SSD固态硬盘已经是如今装机或者购机的绝对标配, 而伴随着SSD技术和产品的发展, 如何挑选一块称心如意的SSD, 也需要额外注意.
NAND闪存闪存技术不断成长, 从单一Cell单元存储1bit(比特)的SLC, 发展到单一Cell存储2bit的MLC, 再到目前主流的单一Cell存储3bit的TLC, 以及即将普及的单一Cell存储4bit的QLC, 随着每一次技术革新, 闪存的成本都呈指数倍下降, 带给用户的是越来越便宜的产品.
而且不论是用于个人电脑的SSD固态硬盘, 还是用在手机中的eMMC/UFS, 今后数年容量会不断翻倍, 而购买成本将会越来越低.
全球NAND闪存存储密度增长趋势 (来源: 中国闪存市场)
目前市场上的SSD品牌琳琅满目, 让一般消费者无从下手. 这里我们就通过一般用户能抓取到的数据, 窥探一个SSD的质量好与坏, 让普通用户也可以根据这些表面数据, 来选择合适自己的SSD.
京东上SSD品类有8000多个商品可供选择
一, 闪存颗粒数对SSD质量的影响
前文我们提过, NAND闪存技术从SLC发展到MLC再发展到TLC, 目前主力提供商包括三星, 海力士, 东芝, 美光, Intel和闪迪 (被西部数据收购) , 并且以TLC为绝对主力(3D NAND), 还有少量的MLC.
每一家闪存供应商都有自己的战略布局, 例如三星的闪存在性能上表现优越, 成为高性能手机的主力者和首选 (华为手机就曾因三星UFS供应问题而躺枪) . Intel的闪存在手机里面难觅其踪, 因为大量搭配其CPU用在了服务器领域, 以稳定性和容量著称, 而非性能.
我们在当前市面上非原厂品牌SSD中看到的闪存, 三星和海力士的用得最少, 主流多以东芝/闪迪和Intel/美光为主.
任何一个SSD需要两部分协作方可稳定运行, 即主控+闪存. 主控对闪存类型支持的越多, 就可以打造更丰富的产品, 自然更有价值, 这是基本的商业逻辑, 但是当前市场上虽然很多主控厂声称支持所有原厂闪存, 但实际上对韩系闪存的支持一般般.
比如说Intel 2016年推出的3D NAND, 代号是L06B, B0KB, 其中L06B是MLC颗粒, 采用ONFI 4.0标准, 每个Die容量为32GB, 页面尺寸为16KB, 使用4层设计, 闪存寿命是3000 P/E(编程擦写循环).
B0KB则是TLC颗粒, 其实采用的是同一芯片, 用户可以根据需求选择采用MLC模式和TLC模式, 单个Die的容量达48GB, 不过寿命只有1500 P/E, 所以需要更高的LDPC ECC纠错标准.
Intel 3D NAND架构
将多个Die堆叠封装为闪存颗粒, MLC闪存容量就可选32GB到512GB(16层堆叠), TLC闪存则可以从48GB到768GB.
通过多Die封装的方式, 可以让单颗闪存颗粒容量越做越大, 而这些颗粒用于SSD, 就存在一个很基本的逻辑, 即质量越高的Die, 可封装的层数越多, 容量越大; 一个SSD采用的颗粒数越少, 出问题的几率就越低.
所以, 在挑选SSD的时候, 颗粒越少同时容量越大, 证明该SSD的质量越高.
近期从某拆解网站上看到的120GB SSD采用了8颗TSOP封装颗粒
入门级的120GB, 240GB固态硬盘, 若是两三年前TLC还未普及的时候, 有可能会采用多颗颗粒的方式, 但是在目前TLC已经成为主流的情况下, 用户在选择的时候还需要先掂量掂量.
近期从某拆解网站上看到的640GB SSD采用单颗BGA封装颗粒
这颗应该就是前面谈到Intel TLC单颗能做到的最大容量768GB, 一颗就能打造出640GB容量的SSD.
二, OP预留空间对质量的影响
OP预留空间, 英文名称Over-Provisioning, 是指SSD内部由主控芯片控制的, 用户不可操作的隐藏空间, 用于主控各种优化机制的操作, 诸如GC垃圾回收, 磨损均衡等.
通俗来讲, SSD预留的OP空间越多, 越能提高GC回收, 磨损均衡等的性能, 从而提升和保持SSD持久高速, 不会掉速, 自然就会越稳定, 返修率越低, 寿命更长.
不同使用容量的OP占比 (来源于Kingston官网)
在MLC时代, 128/256/512GB SSD容量较为常见, , 在迈入TLC时代之后, 120G/240/480GB 更常见一些, Intel SSD在服务器市场上还出现了360/800GB, 而美光针对消费类更是喜欢推出275/525GB这种奇葩容量.
可以推算出来, 360GB SSD如果闪存原始容量为512GB, OP空间预留比例就高达42%. 275GB SSD如果使用192GB+96GB (与Intel共厂生产的B0KB) , 则OP值为4.7% .
可以看到, 原厂在制作SSD的时候, 会根据不同市场设定不同的OP值来满足于市场. 对于非原厂类的品牌, 若是TLC产品, 必然是OP值越大越好.
组装机电商用320G做主力硬盘降低返修率
可以观察到, 国内较大规模的组装机电商经常用到320GB, 160GB这种特殊容量, 原因是这类产品有较大OP预留. 如果是192GB开卡为160GB, OP值为20%, 通过降低返修率, 可以降低其返修带来的往返运费.
Intel针对服务器使用的S3520系列
Intel S3520采用的是MLC颗粒, 入门级的150GB容量如果用256GB颗粒制作, 预留的OP值达70% ! 通过大量的OP值预留, 可以保证稳定运行在服务器上, 这也印证了前文所提及的Intel闪存的企业战略——优先满足于服务器的需求.
三, 不要被SSD速度 '误导' 了
SSD的速度取决于两个层面, 即主控的运作方式和所采用的NAND闪存.
在闪存速度层面, 三星一直是Bug般的存在, 同级别闪存中确实不可匹敌, 而在主控层面, 不同的解决方案就会带来以不同的SSD表现.
在当前的TLC时代, 主控给出的廉价解决方案为: 将部分TLC模拟SLC模式, 先让SLC这部分当搬运工, 数据写入SLC, 效率最高; SLC写完之后, 主控亲自上阵当搬运工, 这时候才能体现出TLC的真实速度.
前面提到TLC是1个Cell存储3个bit, SLC是1个Cell存储1个bit, 故TLC模拟SLC模式, 最多也只能模拟到全盘的1/3容量.
为了满足不同用户的需求, 主控厂商们还给出了另外一个解决方案, 即 在TLC模拟SLC的同时, 增加一颗DDR缓存颗粒, 让缓存颗粒协助搬运数据, 一般是1GB闪存应对1MB缓存的匹配关系.
不带缓存480G SLC模式下的测试 (40G写入)
不带缓存480G填充全盘1/3以上测试 (40G写入)
带缓存的500G填充全盘1/3以上测试 (40G写入)
这个工具叫做HD Tune Pro, 能让用户实打实地测试出SSD的真实效能, 不轻易被品牌工厂和媒体误导.
之所以没有测试填充后的读取, 是因为SSD的读取基本是不变的, 一般我们用到SSD的时候, 比如说玩游戏, 也基本都是读取操作.
时至今日, 仍有人误导用户说机械硬盘比固态硬盘好, 也有人说SSD性能不如U盘, 实在是贻笑大方.
通过上面三张图的比较我们可以得出以下结论:
1, 不论是带DDR方案还是不带DDR方案, 就写入比较而言, 模拟SLC段的写入都是大同小异的.
2, 当SLC模拟容量填充完之后, 写入速度就会出现变化. 主控带DDR的解决方案的平均速度是不带DDR的平均速度的一倍以上.
3, 不论是带DDR还是不带DDR方案, 均会出现最低速度低于10MB/s的情况, 这是因为主控在搬运数据的时候的垃圾回收功能决定的. 在看一个SSD的写入的时候, 最好的考核参数是平均写入速度, 而最高值和最低值均只能作参考.
如果你每天需要大量的拷贝吸入, 选择带DDR的解决方案或者三星的SSD会是最好的选择.
四, 国产闪存任重而道远
最后, 我们来看看国产闪存的趋势和进度.
长江存储最近宣布, 32层堆叠的64Gb 3D闪存将会在2018年达成小规模量产, 2019年64层堆叠的128Gb 3D闪存将进入规模研发的阶段.
单Die 64Gb也就是8GB容量, 而我们在前文谈到Intel上一代代号为B0KB的TLC为单Die 32GB, 当前量产的代号为B17的TLC为单Die 64GB.
这样一来, 即使国产闪存的良率与国际大厂一致, 成本差异也将达到8倍. 如果摩尔定律在闪存中继续生效, 国产闪存的成本仍然需要很长的时间才能实现市场化竞争.
当前中美贸易战争还在继续, 面对这种受制于人的局面, 只能由衷地祝愿国产闪存能够早日实现技术革新并规模化量产, 这样我们也能早日能用上中国芯的SSD产品.
NAND技术还在继续发展, 并仍然遵循摩尔定律, 可以大胆地预测, 当QLC时代正式来临, SSD彻底取代HDD将成为可能.
在SSD的选择上, 我们需要掌握一定的基础知识, 遵循基础的选购逻辑, 这才能避免掉入别人的忽悠陷阱.
