壓的而不同構(gòu)建的雙層電子結(jié)構(gòu)，壽命長(zhǎng)，造價(jià)可接受，多用民用高端產(chǎn)品，讀寫(xiě)次數(shù)在5000左右。

TLC(三層式存儲(chǔ))，是MLC閃存延伸，TLC達(dá)到3bit/cell。存儲(chǔ)密度最高，容量是MLC的1.5倍。 造價(jià)成本最低， 使命壽命低，讀寫(xiě)次數(shù)在1000~2000左右，是當(dāng)下主流廠商首選閃存顆粒。

海力士16nm TLC閃存顆粒

當(dāng)前，固態(tài)硬盤(pán)市場(chǎng)中，主流的閃存顆粒廠商主要有Toshiba東芝、Samsung三星、Intel英特爾、Micron美光、SKHynix海力士、Sandisk閃迪等。

東芝閃存顆粒

由于閃存顆粒是固態(tài)硬盤(pán)中的核心器件，也是主要的存儲(chǔ)單元，因而它的制造成本占據(jù)了整個(gè)產(chǎn)品的70%以上的比重，極端一點(diǎn)說(shuō)，選擇固態(tài)硬盤(pán)實(shí)際上就是在選擇閃存顆粒。

錦上添花：緩存芯片

緩存芯片，是固態(tài)硬盤(pán)三大件中，最容易被人忽視的一塊，也是廠商最不愿意投入的一塊。和主控芯片、閃存顆粒相比，緩存芯片的作用確實(shí)沒(méi)有那么明顯，在用戶群體的認(rèn)知度也沒(méi)有那么深入，相應(yīng)的就無(wú)法以此為噱頭進(jìn)行鼓吹。

南亞緩存

實(shí)際上，緩存芯片的存在意義還是有的，特別是在進(jìn)行常用文件的隨機(jī)性讀寫(xiě)上，以及碎片文件的快速讀寫(xiě)上。

由于固態(tài)硬盤(pán)內(nèi)部的磨損機(jī)制，就導(dǎo)致固態(tài)硬盤(pán)在讀寫(xiě)小文件和常用文件時(shí)，會(huì)不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的整塊的寫(xiě)入緩存，然而導(dǎo)出到閃存顆粒，這個(gè)過(guò)程需要大量緩存維系。特別是在進(jìn)行大數(shù)量級(jí)的碎片文件的讀寫(xiě)進(jìn)程，高緩存的作用更是明顯。

這也解釋了為什么沒(méi)有緩存芯片的固態(tài)硬盤(pán)在用了一段時(shí)間后，開(kāi)始掉速。

當(dāng)前，緩存芯片市場(chǎng)規(guī)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(jù)最新消息，無(wú)外置緩存的固態(tài)硬盤(pán)產(chǎn)品將于不久后問(wèn)世，雖然很早之前就有諸SandForce SF2281自帶緩存主控產(chǎn)品，但是市場(chǎng)反響卻差強(qiáng)人意，不知道最新的無(wú)外置緩存的固態(tài)硬盤(pán)的表現(xiàn)如何，也請(qǐng)大家拭目以待。

主控芯片、閃存顆粒、緩存芯片，這三者有機(jī)的結(jié)合在一塊PCB板上，構(gòu)成了固態(tài)硬盤(pán)的整體形態(tài)。我們?cè)谶x購(gòu)固態(tài)硬盤(pán)或是評(píng)價(jià)固態(tài)硬盤(pán)的時(shí)候，可以從這三者出發(fā)，進(jìn)行產(chǎn)品性能的預(yù)估，避免被有些商販鼓吹的高速讀寫(xiě)，蒙蔽雙眼。