硬件知识:固态硬盘相关知识介绍
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今天就为大家全面科普一下固态硬盘的相关知识,让大家购买时做到心中有数,按需选择。
首先还是从SSD的结构来说起,SSD最基本的组成部件分为:主控芯片、闪存芯片、固件算法,下面我们分别阐述三者的工作职责和性能影响。
SSD结构
1、主控
常见主控品牌:群联、Marvell、三星、瑞昱、慧荣
SSD主控本质是一颗处理器,主要基于ARM架构,这和手机处理器有相似的一面。也有部分SSD厂家的主控采用RISC架构,使其具备CPU级别的运算能力。
目前来讲,SSD主控芯片的运算能力由制造工艺、核心面积的大小(晶体管数量)、核心的数量、频率决定。
其具体作用表现在,一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷,让所有的闪存颗粒都能够在一定负荷下正常工作,协调和维护不同区块颗粒的协作,二则是承担了整个数据中转,连接闪存芯片和外部SATA接口,三则是负责固态硬盘内部各项指令的完成,诸如trim、CG回收、磨损均衡。
可以说,一款主控芯片的好坏直接决定了固态硬盘的实际体验和使用寿命。
主控芯片的技术门槛较高,所以主控品牌比较少,目前主流主控品牌有慧荣、群联、Marvell、三星。
慧荣/群联:慧荣和群联是两家台湾主控公司,其主控成本低廉,受到很多国产SSD的欢迎,涉及厂家包括但不限于:浦科特、七彩虹、影驰、台电、光威、铭瑄等。
2、固件算法
SSD固件是确保SSD性能的非常重要的一部分,主要用于驱动控制器。
SSD有什么需要驱动的?
这要从SSD的结构说起,虽然SSD看起来结构比HDD要简单很多,但实际上机制却要比HDD复杂。
例如,SSD需要通过FTL层和系统进行直接对话,闪存一定要在完全擦除后再能重新写入数据,所以SSD需要Trim来把闪存重新“擦干净。
再比如,SSD需要一个非常完善的平衡写入算法,让所有的颗粒都均衡的被消耗,不至于导致有一部分颗粒写入寿命耗尽,而其他颗粒未使用的情况。
固件中算法非常多,错误校正码(ECC),坏块管理,垃圾回收算法等等。
TRIM
SSD固件的好坏尤为重要,相同主控和相同颗粒的两款产品,因其固件不同,可能导致完全不一样的使用寿命和读写性能,。可以负责任的告诉大家,一款固态硬盘中颗粒对性能的影响约为60%,而固件的影响就会占到20%以上。
高品质算法优秀的固件不仅仅是一项非常艰难的工作,而且也需要让闪存和主控之间达到完美的兼容,需要掌握闪存颗粒和主控等多项先进的技术 。固件的品质越好,整个SSD的品质也就越出色。
目前来看,能够独立开发固件的SSD厂商少,仅有三星、Intel、闪迪、英睿达、浦科特、东芝等,这是大厂带来的技术优势。
当然,在固态硬盘固件出现BUG影响SSD正常使用时,这些SSD厂商也会很快的发布新的更新固件,而小厂商一般没有后续更新,也不具备这种技术实力。
3、SSD的SATA接口与M.2接口
了解SSD的基本结构后,我们再来看固态硬盘的接口。目前SSD的主流接口分为,SATA 3.0、M.2、PCI-E三种,U.2和mSATA目前并不多见,这里不过多介绍。
SATA和M.2或PCI-E的主要区别在于:二者采用不同的通道。
可以把两种通道理解成两辆相同的汽车,PCI-E通道的汽车就像是在高速上行驶,而SATA通道的汽车就像是在崎岖山路上行驶,你说哪个速度快?
不同接口固态硬盘速度表
从上图中我们可以看到,目前主流的SATA 3.0通道的最大传输速度为6Gbps,实际速度最大为560MB/s,SATA通道已经无法满足固态硬盘日益增长的读写速度,所以PCI-E固态硬盘应运而生。
为什么我的固态硬盘是M.2接口的,但是速度并不快呢?
M.2最初叫做NGFF,全名是Next Generation Form Factor。这个接口很特殊,同时支持SATA和PCI-E两个通道,很容易让人误解。其实并不是所有的M.2固态硬盘读写速度都很快,如果是采用SATA通道的M.2接口固态硬盘,读写速度不会超过550MB/s。还要注意的是,主板厂商的M.2接口有的选择了CPU原生的PCI-E通道,有的是通过PCH南桥扩展出来的,这可能对固态硬盘的速度产生影响。
4、速度对比
下面我们看一下两种固态硬盘速度对比:
左图为SATA固态硬盘,右图为PCI-E固态硬盘
两者的AS SSD跑分速度差距明显,无论是连续读写、还是4K测试,PCI-E固态硬盘都远远领先SATA固态硬盘,综合得分PCI-E固态硬盘高出SATA固态硬盘三倍有余。
为了帮助大家理解,下面将各种接口以及速度对比绘制成表格,这样就可以一目了然。
不同接口固态硬盘协议
看到这你可能会发现PCI-E有很多好处,但并不是每个人都适合购买。因为PCI-E SSD闪存颗粒和主控的原因,PCI-E的SSD价格都非常昂贵。
比如250GB SATA协议的SSD价格在500元左右,而同样容量的PCI-E协议的SSD售价却高达800元。并且于PCI-E会占用总线通道,入门以及中端平台CPU通道数较少,都不太适合添加PCI-E固态硬盘,只有Z370,或者X299这样的旗舰级平台,才能充分发挥PCI-E固态硬盘的性能。