带你认识SSD固态硬盘，主控芯片和闪存芯片详解

时间：2021-09-09

发布者：admin

带你认识SSD固态硬盘，主控芯片和闪存芯片详解

SSD是何物
SSD是英文Solid State Disk缩写，中文名为固态硬盘，就是有闪存芯片替代传统碟片制造出来的硬盘。尽管固态硬盘在接口规范、产品尺寸上与机械硬盘相同。但正是因为固态硬盘没有传统硬盘中哪些电机、磁头等机械部件，所以其抗震性能很好，完全没有噪音，还降低了功耗与发热量。
主控芯片和闪存芯片是SSD中最为重要的两个原件，也是影响SSD性能的主要因素。其中主控芯片是SSD的大脑，而闪存芯片则是SSD的数据仓库。所以要走进SSD的内部世界，我们就要详细了解主控芯片和闪存芯片的作用。

固态硬盘拆解图

固态硬盘中的“CPU”
在SSD中，主控看上去只是一颗躲在某个角落、并不起眼的小芯片。有句老话叫“秤砣小，压千斤”，这用来形容主控芯片一点也不为过，除了存储部分由闪存芯片负责之外，固态硬盘的功能、规格、工作方式等正是由这颗小小的芯片控制的。
主控芯片在SSD中的作用就跟CPU一样，主要是面向调度、协调和控制整个SSD系统而设计的。主控芯片一方面负责合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，另一方面承担了整个数据中转，连连接闪存芯片和外部SATA接口。除此之外，主控还负责ECC纠错、耗损平衡、坏块映射、读写缓存、垃圾回收以及加密等一系列的功能。

典型SSD架构，主控占据了相当重要的位置

由于SSD主控的技术含量不低，能玩得转的其实没几家，主要有Marvell、英特尔、三星、OCZ、SandForce、Jmicro等几个厂商。主控性能的好换主要取决于这些主控厂商的技术实力，以及拥有什么样的绝技。例如不同厂商推出的主控芯片在数据处理能力、算法、对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数十倍。所以在挑选SSD，首先得挑选主控，这是SSD性能的基础。
另外再多说一句，主控性能的发挥也和firmware固件有关，后者相当于SSD的“操作系统”，而固件更新能给性能带来大幅的提升。最典型的例子就是美光M4以及OCZ Vertex 4，两款SSD固件升级之后，性能立马猛增。这相当于免费的午餐，SSD用户遇上固件升级可不要拒绝哦。

数据的仓库
在SSD中，另一个重要角色就是闪存芯片了。它的作用简单来说就是SSD的数据仓库，反正“老大（主控）”交待存放的东西都要往这里装。对于闪存芯片，新手们最需要掌握的知识点是分清闪存芯片的种类。

别被SLC和MLC弄晕
闪存芯片主要有两类，即SLC(Single Layer Cell 单层单元)闪存芯片和MLC(Multi-Level Cell多层单元)闪存芯片。SLC的特点是寿命长，理论上极限擦写次数可以达到10万次，因此SLC是目前可靠性最高的闪存芯片，一直是企业级SSD的首选。不过高可靠性也带来了高成本，采用SLC闪存芯片的SSD最大的问题在于价格偏高。相比之下，MLC的编程/擦除次数较少，每单元2位的闪存编程擦除次数是1万次，每单元3位的闪存擦除次数是3000~5000次，但MLC胜在成本低，通常作为消费级SSD使用。

三星的TLC闪存颗粒

值得关注的是，厂商们一直在努力改进MLC、使用各种技术来提供MLC的可靠性，在这基础上厂商们推出了“企业级MLC”(eMLC)。其实消费级MLC及企业级MLC闪存都是在同一片晶圆上所制造出的闪存颗粒，只不过数据可靠性有很大的差异，这些颗粒都经过挑选，以符合比标准MLC测试程序更加严苛的服务器组件测试流程，通过这些测试的芯片称之为“eMLC闪存”。这些eMLC 的编程/擦除周期通常比标准MLC的30,000次高3倍左右，可提供更高可靠性。

同步闪存与异步闪存
我们顺便谈一下同步闪存与异步闪存。同步闪存、异步闪存并不是闪存的两种类型——两者主要区别是工作模式不一样。同步模式是ONFI（Open NAND Flash Interface）2.0标准引入的新功能，通过加入同步时钟发生器，主控可以通过发送同步指令激活闪存上的同步时钟信号，以实现更大的带宽。打个比方，如果异步模式闪存的带宽为50MB/s，而同步模式下闪存带宽可达到133MB/s以上。当然，同步模式下的高传输率对闪存芯片的品质也提出了更高的要求，当闪存芯片通过同步检测时就被标为“同步闪存“，通过不过则被标为”异步闪存”。可以说，同步与异步闪存也是同一生产线上下来的，颗粒品质差异才产生“优等生”与“差等生”的区别。

小贴士：ONFI标准
ONFI（Open NAND Flash Interface）标准是由英特尔，镁光，海力士，台湾群联电子，SanDisk，索尼，飞索半导体为首宣布统一制定的连接NAND闪存和控制芯片的接口标准，当初制定ONFI标准的主要目的是统一当时混乱的闪存标准。