400%领先传统硬盘 史上最牛SSD详测

正式晋升为硬盘 浅析固态闪存存储

　　● 基于闪存的新式存储器

　　固态硬盘（SSD ：Solid State Disk）是在传统条硬盘上衍生出来的概念，事实上它并没有所谓的”Disk“圆盘形和对应的机械结构，我们可以把它看成是存在多年的USB闪盘的巨幅强化版本。SSD采用闪存（Flash Memory）为存储介质，并配合以高性能I/O芯片来实现整体架构。相较于传统硬盘(HDD) ，SSD提供显著的优势：更快的系统响应、更坚固耐用及低功耗和低发热带来的节能。

　　追溯历史，东芝公司（Toshiba）于1984年发明了闪存，而Intel公司在1988年正式将闪存形成商品。固态硬盘最早出现于1989年，不过由于其价格过于高昂（1MB容量3500美元）因此在当时只限应用于非常特别的市场比如医疗、工作以及军用市场。

Intel在1998年推出过闪存存储器—现代固态硬盘的雏形

　　上图是intel在10年前出品过的PCMCIA接口8MB闪存存储卡，其结构和设计思路和目前的固态硬盘如出一辙，但限于成本和技术原因，那时的闪存存储器根本无法在性能和价格上对传统硬盘构成挑战，自然无法以“硬盘”的名号自称，而10年后的今天，半导体技术发展的速度远高于磁记录技术，事情已经发生了转变。

　　● NAND的优势

　　目前的固态硬盘产品均基于NAND，相对于另一种闪存类型NOR，NAND能提供极高的单元密度可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度要比NOR快得多。另外NAND读和写操作采用512字节的块，这有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。当然，更重要的是NAND的可擦写次数是NOR的10倍！对于硬盘产品来说，这非常重要！NAND的缺点之一是需要复杂的I/O，而这对一固态硬盘设计来说，并不严重。

　　NAND Flash硬盘产品每个区块可以确保至少100,000次的擦写操作，这相当于普通硬盘的1,000,000小时的MTBF，已经可以满足应用需求。

NAND Flash的基本结构

　　NAND Flash的基本存储单元结构如上图，是典型的N沟道MOSFET，几个这样的单元组成一个可以存储1bit数据的基础闪存单元，称为SLC。

　　● SLC和MLC

　　这样在NAND Flash的底层存储上就引出了两种不同的模式，SLC（Single Level Cell）和MLC（Multi Levels Cell），它们之间各有优缺点，现在在各类产品中都有采用。Intel的X25-E应用SLC，X25-M则使用了MLC，下面这样表格可以较为直观的展示出他们性能区别。

　　SLC的一个Flash存储单元只有两种电荷值，高低不同的电荷值表明0或者1，因为只需要一组高低电压就可以区分出0或者1信号，所以SLC最大的驱动电压可以做到很低。SLC结构简单，用一组变化电压驱动，速度很快同时寿命较长也更为可靠，不过这种一个Block只存储一组数据的模式无法在相同的晶圆面积上实现较高的存储密度，存储容量提高完全依赖芯片工艺的提升。

　　MLC故名思义在存储单元中实现多位存储能力，典型的是2bit。它通过不同级别的电压在一个单元中记录两组位信息（00、01、11、10），这样就可以将原本SLC的记录密度理论提升一倍。因为电压变化更频繁，所以MLC技术的Flash在寿命方面远劣于SLC，同时它的读写速度不如SLC，一个Block存储两组位数据，自然需要更长的时间，这里面还有电压控制、CRC写入方式等因素需要考虑。

SLC和MLC电压驱动的存储能力区别

　　显而易见，SLC在寿命和性能方面拥有独特的优势，不过需要更好的工艺制程才能拥有较大的容量。而MLC虽然在容量方面有先天的优势，但在速度和寿命方面存在先天的不足。这就区格了它们的应用，SLC用在不计成本追求速度和可靠性的企业级产品中，MLC更适合在消费级产品中部署。