NAND闪存闪存技能不断发展,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,以及即将遍及的单一Cell存储4bit的QLC,随着每一次技能改造,闪存的本钱都呈指数倍低落,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,而购买本钱将会越来越低。
环球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,让一样平常消费者无从下手。这里我们就通过一样平常用户能抓取到的数据,窥伺一个SSD的质量好与坏,让普通用户也可以根据这些表面数据,来选择得当自己的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闪存技能从SLC发展到MLC再发展到TLC,目前主力供应商包括三星、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计策布局,例如三星的闪存在性能上表现优胜,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,由于大量搭配其CPU用在了做事器领域,以稳定性和容量著称,而非性能。
我们在当前市情上非原厂品牌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须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,自然更有代价,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样平常般。
比如说Intel 2016年推出的3D NAND,代号是L06B、B0KB,个中L06B是MLC颗粒,采取ONFI 4.0标准,每个Die容量为32GB,页面尺寸为16KB,利用4层设计,闪存寿命是3000 P/E(编程擦写循环)。
B0KB则是TLC颗粒,实在采取的是同一芯片,用户可以根据需求选择采取MLC模式和TLC模式,单个Die的容量达48GB,不过寿命只有1500 P/E,以是须要更高的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封装的办法,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采取的颗粒数越少,出问题的几率就越低。
以是,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采取了8颗TSOP封装颗粒
入门级的120GB、240GB固态硬盘,若是两三年前TLC还未遍及的时候,有可能会采取多颗颗粒的办法,但是在目前TLC已经成为主流的情形下,用户在选择的时候还须要先掂量掂量。
近期从某拆解网站上看到的640GB SSD采取单颗BGA封装颗粒
这颗该当便是前面谈到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内部由主控芯片掌握的、用户不可操作的隐蔽空间,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。
普通来讲,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。
不同利用容量的OP占比(来源于Kingston官网)
在MLC时期,128/256/512GB SSD容量较为常见,,在迈入TLC时期之后,120G/240/480GB 更常见一些,Intel SSD在做事器市场上还涌现了360/800GB,而美光针对消费类更是喜好推出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如果利用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值来知足于市场。对付非原厂类的品牌,若是TLC产品,一定是OP值越大越好。
组装机电商用320G做主力硬盘降落返修率
可以不雅观察到,海内较大规模的组装机电商常常用到320GB、160GB这种分外容量,缘故原由是这类产品有较大OP预留。如果是192GB开卡为160GB,OP值为20%,通过降落返修率,可以降落其返修带来的来回运费。
Intel针对做事器利用的S3520系列
Intel S3520采取的是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,可以担保稳定运行在做事器上,这也印证了前文所提及的Intel闪存的企业计策——优先知足于做事器的需求。
三、不要被SSD速率“误导”了
SSD的速率取决于两个层面,即主控的运作办法和所采取的NAND闪存。
在闪存速率层面,三星一贯是Bug般的存在,同级别闪存中确实不可匹敌,而在主控层面,不同的办理方案就会带来以不同的SSD表现。
在当前的TLC时期,主控给出的廉价办理方案为:将部分TLC仿照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,这时候才能表示出TLC的真实速率。
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仿照SLC模式,最多也只能仿照到通盘的1/3容量。
为了知足不同用户的需求,主控厂商们还给出了其余一个办理方案,即在TLC仿照SLC的同时,增加一颗DDR缓存颗粒,让缓存颗粒帮忙搬运数据,一样平常是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添补通盘1/3以上测试(40G写入)
带缓存的500G添补通盘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。
之以是没有测试添补后的读取,是由于SSD的读取基本是不变的,一样平常我们用到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器硬盘比固态硬盘好,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,仿照SLC段的写入都是大同小异的。
2、当SLC仿照容量添补完之后,写入速率就会涌现变革。主控带DDR的办理方案的均匀速率是不带DDR的均匀速率的一倍以上。
3、不论是带DDR还是不带DDR方案,均会涌现最低速率低于10MB/s的情形,这是由于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,最好的考察参数是均匀写入速率,而最高值和最低值均只能作参考。
如果你每天须要大量的拷贝吸入,选择带DDR的办理方案或者三星的SSD会是最好的选择。
四、国产闪存任重而道远
末了,我们来看看国产闪存的趋势和进度。
长江存储最近宣告,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也便是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,纵然国产闪存的良率与国际大厂同等,本钱差异也将达到8倍。如果摩尔定律在闪存中连续生效,国产闪存的本钱仍旧须要很长的韶光才能实现市场化竞争。
当前中美贸易战役还在连续,面对这种受制于人的局势,只能由衷地祝愿国产闪存能够早日实现技能改造并规模化量产,这样我们也能早日能用上中国芯的SSD产品。
NAND技能还在连续发展,并仍旧遵照摩尔定律,可以大胆地预测,当QLC时期正式来临,SSD彻底取代HDD将成为可能。
在SSD的选择上,我们须要节制一定的根本知识,遵照根本的选购逻辑,这才能避免掉入别人的忽悠陷阱。