固态硬盘

title: 分类.
title: 挥发性内存.
content: 由易失性内存制成的固态硬盘主要用于临时性存储。因为这类内存需要靠外界电力维持其记忆,所以由此制成的固态硬盘还需要配合电池才能使用。挥发性内存,例如SDRAM,具有存取速度快的特点。利用这一特点,可以将需要运行的程序从传统硬盘复制到挥发性内存中,然后再交由电脑执行,这样可以避免由于传统硬盘的启动延迟、搜寻延迟等对程序以及系统造成的影响。  由挥发性内存制成的固态硬盘通常会依靠电池来保证完成应急备份:当电源意外中断时,靠电池驱动的这类固态硬盘可以有足够的时间将资料转移到传统硬盘中。当电力恢复后,再从传统硬盘中恢复资料。
title: 非挥发性内存.
content: 非挥发性内存的资料存取速度介于挥发性内存和传统硬盘之间。和挥发性内存相比,非挥发性内存一经写入资料,就不需要外界电力来维持其记忆。因此更适于作为传统硬盘的替代品。  闪存当中的NAND Flash是最常见的非挥发性内存。小容量的NAND闪存可被制作成带有USB接口的移动存储装置,亦即人们常说的“随身碟”。随着生产成本的下降,将多个大容量闪存模组集成在一起,制成以闪存为存储介质的固态硬盘已经是目前的趋势。  目前用来生产固态硬盘的NAND Flash有四种,分别是单层式储存(SLC)、多层式储存(MLC,通常用来指称双层式储存)、三层式储存(TLC)、四层式存储(QLC)。有些厂商亦称TLC为3-bit MLC。SLC、MLC、TLC的读写速度依序从快至慢(约4:2:1),使用寿命依序从长至短(约6:3:2),成本依序从高至低,需要纠错位元数(ECC)则是相反地从低至高(同一制程下1:2:4。不过ECC也受制程的影响,同一种芯片,越小尺度的制程需要越多的纠错位元)。固态硬盘的主流从SLC芯片转到MLC芯片,促成了2011年的大降价,固态硬盘因此普及。  由于SLC的速度较快但成本过高,用于服务器的企业级SSD都改用了MLC。TLC因为速度较慢但成本低,原本只用来做随身碟;不过2012下半年,SAMSUNG首先推出使用TLC的消费级固态硬盘(型号840系列),固态硬盘名牌Plextor也打算于2013年量产TLC产品作为低阶廉价市场的主力,然而TLC的寿命、速度和可靠性(错误率)成为消费者的最大疑虑(见下文:缺点)。生产商会在TLC SSD使用更先进的主控及更多预留空间(OP)来处理这些问题。  3-bit的TLC错误率较高,需要使用先进的主控及大量的空间进行纠错。4-bit的QLC错误率更高,因而寿命更短。三星已量产两代3D垂直闪存,利用3D堆叠增加储存密度。东芝已于2017年发布QLC(四比特单元) BiCS架构的3D NAND闪存芯片。
title: 形式.
content: 固态硬盘大部分被制作成与传统硬盘相同的外壳尺寸,例如常见的1.8吋、2.5吋或3.5吋规格,并采用了相互相容的接口;但有些固态硬盘也使用PCI Express或是Express Card作为接口来突破现有硬盘传输接口的速度,或是在有限空间(如小笔电、超级移动电脑等)中置放固态硬盘。
title: 缺点.
content: 固态硬盘的五大缺点:价格,写入次数、读取干扰、损坏时的不可挽救性及掉速。
title: 价格.
content: 系统盘容量级别的消费级固态硬盘的价格已经达到了一般人能够承受的水准,参见三星株式会社所生产的消费级SSD,即使是大容量的SSD,类似于英特尔660P这类QLC闪存产品的价格也能够和机械硬盘相竞争,参见英特尔的6系列消费级SSD。但是,对于一些企业级的存储需求或者是PC发烧友来说,高端的SSD价格也很难与高端机械硬盘相比,例如三星的970 Pro以及英特尔的900P/905P系列。
title: 损坏时不可挽救.
content: 固态硬盘数据损坏后是难以修复救回资料的。当负责储存资料的闪存颗粒有毁损时,现在的数据修复技术很难在损坏的半导体芯片中救回资料,相反传统机械硬盘还能通过磁区恢复技术挽回许多资料,当然机械硬盘的数据救回服务收费极度高昂,通常只有企业在挽救重要价值资料时会使用。  虽然逐渐有厂商开发SSD轻度损坏时的救援方法,但传统的多储存媒介备份习惯还是万全之法,不论是机械碟或SSD只要无备份习惯都将承受资料损失的风险。
title: 写入次数寿命.
content: 寿命方面,由于闪存上每一个电闸都有一定的写入次数限制,寿命结束后会无法写入变成只读状态;而且随着使用的闪存从SLC架构到MLC、TLC,若电闸的品质不变,理论上电闸寿命呈现6:3:2的衰退(因为其原理是在同一个电闸上记录1、2或3个位元,记录越多位元,被写入的机会就越高),因此成为大众接受固态硬盘的另一个障碍。
title: 静置时资料消失.
content: JEDEC固态技术协会主席Alvin Cox于2015年的一份报告中探讨SSD长期不使用静置时资料的消失特性,时间长短与气温有相关性,根据英特尔(Intel)所提供的温度与资料保存的研究报告显示只要存放温度提高5度,资料保存时间就会缩短一半。在消费级SSD的标准状况下,于40度的运作温度中写入资料后于30度的温度下静置不通电可保存资料52周,大约相当于一年时间。温度越高时保存时间短,实验执行到55度气温的保存情境下,而一般人几乎不会遇到此温度。
title: 读取干扰现象.
content: 读取干扰是容易发生的问题,闪存随着多次的读取,会导致在同一区块中相近的记忆单元内容改变(变成写入动作)。这即是所谓的读取干扰。会导致读取干扰现象的读取次数门槛介于区块被抹除间,通常为10万次。假如连续从一个记忆单元读取,此记忆单元将不会受损,而受损却是接下来被读取的周围记忆单元。  为避免读取干扰问题,闪存控制器通常会计算从上次抹除动作后的区块读取动作总次数。当计数值超过所设定的目标值门槛时,受影响的区块会被复制到一个新的区块,然后将原区块抹除后释放到区块回收区中。原区块在抹除动作后就会像新的一样。若是闪存控制器没有即时介入时读取干扰错误就会发生,如果错误太多而无法被ECC机制修复时就会伴随着可能的资料遗失。目前此物理现象问题透过SSD上控制芯片的算法解决。
title: 掉速.
content: SSD的另一个问题是掉速,SSD的速度会随着写入次数而降低,若SSD接近装满时速度也会下降,所以使用SSD时尽量让其保留一定的空闲空间较好,是使用者必须改变的使用习惯。同时厂商设计上会通过OP(冗余资源)、磨损均衡等等技术来解决。  原因包括耗损平均技术的副作用、控制芯片及固件的优劣等。目前较佳的解决方案是Secure Erase会略微缩短SSD寿命,不过在出现掉速时SSD的剩余寿命还很长,及提高更换频率。在量产之前TLC架构的速度相较于SLC和MLC产品,原本也是令人质疑的,因为理论上随着每一电闸记录位元数的增加,判读和写入的速度在相同的准确度之下都必然更缓慢。不过正式量产之后,TLC固态硬盘的读写速度甚至略高于同容量MLC的最高速产品,这归功于主控芯片的进步以及多通道的使用。
title: 优点.
content: 和机械硬盘相比读写速度远远胜出,这也是其最主要的功能,还具有低功耗、无噪音、抗震动、低热量的特点,这些特点可以延长靠电池供电的电脑设备运转时间。  例如三星电子于2006年3月推出的容量为32GB的固态硬盘,采用和传统微硬盘相同的1.8吋规格。其耗电量只有常规硬盘的5%,写入速度是传统硬盘的1.5倍,读取速度是传统硬盘的3倍,并且没有任何噪音。  在2007年台北国际电脑展览会中,新帝公司发表64GB与32GB的固态硬盘,并有2.5吋、SATA接口与1.8吋、UATA接口两种规格。OCZ Technology现场展出的固态硬盘分为2.5吋与1.8吋两种,其中2.5吋采用SATA接口最大容量可达128GB;1.8吋机种则是采用IDE接口,最大容量可达64GB,可分别使用在笔记型电脑与更小的UMPC上,用来取代传统的硬盘。OCZ的2.5吋固态硬盘OCTANE,容量已达到1TB。  三星2015在闪存高峰会(Flash Memory Summit)上发表容量高达16TB的2.5吋固态硬盘PM1633a(V-NAND),其储存容量甚至高过于传统硬盘。固态硬盘的表现与传统硬盘互有胜负,一般在容量、速度、价钱、性价比等作出比较。最初的固态硬盘容量少、价钱高,性价比远不及传统的机械式硬盘。但随着固态硬盘的不断发展,固态硬盘的容量已有实用性,价钱明显下滑之下,已为传统硬盘市场制造危机。
title: 固态机械混合碟.
content: 目前有众多储存厂商推出融合SSD/HDD优点的固态混合硬盘,像是OCZ RevoDrive Hybrid、Seagate Momentus XT 750GB及之后的SSHD(混合固态硬盘)等等。其它像主板厂商也有使用多个SATA连接埠将SSD/HDD同时使用,像是ASUS的SSD Caching功能。还有磁盘阵列厂商的快取加速卡,像是HighPoint RocketCache 3240x8等等。  2011年,Intel推出了使用SSD作为缓冲优化磁盘表现的技术——SRT(Smart Response Technology)。在配套的Intel芯片组上,如Z68、QS77、H77等上,可以将SSD与HDD以RAID模式连接,并在系统中以Intel Rapid Storage Technology程序进行加速管理,实现磁盘性能的提升。Intel也在次年的2012推出了名为313的SSD产品线,针对加速用途,提供20与24G容量。  于2012年底,苹果公司发布新一代iMac时同时展示了「Fusion Drive」技术,Fusion Drive技术除了融合HDD和SSD外(合并在同一的逻辑卷),还在操作系统(只限在OS X)上作配合。原理是在用户不知情的情况下,操作系统自动在背景将用户常用应用程序、文件、照片或者其他数据来存储在SSD中,同时将很少访问或者使用的文件留在HDD。苹果公司在发布时指出在正常情况使用下,Fusion Drive的平均性能是SSD的80%,可以让用户体验「SSD的性能,HDD的容量」。
title: 预留空间.
content: SSD的预留空间(Over-provisioning,OP)可用作垃圾收回(Garbage collection)、ECC或其他数据保护技术。  预留空间可分成三层

Summary: 固态硬盘或固态驱动器(英语:Solid-state drive或英语:Solid-state disk,简称英语:SSD)是一种主要以闪存(NAND Flash)作为永久性存储器的电脑存储设备。