SSD(固态硬盘)

什么是SSD?

固态硬盘(SSD)是一种用于计算机的存储设备。这种非易失性存储介质在固态闪存上存储持久数据。ssd硬盘取代了计算机中的传统硬盘驱动器(hdd)，具有与硬盘驱动器相同的基本功能。但是ssd的速度要快得多。有了固态硬盘，设备的操作系统启动速度更快，程序加载速度更快，文件保存速度也更快。

传统的硬盘驱动器由一个旋转的磁盘组成，磁盘上有一个读/写头，位于机械臂上致动器．硬盘具有磁性读写功能。然而，磁性会导致机械故障。

相比之下，SSD没有需要损坏或上下旋转的运动部件。SSD的两个关键部件是flash控制器和NAND闪存芯片。此配置经过优化，可为顺序和随机的数据请求提供较高的读写性能。

ssd用于任何可以部署硬盘驱动器的地方。例如，在消费产品中，它们被用于个人电脑(pc)、笔记本电脑、电脑游戏、数码相机、数字音乐播放器、智能手机、平板电脑和拇指驱动器。它们还与显卡结合在一起。然而，它们比传统的hdd更贵。

随着对更高输入/输出(I/O)需求的迅速扩大，企业推动了ssd的开发和采用。因为ssd的价格更低延迟与hdd相比，它们可以有效地处理大量的读和随机工作负载。较低的潜伏期源于flash SSD直接、立即地从已存储的数据中读取数据。

高性能服务器、笔记本电脑、台式机或任何需要实时传递信息的应用程序都可以从固态硬盘技术中受益。这些特性使企业ssd适合于从事务性很强的数据库中卸载读操作。它们还可以帮助缓解引导风暴使用虚拟桌面基础设施，或者在存储阵列中使用混合云在本地存储常用数据。

ssd如何工作?

SSD读写数据到底层互连的闪存芯片硅．制造商通过在网格中堆叠芯片来实现不同密度的ssd。

ssd读写数据到底层的一组互连的闪存芯片。这些芯片采用浮动栅晶体管(燃煤)，以保持电荷，使SSD即使没有连接电源也能存储数据。每个FGT包含一个单比特数据，当电池带电时指定为1，当电池不带电时指定为0。

每个数据块都可以以一致的速度访问。但是ssd只能写入空块。尽管ssd有解决这一问题的工具，但随着时间的推移，性能仍然会变慢。

ssd主要使用三种类型的内存:单级、多级和三级单元。单级单元格一次可以保存一位数据——1或0。单层细胞(SLCs)是最昂贵的固态硬盘形式，但也是最快和最耐用的。多层细胞(多层陶瓷每个单元可以容纳两位数据，并且在与SLC相同的物理空间中具有更大的存储空间。但是，mlc的写速度较慢。Triple-level细胞(薄层色谱一个单元可以容纳三位数据。虽然tlc更便宜，但它们的写速度也较慢，而且比其他内存类型更不耐用。基于tlc的ssd提供了更多的闪存容量，比MLC或SLC更便宜，尽管有更高的可能性一些腐烂因为单元格中有八个状态。

ssd的主要特点是什么?

SSD的设计有几个特点。因为SSD没有移动部件，所以它不会出现与hdd相同的机械故障。ssd也更安静，耗电更少。因为ssd比硬盘轻，所以非常适合笔记本电脑和移动计算设备。

此外，SSD控制器软件包括预测分析它可以提前提醒用户潜在的驱动器故障。由于闪存具有可塑性，全闪存阵列供应商可以使用数据缩减技术来操纵可用的存储容量。

ssd的优点是什么?

ssd优于hdd的优点包括:

• 更快的读写速度。ssd可以快速访问大文件。
• 更快的启动时间和更好的性能。因为驱动器不需要像硬盘那样自旋，所以它的响应速度更快，并提供更好的加载性能。
• 耐久性。ssd具有更强的防震性，并且比hdd更好地处理热量，因为它们没有移动部件。
• 功耗。ssd由于缺少可移动部件，运行起来比hdd需要更少的电力。
• 安静。ssd产生的噪音更小，因为没有移动或旋转的部件。
• 大小。ssd有各种各样的形式，而HDD的大小是有限的。

ssd的缺点是什么?

ssd的缺点包括:

• 成本。ssd比传统hdd更贵。
• 预期寿命。例如，一些使用NAND内存闪存芯片的ssd只能被写入指定的次数，通常比hdd要少。
• 的性能。对写周期数量的限制会导致ssd的性能随着时间的推移而下降。
• 存储选项。由于成本的原因，ssd通常以较小的尺寸出售。
• 数据恢复．由于损坏芯片上的数据可能无法恢复，这个耗时的过程可能会很昂贵。

SSD非易失性存储器有哪些类型?

NAND和也不电路在他们使用的逻辑门的类型上有所不同。NAND设备使用八针串行访问数据。同时，NOR闪存在手机中广泛使用，支持1字节随机访问。

与NAND相比，NOR flash提供了更快的读取时间，但通常是一种更昂贵的存储技术。NOR以大块方式写入数据，这意味着擦除和写入新数据需要更长的时间。NOR的随机访问功能用于执行代码，而NAND闪存用于存储。大多数智能手机都支持这两种类型的闪存，使用NOR来启动操作系统，使用可移动NAND卡来扩展设备的存储容量。

ssd有哪些类型?

ssd的类型包括:

1. 固态硬盘。基础ssd硬盘性能最差。ssd是通过串行高级技术附件(SATA)或串行连接SCSI (SAS)连接的闪存设备，并提供了进入固态世界的第一步成本效益。对于许多环境，从SATA或SAS SSD连续读取速度方面的性能提升就足够了。
2. PCIe-based闪光。外围组件互连快车基于flash的闪存是性能的下一步提升。虽然这些设备通常提供更大的吞吐量和每秒更多的输入/输出操作，但最大的优势是显著降低延迟。缺点是，大多数这些产品都需要一个定制驱动程序，并且内置的数据保护有限。
3. 闪存容量。Flash双内联内存模块减少延迟，通过消除潜在的PCIe总线争用，比PCIe Flash卡更进一步。它们需要自定义驱动程序，独特的闪存内存，并对主板上的只读I/O系统进行特定的更改。
4. NVMe ssd。这些ssd使用非易失性内存快车(NVMe)接口规范。这可以通过PCIe总线加速客户端系统和固态硬盘之间的数据传输速度。NVMe ssd是为高性能非易失性存储而设计的，非常适合高要求、计算密集型的设置。
5. NVMe-oF。的NVMe /面料协议允许在主机和目标固态存储设备之间进行数据传输。NVMe-oF通过以太网、光纤通道、ib等方式传输数据。
6. 混合DRAM-flash存储。动态随机存取存储器(动态随机存取记忆体)通道配置结合了闪存和服务器DRAM。这些混合闪存设备解决了DRAM的理论伸缩极限，并用于提高应用软件和存储之间的吞吐量。

SSD的形式因素

SSD制造商提供多种形式的因素。最常见的外形因素是2.5英寸的SSD，支持多种高度，并支持SAS、SATA和NVMe协议。

存储网络行业协会的“固态存储倡议”项目确定了以下三个主要的固态存储形式因素:

1. ssd采用传统的HDD形式，可以安装在服务器的SAS和SATA插槽中。
2. 使用标准外接插件卡的固态卡，例如带有PCIe串行端口卡的固态卡。通过pcie连接的SSD无需网络主机总线适配器进行命令中继，提高了存储性能。这些设备包括U.2 ssd它们通常被认为是用于薄笔记本电脑的驱动器的最终替代品。
3. 固态模块，驻留在一个DIMM或小轮廓双内联内存模块。它们可能使用标准的HDD接口，如SATA。这些设备被称为非易失性内存(NVDIMM)卡。

在计算机系统中使用两种类型的RAM: DRAM(在断电时丢失数据)和静态RAM。nvdimm为计算机恢复数据提供持久存储。他们把闪存放在主板附近，但操作是在DRAM中进行的。闪存组件安装在内存总线上，用于高性能存储的备份。

ssd和RAM都包含固态芯片，但这两种内存在计算机系统中的功能不同。

值得注意的两个新形式是M.2和U.2 ssd。M.2固态硬盘的长度从42毫米到110毫米不等，可以直接连接到主板上。它通过NVMe或SATA进行通信。M.2的小尺寸限制了散热的表面积，随着时间的推移，这会降低其性能和稳定性。在企业存储中，M.2 ssd经常被用作启动设备。在消费类设备中，如笔记本电脑，M.2固态硬盘提供容量扩展。

U.2 SSD是指2.5英寸PCIe SSD硬盘。这些小尺寸器件以前被称为SFF-8639。通过U.2接口，可以将高速nvme PCIe固态硬盘插入到计算机的电路板上，而不需要下电服务器和存储设备。

SSD制造商

SSD市场由几家大型制造商主导，包括:

• 至关重要的
• 英特尔
• 金斯敦技术
• 美光科技有限公司
• 三星
• SanDisk
• 希捷科技
• SK海力士
• 西部数据公司。

这些制造商生产并销售NAND闪存芯片组给固态硬盘供应商。他们还销售基于自己的闪存芯片的品牌ssd。选购固态硬盘时应考虑的因素包括:

• 耐久性。每个SSD保修覆盖有限数量的驱动器周期，由NAND闪存的类型决定。只用于读操作的SSD不需要与主要用于写操作的SSD相同水平的耐力。
• 形成的因素。这决定了替换的SSD是否可以与现有的存储一起工作，以及单个机箱中可以容纳的SSD的数量。
• 接口。这决定了最大吞吐量和最小延迟阈值，以及SSD的扩展能力。制造商限定他们的ssd为NVMe, SAS和SATA。
• 权力使用。驱动器接口还指定SSD的最大功率，尽管许多企业SSD都被设计为在运行时进行调优。

从历史上看，ssd的成本高于传统硬盘驱动器。但由于制造技术的改进和芯片容量的扩大，固态硬盘的价格一直在下降，使消费者和企业客户将固态硬盘视为传统存储的可行替代品。然而，由于芯片短缺和市场普遍动荡，价格正在上涨——最近在2020年和2021年，由于covid -19相关的供应链问题。闪存芯片需求的波动使SSD的价格变化不定，但SSD的价格仍然高于HDD。

固态硬盘与硬盘

ssd被认为比最高性能的hdd快得多。延迟也大大减少，用户通常体验到更快的引导时间。

有几个因素影响ssd和hdd的寿命，包括热、湿度和驱动器内部金属氧化的影响。这两种介质上的数据都会随着时间的推移而退化，而hdd通常支持更多的数据驱动器每天写．业内专家建议将未使用或闲置的ssd盘低温存放，以延长其使用寿命。

hdd的移动部件增加了故障的几率。为了弥补损失，硬盘制造商增加了冲击传感器，以保护硬盘和个人电脑内的其他部件。这种类型的传感器检测机器是否即将下降，并采取步骤关闭硬盘和相关关键硬件。

当硬盘上的数据被分割成不同的扇区时，硬盘的读性能会受到影响。要修复磁盘，需要使用一种称为碎片整理的技术。ssd硬盘不采用磁性存储数据，因此无论数据存储在硬盘的哪个位置，读取性能都保持稳定。

ssd有一个固定的预期寿命，在性能变得不稳定之前，写周期的数量是有限的。为了补偿，使用ssd穿平，用于延长SSD的寿命。磨损均衡通常由闪存控制器管理，它使用一种算法来安排数据，以便写/擦除周期均匀地分布在设备中的所有块中。另一种技术，SSD过度配置，可以帮助最小化影响垃圾收集写放大。

SSD与eMMC

嵌入式多媒体卡(eMMC)提供电脑内的板载闪存。它直接安装在计算机主板上。该体系结构包括NAND闪存和作为集成电路设计的控制器。EMMC存储通常用于手机、较便宜的笔记本电脑和物联网应用。

eMMC设备的性能与SSD设备大致相当。但它们的容量不同，标准的eMMC通常从1gb到512gb, SSD大小从128gb到多个tb。这使得emmc最适合处理较小的文件大小。

在便携式设备中，eMMC充当主存储器或可移动SD和microSD多媒体卡的辅助存储器。虽然这是eMMC设备的历史用途，但它们正越来越多地部署在传感器内部连接物联网设备．

SSD vs.混合硬盘

虽然不像标准的固态硬盘那样广泛使用，但也有一种可替代的混合硬盘驱动器(大桶)．hhd在闪存和固定磁盘之间架起了桥梁，并被用于升级笔记本电脑的容量和性能。

hdd具有传统的磁盘架构，为基于磁盘的工作负载增加了大约8gb的NAND闪存作为缓冲区。

因此，HHD最适合应用程序数量有限的计算机。混合硬盘的成本略低于硬盘驱动器。

ssd的历史和演变

最早的固态硬盘通常是为消费类设备设计的。这种情况在1991年发生了改变，当时SanDisk发布了第一个商用的基于闪存的SSD。商业设计的ssd是用企业多层次的细胞Flash技术，增强了写周期。

其他值得注意的日期包括:

• 2005年苹果iPod的首次亮相，标志着第一个引人注目的基于闪存的设备广泛渗透到消费者市场。
• 东芝在2007年推出了3D V-NAND。3D flash设备提高了容量和性能。
• EMC(现为戴尔EMC)被认为是首家将ssd纳入企业存储硬件的供应商，并于2008年将该技术添加到其Symmetrix磁盘阵列中。这就产生了混合闪存阵列结合了闪存驱动器和hdd驱动器。
• 东芝在2009年推出了三能级电池。TLC闪存是一种NAND闪存，每个单元存储三位数据。
• IBM被认为是第一家发布专用全闪存阵列平台的大型存储供应商，该平台名为FlashSystem，其技术基于2012年收购德州存储系统公司(Texas Memory Systems)的技术。大约在那个时候，Nimbus Data、Pure Storage、Texas Memory Systems和Violin Memory开始率先采用全闪存阵列，依靠SSD存储取代硬盘。
• 2012年，EMC收购了XtremIO，现在推出了基于XtremIO技术的全闪存系统。

了解更多关于SSD故障的四个原因处理它们的最佳实践在这篇文章中。