存儲(chǔ)界沒(méi)有神話!超級(jí)SSD內(nèi)部結(jié)構(gòu)揭秘
大家抱怨SSD價(jià)格高，于是山寨SSD遍地開(kāi)花，跌入很多人的心理價(jià)位
大家抱怨SSD容量小，于是512GB、1TB的SSD陸續(xù)面世，直逼機(jī)械硬盤(pán)
大家抱怨SSD速度慢，100、200、600MB/s、接近1GB/s的產(chǎn)品陸續(xù)曝光……
外形酷似顯卡的SSD，容量高達(dá)1TB
平均傳輸速度超過(guò)700MB/s，令人嘆為觀止
SSD(固態(tài)硬盤(pán))真是個(gè)神奇的東西，想什么來(lái)什么，要多大有多大、要快有多快，容量直逼傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)，速度堪比緩存及內(nèi)存。難道現(xiàn)在IT技術(shù)的發(fā)展真達(dá)到了一日千里的地步，幾天不關(guān)注新聞就火星了？
面對(duì)飛速發(fā)展的SSD，很多用戶不由得感慨，只要成本和售價(jià)降下來(lái)，那么機(jī)械硬盤(pán)必然慘遭淘汰，SSD一統(tǒng)天下指日可待。事實(shí)上這種說(shuō)法是完全沒(méi)有理論依據(jù)的，很多人只是被SSD的塑料外殼蒙蔽了雙眼，對(duì)于SSD的工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu)一竅不通。
所以，筆者覺(jué)得有必要寫(xiě)這樣一篇文章，其實(shí)很久之前就有這個(gè)想法，但一直苦于沒(méi)有理論根據(jù)，才遲遲沒(méi)有下筆。接觸SSD已經(jīng)快一年了，從當(dāng)初對(duì)新架構(gòu)存儲(chǔ)產(chǎn)品的興奮，借助職務(wù)之便搶先試用，但長(zhǎng)期使用后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題頗多，對(duì)新興存儲(chǔ)產(chǎn)品的質(zhì)量打了個(gè)問(wèn)號(hào)，甚至對(duì)SSD真實(shí)性能產(chǎn)生懷疑，搜尋各種資料后，終于恍然大悟，現(xiàn)在就分享給諸位網(wǎng)友。
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對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，架構(gòu)上都是一樣的，數(shù)據(jù)接口，磁盤(pán)主控、存儲(chǔ)介質(zhì)。SSD與機(jī)械硬盤(pán)的差異在主要體現(xiàn)在存儲(chǔ)介質(zhì)上。而SSD之間的區(qū)別，除了主控外，就是存儲(chǔ)介質(zhì)（SLC與MLC）了。
普通機(jī)械硬盤(pán)的PCB結(jié)構(gòu)：主控+緩存+馬達(dá)控制芯片(控制硬盤(pán)機(jī)械主體)
固態(tài)硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)相比機(jī)械硬盤(pán)，無(wú)非是原來(lái)機(jī)械部分的馬達(dá)碟片換成了閃存顆粒，磁盤(pán)主控芯片、PCB總線連接接口均保留下來(lái)。換句話說(shuō)，SSD相對(duì)機(jī)械硬盤(pán)，架構(gòu)沒(méi)變，改變的僅是存儲(chǔ)介質(zhì)。
SSD的結(jié)構(gòu)：主控+緩存+Flash芯片
其實(shí)，SSD就是把原來(lái)溫徹斯特原理的機(jī)械式盤(pán)片+磁頭，換成了Flash（非易失性存儲(chǔ)器），由于半導(dǎo)體芯片不需要尋道過(guò)程，因此存取過(guò)程非?？?；沒(méi)有機(jī)械式馬達(dá)因此沒(méi)有噪音，功耗、發(fā)熱、體積也要小很多。
512GB！這是已上市最大容量的2.5寸SSD
目前主流的SSD都是2.5寸大小，與機(jī)械式筆記本硬盤(pán)相比的話，最高容量是相等的，都是512/500GB。按照這個(gè)體積來(lái)算的話，如果把SSD做成臺(tái)式機(jī)用的3.5寸盤(pán)，那么容量達(dá)到甚至超過(guò)2TB也不是什么難事，可為啥沒(méi)人出這樣的東西呢？
這就牽扯到SSD主控的承受能力了，SSD是由Flash芯片堆疊而成的，如果主控管理不了那么多芯片的話，就是癡心妄想了。
現(xiàn)在提起SSD，大家都會(huì)認(rèn)為很快，即使是山寨產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)看起來(lái)也比硬盤(pán)來(lái)的好。但大家卻不是都明白，SSD為什么快。架構(gòu)上，SSD與機(jī)械硬盤(pán)是相似的，最大的區(qū)別是存儲(chǔ)介質(zhì)，難道閃存的性能真的比磁碟好上那么多嗎？
intel的SSD用10顆閃存組成10通道RAID
實(shí)際上，無(wú)論是SLC還是MLC，其傳輸速度均沒(méi)有磁碟來(lái)的高，而優(yōu)勢(shì)僅在極低存取時(shí)間。反應(yīng)到應(yīng)用上，尤其是程序啟動(dòng)等操作上，優(yōu)勢(shì)就凸現(xiàn)出來(lái)了。
三星的解決方案也不例外，8通道RAID 0
大家會(huì)問(wèn)，你說(shuō)SSD傳輸率不高，但是連山寨的SSD傳輸率都能輕松突破100MB/s啊，這又是什么原因呢？存儲(chǔ)產(chǎn)品中，有個(gè)技術(shù)叫陣列，由于閃存芯片體積小，耗電少，所以可以將多顆閃存芯片組成RAID 0，提高速度，這樣我們看見(jiàn)的SSD傳輸率上百M(fèi)B也就不足為奇了。
在此，筆者糾正一個(gè)誤區(qū)，有不少人認(rèn)為RAID 0可以提高存儲(chǔ)的速度，實(shí)際上這種說(shuō)法是片面的。RAID 0提高的僅是傳輸率，而存取時(shí)間上并沒(méi)有提高，有些時(shí)候還會(huì)有下降，畢竟通道數(shù)多了，協(xié)同一起運(yùn)作會(huì)產(chǎn)生延時(shí)。
說(shuō)到此，想必大家已經(jīng)知道SSD性能的本質(zhì)因素了，一是閃存芯片存取時(shí)間超低，二是多路RAID 0大幅提高傳輸率。那么遵循這個(gè)理論，要想在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上提高SSD的性能，RAID 0就是必經(jīng)之路了。
使用兩顆主控芯片外加一顆RAID 0芯片加強(qiáng)RAID
方法擺在這，那么如何實(shí)現(xiàn)呢？繼續(xù)加大主控芯片的負(fù)荷，加大通道數(shù)已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)在的狀況都不穩(wěn)定，更不要說(shuō)繼續(xù)加大通道數(shù)了。所以，有人想到了使用兩顆主控芯片，在單顆主控控制8通道閃存的基礎(chǔ)上，通過(guò)外圍第三方芯片將兩組8通道閃存再組成RAID 0，提高傳輸率。
經(jīng)過(guò)性能測(cè)試，由于JM390的主控性能不強(qiáng)，雙路狀態(tài)下，僅能改善寫(xiě)入性能，讀取性能提升不大，且穩(wěn)定性較差。
造成性能下降的原因，與主控處理能力有密切關(guān)系，既然外圍主控芯片處理能力不強(qiáng)，那么就換。大家都知道專業(yè)磁盤(pán)控制卡（SAS）的性能十分強(qiáng)勁，那么把外圍設(shè)備換成磁盤(pán)控制卡會(huì)有什么效果呢？
炒得火熱的OCZ Z-DRIVERS，實(shí)際上就是SAS卡+SSD
結(jié)構(gòu)一目了然：一塊小Raid卡搭配四塊普通SSD
看不明白，那么換張圖，這套YY與Z-DRIVERS本質(zhì)是一樣的
由于外圍磁盤(pán)控制器（SAS）性能強(qiáng)勁，所以性能自然不錯(cuò)，單個(gè)SSD讀取速度可達(dá)200MB/s左右，那么4個(gè)SSD陣列后性能傳輸率突破500MB/s也不是難事了。
從閃存顆粒組Raid，到主控芯片組Raid，再到多快SSD組成一個(gè)大Raid卡，原來(lái)目前所謂的優(yōu)異SSD就是依靠各種形式的Raid方案堆疊起來(lái)的，雖然容量和速率大大增加了，但其實(shí)毫無(wú)技術(shù)含量！
Raid 0理論上可以讓容量和速率同時(shí)翻倍，但卻是以犧牲穩(wěn)定性為代價(jià)的，更何況目前單塊普通SSD的穩(wěn)定性就不高，所以筆者認(rèn)為基于SSD的多級(jí)Raid技術(shù)除了嘩眾取寵之外，實(shí)際意義并不大。更何況其成本和售價(jià)是難以想象的！
單塊SSD都做不好的話，N塊組Raid還是問(wèn)題多多
所以，SSD的發(fā)展還需腳踏實(shí)地，從基礎(chǔ)做起，做好閃存芯片、主控及固件算法：
1.容量方面需要閃存芯片大廠不斷改進(jìn)工藝，提高存儲(chǔ)密度，降低制造成本
2.速度方面需要主控芯片擁有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，以及管理更多通道數(shù)
3.穩(wěn)定性方面需要配合主控繼續(xù)優(yōu)化固件算法，改善均衡磨損及存取模式
4.如果單個(gè)SSD的主控及固件都做不好，那么怎么Raid都不能解決本質(zhì)問(wèn)題
5.固態(tài)硬盤(pán)的性能不能只看華麗的讀取速度，寫(xiě)入速度以及隨機(jī)存取速度更為關(guān)鍵
總結(jié)：硬盤(pán)的容量和速度提升都是一步一個(gè)腳印走出來(lái)的，進(jìn)年來(lái)SSD的發(fā)展速度之快讓人期待不已，實(shí)際上卻是浮夸之風(fēng)盛行，華麗的數(shù)據(jù)和截圖都是虛的，內(nèi)部Raid性能提升有限，外部Raid和玩家自己組的Raid系統(tǒng)有什么區(qū)別呢？最根本的穩(wěn)定性都沒(méi)能得到徹底解決，實(shí)在是讓人心寒。
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