SSD固态硬盘参数与选择

SSD固态硬盘参数与选择

品牌

三星,性能优质,有自己独有的主控产品,质量有保障,价格偏贵,对性价比有要求的不适合购买。
Intel,价格高,性能尚可,如果能接受Intel的话在选购SSD时就不用思考太多,一分价钱一分货的原则是有道理的。
浦科特,性能不错,固件牛逼,能有效降低发热,提升效能。性价比也非常高,而且品牌效应不错。
当然还有不少品牌,这里就不一一列举了。

芯片

主控芯片

在SSD中,主控看上去只是一颗躲在某个角落、并不起眼的小芯片,基本是基于ARM架构的处理核心。 除了存储部分由闪存芯片负责之外,固态硬盘的功能、规格、工作方式等正是由这颗小小的芯片控制的。 主控芯片在SSD中的作用就跟CPU一样,主要是面向调度、协调和控制整个SSD系统而设计的。 主控芯片一方面负责合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷,另一方面承担了整个数据中转, 连连接闪存芯片和外部SATA接口。除此之外,主控还负责ECC纠错、耗损平衡、坏块映射、读写缓存、垃圾回收以及加密等一系列的功能。

  • 马牌(marvell)
  • 群联(phison)
  • 慧荣(siliconmotion)
  • SF(SandForce)
  • 智威(Jmicron)
  • 三星(Samsung)不对外提供
  • 东芝(Toshiba)不对外提供
  • 英特尔(intel)不对外提供

买SSD,主控Marvell、SandForce、Samsung、Indilinx均可

缓存芯片

主控芯片旁边是缓存芯片,固态硬盘和传统硬盘一样需要高速的缓存芯片辅助主控芯片进行数据处理。这里需要注意的是,有一些廉价固态硬盘方案为了节省成本,省去了这块缓存芯片,这样对于使用时的性能会有一定的影响。

闪存芯片

除了主控芯片和缓存芯片以外,PCB板上其余的大部分位置都是NAND Flash闪存芯片了。SSD用户的数据全部存储于NAND闪存里,它是SSD的存储媒介。SSD成本的80%就集中在NAND闪存上。NAND闪存不仅决定了SSD的使用寿命,而且对SSD的性能影响也非常大。NAND Flash闪存芯片又分为SLC(单层单元)MLC(多层单元)以及TLC(三层单元)NAND闪存。

简单来说,NAND闪存中存储的数据是以电荷的方式存储在每个NAND存储单元内的,SLC、MLC及TLC就是存储的位数不同。单层存储与多层存储的区别在于每个NAND存储单元一次所能存储的“位元数”。

**SLC(Single-Level Cell)**单层式存储每个存储单元仅能储存1bit数据, **MLC(Multi-Level Cell)**可储存2bit数据, **TLC(Trinary-Level)**可储存3bit数据。 一个存储单元上,一次存储的位数越多,该单元拥有的容量就越大,这样能节约闪存的成本,提高NAND的生产量。但随之而来的是,向每个单元存储单元中加入更多的数据会使得状态难以辨别,并且可靠性、耐用性和性能都会降低。

成本与寿命

SLC的固态硬盘目前市面上没有,一是太贵,二是MLC足够了。

中高端SSD还是MLC的天下。但是MLC也有很大区别。 最好的是Enterprise Synch MLC(企业级同步MLC),可靠性和寿命针对企业级市场做了优化。 之后就是Synch/Toggle MLC(同步颗粒),其中Toggle MLC多为东芝出品,当然Toggle阵营中也有企业级闪存,与企业级同步MLC对应。 SSD中应用比较多的其实还有Asynch MLC(异步颗粒),价格便宜量又足,不过性能比同步颗粒差。

TLC闪存优点是成本低,但是带来的考验也更大。 最关键的是闪存寿命直线下降,MLC的P/E次数至少还有3000-5000次,而TLC公认的P/E指标是1000次,好点的可能做到1500次,依然比MLC差很多。

但各种极限测试也都证明:正常家用,TLC 120g 固态的来说用个10年左右也是不成问题,所以不必纠结寿命。更别提很多寿命更长MLC的SSD。

SSD一生能够写入的总数据量是有限的,当写入数据量达到那个值时SSD就会死去,这就是SSD的寿命。通常我们用闪存的P/E次数来计算,闪存完全擦写一次叫做1次P/E。

电控与速度

TLC需要识别8种信号,需要更精确的控制电压,那么写入数据当然也会花费更多的时间; 而MLC只需要识别4种所以TLC会花更多时间来读取数据。 但是和SLC比起来,MLC就被完爆了,因为SLC的电压组合只有1和0两种,与MLC的4种电压组合比起来,SLC会花费更少的时间来识别信号,同时对电压控制的要求变低:上电就是1,断电就是0,这也就解释了SLC的性能为何最好。

TLC容纳的电位多了可以提升容量,但也使得整个过程更复杂,需要更精确的电压控制,Program过程所需时间更多,因此写入性能也会大幅下降,所以现在的TLC SSD都启用了SLC Cache模式提升写入速度,否则那个写入速度是很难让人接受的;读取,特别是随机读取性能也会受影响,因为需要花更多的时间从八种电信号状态中区分所需数据。另外TLC相邻的存储单元也会产生电荷干扰,20nm工艺之后,Cell单元之间的干扰现象更加严重。

闪存芯片厂商

  • 三星(Samsung)
  • 东芝(Toshiba)
  • 镁光(Micron)
  • 英特尔(intel)
  • 海力士(Hynix)
  • 闪迪(SanDisk)

目前全球生产NAND闪存芯片的厂商屈指可数。其中三星市场占有率第一,东芝颗粒应用最广泛。另外还有英特尔、美光、三星、闪迪多用在自家产品。海力士的量则主要是供给移动市场为主。(不过在DRAM内存市场上,主要的玩家就剩下三星、SK Hynix及美光三家了)

3D NAND闪存,当今主流

传统 NAND闪存不仅有SLC、MLC和TLC类型之分,为了进一步提高容量、降低成本,NAND的制程工艺也在不断进步,从早期的50nm一路狂奔到目前的15/16nm,但NAND闪存跟处理器不一样,先进工艺虽然带来了更大的容量,但NAND闪存的制程工艺是双刃剑,容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降,因为工艺越先进,NAND的氧化层越薄,可靠性也越差,厂商就需要采取额外的手段来弥补,但这又会提高成本,以致于达到某个点之后制程工艺已经无法带来优势了。

相比之下,3D NAND 解决问题的思路就不一样了,为了提高NAND的容量、降低成本,厂商不需要费劲心思去提高制程工艺了,转而 堆叠 更多的层数就可以了,这样一来3D NAND闪存的容量、性能、可靠性都有了保证了,比如东芝的15nm NAND容量密度为1.28Gb/mm2,而三星32层堆栈的3D NAND可以轻松达到1.87Gb/mm2,48层堆栈的则可以达到2.8Gb/mm2。 由于已经向 垂直方向 扩展NAND密度,那就没有继续缩小晶体管的压力了,所以三星、Intel和美光可以使用相对更旧的工艺来生产3D NAND闪存,做成3D NAND MLC或者3D NAND TLC。

存储元件种类

  • 原片

首先要从晶圆说起,晶圆经过切割,切割成一个一个的晶片Die,然后将完好的,稳定的,足容量的Die取下,经过生产封装成NAND Flash闪存芯片,这就是所谓的原片

  • 白片

白片就是原厂在复检过程中被淘汰的颗粒,也属于较为劣质的产品。

  • 黑片

黑片就是原材料时,被淘汰下来的存在不稳定,容量不足或损坏等多多少少问题的不合格的晶片Die,也就是通俗意义上的“边角料”,市场上超廉价的SSD就是采用黑片制作的,质量非常不稳定。

  • 拆机片 略。更差的!

固件算法

SSD的固件是确保SSD性能的最重要组件,用于驱动控制器。主控将使用SSD中固件算法中的控制程序,去执行自动信号处理,耗损平衡,错误校正码(ECC),坏块管理、垃圾回收算法、与主机设备(如电脑)通信,以及执行数据加密等任务。由于固件冗余存储至NAND闪存中,因此当SSD制造商发布一个更新时,需要手动更新固件来改进和扩大SSD的功能。

由于固件研发上的区别,采用相同主控的SSD也可能表现出完全不一样的性能和耐久度。而固件则通常是由厂商自行开发,并且时有更新,可以改善SSD性能并解决一些曾经出现的已知问题。 如果用数字来说,一块SSD中颗粒对性能的影响大约占60%,而固件与主控的影响会在20%左右

开发高品质的固件不仅需要精密的工程技术,而且需要在NAND闪存、控制器和其他SSD组件间实现完美整合。此外,还必须掌握NADN特征、半导体工艺和控制器特征等领域的最先进的技术。固件的品质越好,整个SSD就越精确,越高效。目前具备独立固件研发的SSD厂商并不多,仅有Intel、闪迪、英睿达、浦科特、OCZ、三星等厂商。

固态硬盘选购

容量

容量不需要多说。根据自身需求、预算购买。如今SSD一直再降价,所以 保底256,奔向512 。越大肯定越贵。

主流硬盘接口

主流M.2-NVMe,即PCIe 3.0 x4,也有x2,还有长度:2280/2260/2242 M.2之间也有不同的规格,主要由2242、2260、2280三种规格,其实三种规格对应的是三种不同长度的产品,方便厂家扩充存储容量,主流应该是2280。

  • M.2 接口分为SATA和NVMe两种,
  • 第一种性能和SATA接口的2.5寸固态硬盘速度没有区别;
  • 第二种固态的速度则会高出非常多。M.2-NVMe 直接通过PCIE通道与CPU或者主板芯片组直连,可以获取更高的传输速度。

现在能见到的至少有SATA、mSATA、M.2、SATA Express、PCI-E及U.2等,SATA 6Gbps接口,SATA3,向前兼容是SATA2,M.2/NGFF接口,PCI-E接口。

看主控

主控Marvell、SandForce、Samsung、Indilinx均可。

看闪存

MLC是中高端产品的主流选择。TLC和MLC的区别,除了低成本, 低寿命外, 就是低写入速度。而TLC的寿命,没有任何厂商公开谈论过TLC闪存的可靠程度,但各种极限测试也都证明:正常家用,TLC 120g 固态的来说用个10年左右也是不成问题,所以不必纠结寿命。更别提很多寿命更长MLC的SSD。

要快和稳定,首选MLC。对于TLC闪存,态度一直是明确的:它确实对厂商降低成本非常有利,但是,除非囊中羞涩或者升级临时用的电脑,否则根本没有选择TLC的必要。

首先是那些可以自己生产闪存的厂家:Intel、美光、三星、海力士、东芝、闪迪。

没有生产闪存能力的但是一直坚持使用原厂闪存的厂家:浦科特、建兴、海盗船等等。

看固件

有自主研发实力的厂商会自行优化设计,因此,挑选固态硬盘时,选择知名品牌是很有道理的。固件的品质越好,整个SSD就越精确,越高效。目前具备独立固件研发的SSD厂商并不多,仅有Intel、英睿达、浦科特、OCZ、三星等厂商。

现在市面上绝大部分SSD使用时间长了,速度都会变慢,这是SSD的写入方式导致的,如果先写入了一些数据,之后又写入了一些数据,可是后写入的数据是不能直接覆盖之前写入的数据的,而是要等主控将原来的数据擦除掉,才能将后写入的数据放到原来数据的位置。而随着硬盘的使用时间变长,会有很多数据不能在第一时间被放置在该放在的位置,所以在一定程度上影响了固态硬盘的读写速度。

可能有人会问为什么都说浦科特没有这种缺陷?这是因为浦科特采用了实时GC功能,它会把乱七八糟的数据都整理好放在一个空白空间。但是可以想象,如果SSD在读写数据的时候还要将其他的这些乱七八糟的数据整理好放在其他地方,必定会大幅降低SSD的寿命,而且要在同一时间进行这两个操作,如果主控不够优秀,肯定无法胜任这个工作。基于此,大多数主控都是闲时GC,并非每时每刻都在进行这个操作,而是达到一定程度后才来执行,然而浦科特却是实时GC,当然采用好主控和好颗粒的浦科特也能经得住这种考验。

先说说浦科特的永不掉速TRUE SPEED技术,听上去好像很厉害的样子。其实只是固件层面更激进的GC(垃圾回收Garbage Collection) ,关于GC的作用,可以理解为机械硬盘的碎片整理。 SSD的GC可以分为主动回收和被动回收,浦科特的TURE SPEED是属于激进的主动回收,一旦SSD处于空闲状态就立刻执行GC操作,回收垃圾块,好处就是长时间使用真的不掉速, 缺点就是会降低颗粒的寿命

至于这样做到底好不好,这里不评论,我想说的是,TRUE SPEED技术,严格上来讲,并不是一项浦科特独有的技术,因为其他厂商也可以,更多的向是一个参数层面的设置,而不是硬件上的创新。而且其他厂商也不是完全不做GC,只是没浦科特这么激进而已。

看缓存

缓存对固态硬盘的影响没有前三者大,缓存和我们的手机电脑一样,也分DDR2,DDR3。固态硬盘的寻道时间很小,接近于0。因此固态硬盘的缓存并不是必要的,但写入缓存的数据不一定会直接写入到固态硬盘上,只有最终需要保存的数据才会写入到固态硬盘的FLASH芯片上,这个由程序和系统控制。没有缓存的产品也不是说寿命会很不堪,还有还有PO(7%以上)空间来维持。因此,具备较大缓存有助于减少固态硬盘上FLASH芯片的读写次数,延长了芯片的使用时间,一定程度上提高读写能力。

TLC SSD为了解决NAND Flash读写较慢的问题,就为产品配备了SLC Cache。在绝大多数没有达到临界值时,SLC Cache就可以全部参与为SSD读写加速。所以目前市面的TCL固态硬盘常规测试速度,均可以媲美SLC固态硬盘。但是缓存,也给TLC跑分注水造假。

为了真实的反映TLC SSD的性能,最简单的方法就是将测试数据区块扩大,测试数据大小大于缓存,才能让TLC真实读取性能现出原形。如三星850 EVO当遇到大量写入,持续大数据写入量的话,后劲会明显不足,用完缓存很快溢出,此时三星850 EVO就该露馅了,从400MB/S降到70MB/S甚至更小。 一般来说,缓存越大越好。

看性能

“某固态硬盘读写速度高达500MB/s以上”“550MB/s速度秒杀全场不解释?”。实际软件测试中确是如此,500MB/s真是神速啊!但有些没意义或是作假的数据会让您做出错误的选择,且看奸商宣传无谓数据如何误导消费者。没人用电脑是整天连续的拷贝大文件!再快的持续速度也无用武之地。

在实际应用中,更加考究SSD的4K IOPS性能(即每秒输入输出值)。IOPS是指存储每秒可接受多少次主机发出的访问。IOPS越高表示硬盘读(写)数据越快。在日常应用中网页缓存的写入、系统文件更新,包括程序、游戏的加载、响应等等都与随机4K读写性能息息相关。

4K读写的快慢决定了系统的操作体验

购买SSD时应参考其4K随机读写成绩! 太平洋网友用某SSD拷贝通过软件生成的10万个22字节的TXT文件共计(2.46M) 。测试的拷贝速度竟然不到50K/S,而且还有电脑随时死机的风险。 ●ATTO测试成绩没有实际参考意义 ●CrystalDiskMark测试成绩有时也会骗人 ●4K/随机读写能力(单位为IOPS表示)才有价值。系统应用中,多数为小文件读写为主,所以4k 读写指标显得重要多了。对系统盘来说,IOPS可以直观的理解为系统反应速度。

可以考虑:有无断电保护

SSD有意外断掉导致不认盘的可能性,可能导致资料无法找回。机械硬盘坏了也有很大几率找回资料。如Intel 730性能表现非常中庸,售价也不低,但是它是一款与企业级产品留着同样血脉的产品,在SSD内置电容中提供应急保护电源设计,确保在突然断电的情况下数据也不会丢失。另外还支持256位AES指令集加密。尤其对于企业用户来说,安全性稳定性是更加重要的。(当然也别被吓到,误认为凡断电必丢盘)

可以考虑:功耗

如果你是笔记本用户,考虑的出发点就不再是性能和价格了,而是低功耗。对于比较重视续航能力的笔记本来说,节能是很重要的。可能有人会问三星850 Pro功耗表现也很好为啥不推荐,因为它太贵了,而且笔记本通常都不能发挥SSD最大的实力,所以没必要花这么多钱去购买旗舰级产品,除非不差钱或者确实需要或者有折扣优惠。

可以考虑:售后

如三星、闪迪的支持十年质保,闪迪支持全球联保,可以大胆海淘。浦科特售后顺丰快递寄回去即可。等等。这也是我不推荐买小厂产品的理由之一,万一特么的坏了厂家不一定能有好态度回复你。

但是说实话,数据无价,售后再好不能恢复数据也是白扯。

细心的读者读到这里,对牌子的选择心里大概有底了。三星唯一一家拥有主控、闪存、缓存、PCB板、固件算法一体式开发、制造实力的厂商。三星、闪迪、东芝、美光都拥有其他SSD厂商可望不渴求的上游芯片资源。至于英特尔,暂时无心留恋消费级ssd市场,深耕企业ssd市场。消费级产品较少,性能中庸,但是稳定性奇好。

固态硬盘使用注意事项

系统选择

win7系统开始支持SSD固态硬盘优化,支持硬盘分区4K对齐,支持TRIM命令等,能将SSD固态硬盘的性能发挥到极致,因此必须使用Win7以上的系统。

多硬盘组合使用时,先单独接SSD安装系统

安装系统时尽可能只接SSD,因为Win7以上系统会自动检测磁盘系统是否为SSD而作出优化,希望SSD发挥最大性能,就要单独接SSD来安装系统,否则系统会因为检测到多盘而不进行充分的优化,甚至引起一些古怪的问题。而在安装系统过程中要避免多硬盘而引起的一些不必要的问题,其实很简单,只要把HDD的电源线拔了,装好系统再接上就行。

SATA3,开启AHCI模式

别接到stat2接口去了。非常重要!略。CrystalDiskInfo软件可检查。

分区4K对齐

如果4K不对齐,不但会极大的降低数据写入和读取速度,还会增加固态硬盘不必要的写入次数,影响寿命。非常重要!略。AS SSD Benchmark、DiskGenius、分区助手可检查或纠正。

分区方法:小分区、少分区

SSD有一种技术叫做“垃圾回收机制”,Trim是系统用来告诉SSD主控哪些数据所占据的地址是“无效”的,而“垃圾回收机制”就是SSD内部对这些“无效”数据进行清理的过程。 SSD中的擦除只能是“将无效数据所在的整个区域摧毁”,不能像机械硬盘那样实现“点对点精确定位打击”,因此“垃圾回收机制”过程也显得很繁琐——先把区域内的有效数据集中起来,转移到空闲的位置,然后把“问题区域”整个清除,清除出来的地方可以作为下次垃圾回收时的转移地点。

“小分区”-所谓“小分区”就是不要把SSD的容量都分满,保留一部分容量作为“空闲位置”,**用于SSD内部的优化操作,如磨损平衡、垃圾回收和坏块映射。**一般情况下这一步骤厂商已经帮我们设定好了,例如NAND容量128G的SSD,厂家会标称120G,剩下的部分就被设置成了预留空间。当然如果你十分注重SSD性能,也可以在此基础上继续增加预留空间,如:128G的固态硬盘在分区的时候只分120G或者更少。

“少分区”-关系到4k对齐对SSD的影响。一方面现在主流SSD容量都不是很大,分区越多意味着浪费的空间越多(每个分区总有那么些空间是用不到的),另一方面分区太多容易导致分区错位,在分区边界的磁盘区域SSD性能可能受到影响。如:128G的固态硬盘分2个分区,256G的分2-4个分区为宜。

保留足够的剩余空间

固态硬盘存储越多性能越慢。而如果某个分区长期处于使用量超过90%的状态,固态硬盘崩溃的可能性将大大增加。所以及时清理无用的文件,设置合适的虚拟内存大小,将电影音乐等大文件存放到机械硬盘非常重要,必须让固态硬盘分区保留足够的剩余空间。

平时保养:

SSD不需要碎片整理!!!机械硬盘才需要。

关于NVMe协议PCI-e SSD要注意事项:

  • NVMe协议的PCIE SSD对主板要求比较高,现在只支持Z97以后的主板,Z97之前的主板BIOS缺乏NVMe驱动模块,会出现无法识别,无法引导的情况。
  • 在安装Win7和Win8系统前需要加载驱动,否则无法安装引导。而Win10可以直装。
  • 作为从盘在Win7和win8使用时,NVMe协议的PCIE SSD需要加载NVMe组织发布的标准驱动,此驱动未通过WHQL,所以64Bit系统需要打开测试模式才能安装驱动。
  • 因为PCIE接口的特殊性,使用PCIE SSD作为系统盘时其启动速度会比SATA接口慢,启动时间较长。
  • NVMe协议的PCIE SSD对CPU主频及内存频率要求高,且Windows10系统测试PCI-E SSD时,要在磁盘驱动器的写入缓存策略里,关闭设备上Windows写入高速缓存缓冲区刷新,否则无法完全发挥其性能。

注:NVMe的SSD相比传统SATA的SSD,在普通日常使用中,体验没有差别

整理自知乎

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