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固态硬盘的速度命根.doc 固态硬盘的速度命根 SSD(固态硬盘)强悍的随机读写性能，极短的响应时间，低功耗无噪音等优点让它对HDD的统治地位造成了威胁，一跃成为无数用户关注的焦点。不 过，就像转速、单碟容量会影响机械硬盘的性能一样，固态硬盘的性能表现也会受多个因素的影响。那么SSD的速度命根在哪里呢,下面让我们来深入分析。 SSD(固态硬盘)强悍的随机读写性能，极短的响应时间，低功耗无噪音等优点让它对HDD的统治地位造成了威胁，一跃成为无数用户关注的焦点。不过，就像 转速、单碟容量会影响机械硬盘的性能一样，固态硬盘的性能表现也会受多个因素的影响。那么SSD的速度命根在哪里呢,下面让我们来深入分析。 NO 1:主控芯片，SSD的大脑～ SSD硬盘中的主控芯片，它的地位就相当于电脑中的CPU，负责整个SSD数据的调配。主控的“智商”高低是决定SSD性能的最大因素，如同赛扬与 Core i7存在明显的性能差距一样，不同的主控之间能力相差非常大。目前市场上比较主流的SSD主控芯片有SandForce，Marvell，三星 等厂商的。 SandForce主控目前在市场中占有率第一，这主要得益于SandForce提供了包括主控、固件与PCB设计在内的一揽子解决方案，如同手机整体解 决方案中的MTK(联发科)。DuraWrite数据压缩应该说是SandForce主控成名之技。它最大的特点是通过把写入数据压缩处理之后再存储到 SSD闪存中的方法，变相提高了写入速度，同时也将写入放大率大幅减少。如果你需要往SSD硬盘写入10MB的文件，那在文件进入硬盘之前 SandForce主控会对文件进行压缩处理，可能被压缩到5MB甚至更低，而文件最终写入NAND颗粒的大小也就是压缩后的容量。但是在操作系统里仍然 看到的是10MB的占用率。之后你从SSD里打开这个文件时，主控会对此文件先进行解压再送进系统内存。假设系统花了20ms读取了这个5MB的文件，那 么就是250MB/s的读取速度(1s=50个20ms)，但是 在主控里他被解压成了10MB，也就是数据量增大了1倍，看上去就变成了500MB/s的 传输速度。 说起Marvell，大家不可能不熟悉，它可是机械硬盘主控的老大。目前Marvell针对SSD的最新主控主要是Marvell88SS9187控制芯 片，最大特点是支持8通道并行处理，每条通道支持的带宽从上一代88SS9174的166MT/s增加到200MT/s，拥有不俗的读写性能。采用这种芯 片的SSD产品一般都具备400,500MB/s的读取能力，连续写入性能也超过300MB/s，这些可都是实打实的，不像SandForce标称的那样 是在数据被即时压缩的环境下的最佳效能。比如浦科特M5 Pro就采用了这款主控。 除上述两款以外，三星的自主主控产品也在市场中流行。三星目前的SSD主控主要是S4LJ204X01主控，采用非压缩算法及三颗物理核心设计，可以同时 、Marvell多任务处理，也拥有不错的数据吞吐量和运作效率，不过与SandForce主控仍有一定的差距。三星主控基本是自产自销，主要应用于自产 的830系列固态硬盘。 NO2:闪存，留意工作模式 作为SSD中读写存储数据的关键，闪存芯片对SSD性能的影响排在第二位。目前来看闪存芯片主要是NAND 型，并根据类型可分为MLC和SLC两种。 MLC存储颗粒与SLC存储颗粒相比，以相同芯片面积上获得两倍存储容量的成本优势迅速赢取了消费级用户的青睐。SLC存储颗粒则定位于追求高性能、稳定 性的企业级市场。虽然所有厂商的MLC存储颗粒的原理基本相同，但因生产工艺与技术的不同，它们之间也存在着一定的差异。最大的差异就是存储颗粒的接口标 准，主要有ONFI(Open NAND Flash Interface)及Toggle DDR Model两大接口。 ONFI标准最大的特点是采用了在DRAM领域里常用的DDR信号技术与同步时钟控制，从而可以实现更高的传输带宽。同步时钟控制是主控可以通过发送同步 指令激活闪存上的同步时钟信号，使闪存与主控工作在同步模式，此时闪存的数据传输速率会大幅度提升。ONFI在去年已经升级到第三代标准，在使用非易失性 DDR2接口下传输速度得以翻番，达到400MB/s。而Toggle DDR接口标准也发展到第二代，它与前者最明显的差别在于采用了异步时钟控制，不 过其工作模式与DDR内存的道理一样的，利用DQS信号的上升沿和下降沿都进行一次数据的传输，也可以实现速度翻倍的效果。不过异步时钟控制在主控发出指 令以后，主控与闪存之间有一个时钟信号匹配的过程，然后再传输数据，因此异步时钟控制的延迟肯定是长于同步时钟控制的。 当然，接口也只是SSD存储颗粒的一小部分，最重要的仍然是存储单元，制程越先进在最小的芯片面积上就能集成最多的存储容量，这才是解决SSD成本的 根本原因。在NAND 闪存芯片市场中，英特尔和镁光的主流工艺为25nm，三星为27nm，海力士为26nm，而东芝为24nm，基本是同一级别产品。 值得注意的是, 在去年4月英特尔发布了世界首个基于20nm工艺制造的64Gb(8GB)MLC 闪存颗粒样品，随后三星和东芝先后宣布了各自的 21nm和19nm闪存。 在成本降低的同时，新制程也带来了负面影响。对于闪存颗粒而言，制程越先进，受其物理特性制约，它在数据处理时的错误率就会提升，可靠性越低，寿命也更 短。比如当制程从34nm进化到25nm时，闪存的P/E从5000次下降到了3000次，而早期的20nm闪存颗粒的P/E甚至不足1000次。从原理 层面来看，只要是基于EEPROM原理的NAND永远也逃脱不了低寿命、低稳定性的宿命，不过新制程在同样价格下提供了更大的容量可用于擦写负载平衡，同 时主控芯片算 法的进步，在一定程度上也可以弥补新制程带来的负面影响，所以从整体来看，制程提升依然对SSD的成本与可靠性有很大促进作用。 NO3:固件，内功修为同样重要～ 除了主控芯片、闪存芯片外，固件算法对于SSD的性能发挥也起到了重要的作用，它的地位就如同SSD中的操作系统。以SandForce为例，它提供了 一套成熟的主控方案，这其中包括固件。但大部分SSD厂商只是SandForce方案的包装者、销售商，它们的SSD产品也只能采用SandForce提 供的公版固件，这类产品的性能一般都比较接近。而一些具备研发实力的厂商，则可以凭借更优秀的固件设计、更丰富的工具软件来提升SSD性能。比如英睿达、 浦科特、英特尔都具备很强的SSD固件研发实力。因此即便使用与其它品牌SSD相近的硬件配置，这几家的SSD性能却有更好的表现。例如，同样采用 SandForce 2281主控，英特尔自行研发的固件却让520系列的性能比其它品牌同方案SSD胜出一筹。而浦科特的TrueSpeed技术也让它 的SSD产品已经成功超越美光M4成为SSD新的性能王者。 延伸阅读:什么是P/E, 闪存完全擦写一次叫做1次P/E，因此闪存的寿命就以P/E作单位,像常见的34nm MLC闪存芯片的寿命就为5000,10000P/E。其实 SSD标称的P/E一般是厂商给出的最低值。对普通用户而言，25nm闪存芯片3000次的P/E标准基本能满足要求。以一款120GB的固态硬盘为例， 要写入120GB的文件才算做一次P/E，即使每天写入60GB，平均2天完成一次P/E，那么一年才180次P/E。所以，在主控芯片支持负载平衡的情 况下，你还担心你的SSD寿命不够用吗, 小知识:SSD闪存颗粒的同步/异步模式 其实同步闪存与异步闪存在物理结构上是一样的，都是同一生产线上下来的，但颗粒品质的优劣才产生了这样的区别。比如在原厂中，如果颗粒在同步模式下通 过所有最严格的测试，那么就以同步颗粒来出售，如果颗粒只能在异步模式下通过质量测试，那么原厂仍把它们作为合格的产品(标记为仅可跑异步模式)出售。在 SSD中让闪存颗粒工作在何种模式完全由主控所决定，SSD即使用了异步颗粒，只要让固件强制发送此同步指令，仍然可以强制开启同步模式跑出同步颗粒的成 绩——这有点象CPU开核，但可靠性就会降低。 Q&A:同品牌、同主控、同容量的SSD，价格为何不同, 有些朋友也许会发现，即便是相同品牌、采用相同主控、一样容量的两款SSD，它们之间的价格差异可能达到数百元，造成这样差异的最主要原因就是闪存芯片规 格。如OCZ Vertex 3 120GB的价格要比Agility 3 120GB贵200元左右，原因就是Vertex 3采用支持同步模式的闪存 颗粒，而后者采用的支持异步模式的闪存颗粒。当然，大家选购时是看不到闪存颗粒真容的，怎么办,大家可以从性能指标来判断——比如 OCZ Vertex 3 120GB标称的随机写入性能为 60000 IOPS，而Agility 3 120GB的随机写入性能只有 50000 IOPS，这就是价 差的来由之一。