SSD固態硬碟已經是如今裝機或者購機的絕對標配, 而伴隨著SSD技術和產品的發展, 如何挑選一塊稱心如意的SSD, 也需要額外注意.
NAND快閃記憶體快閃記憶體技術不斷成長, 從單一Cell單元存儲1bit(比特)的SLC, 發展到單一Cell存儲2bit的MLC, 再到目前主流的單一Cell存儲3bit的TLC, 以及即將普及的單一Cell存儲4bit的QLC, 隨著每一次技術革新, 快閃記憶體的成本都呈指數倍下降, 帶給用戶的是越來越便宜的產品.
而且不論是用於個人電腦的SSD固態硬碟, 還是用在手機中的eMMC/UFS, 今後數年容量會不斷翻倍, 而購買成本將會越來越低.
全球NAND快閃記憶體存儲密度增長趨勢 (來源: 中國快閃記憶體市場)
目前市場上的SSD品牌琳琅滿目, 讓一般消費者無從下手. 這裡我們就通過一般用戶能抓取到的數據, 窺探一個SSD的質量好與壞, 讓普通用戶也可以根據這些表面數據, 來選擇合適自己的SSD.
京東上SSD品類有8000多個商品可供選擇
一, 快閃記憶體顆粒數對SSD質量的影響
前文我們提過, NAND快閃記憶體技術從SLC發展到MLC再發展到TLC, 目前主力提供商包括三星, 海力士, 東芝, 美光, Intel和閃迪 (被西部數據收購) , 並且以TLC為絕對主力(3D NAND), 還有少量的MLC.
每一家快閃記憶體供應商都有自己的戰略布局, 例如三星的快閃記憶體在性能上表現優越, 成為高性能手機的主力者和首選 (華為手機就曾因三星UFS供應問題而躺槍) . Intel的快閃記憶體在手機裡面難覓其蹤, 因為大量搭配其CPU用在了伺服器領域, 以穩定性和容量著稱, 而非性能.
我們在當前市面上非原廠品牌SSD中看到的快閃記憶體, 三星和海力士的用得最少, 主流多以東芝/閃迪和Intel/美光為主.
任何一個SSD需要兩部分協作方可穩定運行, 即主控+快閃記憶體. 主控對快閃記憶體類型支援的越多, 就可以打造更豐富的產品, 自然更有價值, 這是基本的商業邏輯, 但是當前市場上雖然很多主控廠聲稱支援所有原廠快閃記憶體, 但實際上對韓系快閃記憶體的支援一般般.
比如說Intel 2016年推出的3D NAND, 代號是L06B, B0KB, 其中L06B是MLC顆粒, 採用ONFI 4.0標準, 每個Die容量為32GB, 頁面尺寸為16KB, 使用4層設計, 快閃記憶體壽命是3000 P/E(編程擦寫迴圈).
B0KB則是TLC顆粒, 其實採用的是同一晶片, 用戶可以根據需求選擇採用MLC模式和TLC模式, 單個Die的容量達48GB, 不過壽命只有1500 P/E, 所以需要更高的LDPC ECC糾錯標準.
Intel 3D NAND架構
將多個Die堆疊封裝為快閃記憶體顆粒, MLC快閃記憶體容量就可選32GB到512GB(16層堆疊), TLC快閃記憶體則可以從48GB到768GB.
通過多Die封裝的方式, 可以讓單顆快閃記憶體顆粒容量越做越大, 而這些顆粒用於SSD, 就存在一個很基本的邏輯, 即質量越高的Die, 可封裝的層數越多, 容量越大; 一個SSD採用的顆粒數越少, 出問題的幾率就越低.
所以, 在挑選SSD的時候, 顆粒越少同時容量越大, 證明該SSD的質量越高.
近期從某拆解網站上看到的120GB SSD採用了8顆TSOP封裝顆粒
入門級的120GB, 240GB固態硬碟, 若是兩三年前TLC還未普及的時候, 有可能會採用多顆顆粒的方式, 但是在目前TLC已經成為主流的情況下, 用戶在選擇的時候還需要先掂量掂量.
近期從某拆解網站上看到的640GB SSD採用單顆BGA封裝顆粒
這顆應該就是前面談到Intel TLC單顆能做到的最大容量768GB, 一顆就能打造出640GB容量的SSD.
二, OP預留空間對質量的影響
OP預留空間, 英文名稱Over-Provisioning, 是指SSD內部由主控晶片控制的, 用戶不可操作的隱藏空間, 用於主控各種優化機制的操作, 諸如GC垃圾回收, 磨損均衡等.
通俗來講, SSD預留的OP空間越多, 越能提高GC回收, 磨損均衡等的性能, 從而提升和保持SSD持久高速, 不會掉速, 自然就會越穩定, 返修率越低, 壽命更長.
不同使用容量的OP佔比 (來源於Kingston官網)
在MLC時代, 128/256/512GB SSD容量較為常見, , 在邁入TLC時代之後, 120G/240/480GB 更常見一些, Intel SSD在伺服器市場上還出現了360/800GB, 而美光針對消費類更是喜歡推出275/525GB這種奇葩容量.
可以推算出來, 360GB SSD如果快閃記憶體原始容量為512GB, OP空間預留比例就高達42%. 275GB SSD如果使用192GB+96GB (與Intel共廠生產的B0KB) , 則OP值為4.7% .
可以看到, 原廠在製作SSD的時候, 會根據不同市場設定不同的OP值來滿足於市場. 對於非原廠類的品牌, 若是TLC產品, 必然是OP值越大越好.
組裝機電商用320G做主力硬碟降低返修率
可以觀察到, 國內較大規模的組裝機電商經常用到320GB, 160GB這種特殊容量, 原因是這類產品有較大OP預留. 如果是192GB開卡為160GB, OP值為20%, 通過降低返修率, 可以降低其返修帶來的往返運費.
Intel針對伺服器使用的S3520系列
Intel S3520採用的是MLC顆粒, 入門級的150GB容量如果用256GB顆粒製作, 預留的OP值達70% ! 通過大量的OP值預留, 可以保證穩定運行在伺服器上, 這也印證了前文所提及的Intel快閃記憶體的企業戰略——優先滿足於伺服器的需求.
三, 不要被SSD速度 '誤導' 了
SSD的速度取決於兩個層面, 即主控的運作方式和所採用的NAND快閃記憶體.
在快閃記憶體速度層面, 三星一直是Bug般的存在, 同級別快閃記憶體中確實不可匹敵, 而在主控層面, 不同的解決方案就會帶來以不同的SSD表現.
在當前的TLC時代, 主控給出的廉價解決方案為: 將部分TLC類比SLC模式, 先讓SLC這部分當搬運工, 數據寫入SLC, 效率最高; SLC寫完之後, 主控親自上陣當搬運工, 這時候才能體現出TLC的真實速度.
前面提到TLC是1個Cell存儲3個bit, SLC是1個Cell存儲1個bit, 故TLC類比SLC模式, 最多也只能類比到全盤的1/3容量.
為了滿足不同用戶的需求, 主控廠商們還給出了另外一個解決方案, 即 在TLC類比SLC的同時, 增加一顆DDR緩存顆粒, 讓緩存顆粒協助搬運數據, 一般是1GB快閃記憶體應對1MB緩存的匹配關係.
不帶緩存480G SLC模式下的測試 (40G寫入)
不帶緩存480G填充全盤1/3以上測試 (40G寫入)
帶緩存的500G填充全盤1/3以上測試 (40G寫入)
這個工具叫做HD Tune Pro, 能讓用戶實打實地測試出SSD的真實效能, 不輕易被品牌工廠和媒體誤導.
之所以沒有測試填充後的讀取, 是因為SSD的讀取基本是不變的, 一般我們用到SSD的時候, 比如說玩遊戲, 也基本都是讀取操作.
時至今日, 仍有人誤導用戶說機械硬碟比固態硬碟好, 也有人說SSD性能不如隨身碟, 實在是貽笑大方.
通過上面三張圖的比較我們可以得出以下結論:
1, 不論是帶DDR方案還是不帶DDR方案, 就寫入比較而言, 類比SLC段的寫入都是大同小異的.
2, 當SLC類比容量填充完之後, 寫入速度就會出現變化. 主控帶DDR的解決方案的平均速度是不帶DDR的平均速度的一倍以上.
3, 不論是帶DDR還是不帶DDR方案, 均會出現最低速度低於10MB/s的情況, 這是因為主控在搬運數據的時候的垃圾回收功能決定的. 在看一個SSD的寫入的時候, 最好的考核參數是平均寫入速度, 而最高值和最低值均只能作參考.
如果你每天需要大量的拷貝吸入, 選擇帶DDR的解決方案或者三星的SSD會是最好的選擇.
四, 國產快閃記憶體任重而道遠
最後, 我們來看看國產快閃記憶體的趨勢和進度.
長江存儲最近宣布, 32層堆疊的64Gb 3D快閃記憶體將會在2018年達成小規模量產, 2019年64層堆疊的128Gb 3D快閃記憶體將進入規模研發的階段.
單Die 64Gb也就是8GB容量, 而我們在前文談到Intel上一代代號為B0KB的TLC為單Die 32GB, 當前量產的代號為B17的TLC為單Die 64GB.
這樣一來, 即使國產快閃記憶體的良率與國際大廠一致, 成本差異也將達到8倍. 如果摩爾定律在快閃記憶體中繼續生效, 國產快閃記憶體的成本仍然需要很長的時間才能實現市場化競爭.
當前中美貿易戰爭還在繼續, 面對這種受制於人的局面, 只能由衷地祝願國產快閃記憶體能夠早日實現技術革新並規模化量產, 這樣我們也能早日能用上中國芯的SSD產品.
NAND技術還在繼續發展, 並仍然遵循摩爾定律, 可以大膽地預測, 當QLC時代正式來臨, SSD徹底取代HDD將成為可能.
在SSD的選擇上, 我們需要掌握一定的基礎知識, 遵循基礎的選購邏輯, 這才能避免掉入別人的忽悠陷阱.
