SSD 基础理论(增强版)

zhuimengren2034 · 发表于 2010-5-13 13:21:43

说明：通过阅读这篇资料，应当对现阶段SSD技术，和国内SSD市场有初步认识，主要包含以下三部分内容：1、SSD存储芯片SLC和MLC；2、SSD基本结构和常见控制器厂家；3、国内的主要SSD厂家简介。
   其中SSD存储芯片，SSD基本结构及常见控制器厂家应当是读者重点注意的地方。
   可以肯定的一点是，因为技术进步的日新月异，和个人对新知识的了解程度，本文具有时效性。

目录：

一、SSD存储芯片：SLC芯片和MLC芯片
引言：存储器的历史

1、什么是SLC芯片

2、什么是MLC芯片

3、与SLC芯片比较，MLC芯片的优势

4、与MLC芯片比较，SLC芯片的优势

5、需要注意的问题

二、SSD基本结构和常见控制器厂家
1、SSD基本结构

2、常见控制器厂家简介

三、国内主要SSD厂家简介
1、亿正

2、源科

3、固捷
一、SSD存储芯片：SLC芯片和MLC芯片
引言：存储器历史
“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”
                              ————“温彻斯特”技术
A、存储器历史

“温彻斯特”技术定义了现在主流的机械硬盘制造结构和工作原理，主要包含了盘体、读写磁头组件、磁头驱动机构和主轴组件四个部分。让现代硬盘制造行业在30多年的时间里不断的发展和完善。

由于机械架构的存在，硬盘不能像CPU那样通过改进制造工艺，在一定的空间内放置更多的晶体管提高性能。目前硬盘的主轴转速基本没有太大的提高空间了，硬盘的发展显然要落后于其它硬件，并逐渐成为PC中的瓶颈之一，直到SSD固态硬盘的到来，才让硬盘真正进入到高速发展的时代。

　　SSD俗称固态硬盘，当然，原来的硬盘不是液态硬盘，只是相对原来主轴旋转，SSD并无机械部分，所以被人称为固态硬盘。SSD的结构十分简单，由控制单元和存储单元(FLASH芯片)组成，简单的说就是存储芯片通过阵列制成的硬盘(基本都是RAID 模式，这也是SSD高速的原因)。同时固态硬盘机械部分，因而抗震性极佳，而且工作温度范围很宽。

世界上第一款固态硬盘出现于1989年，由计算机史上的传奇公司DEC提供。不过由于其价格过于高昂因此在当时只限应用于非常特别的市场比如医疗、工作以及军用市场。实际上虽然当时其1M大小的闪存换算下来的价格已经达到了3500美元，但是其性能却要远低于当时的普通硬盘产品，不过凭借其独有的特性却使得闪存硬盘在军用、航空以及医疗领域获得了长足的发展。

自从2007年七月IBM在其刀片式服务器上部署 SanDisk SSD，固态硬盘再一次走进人们的视线。宇瞻、Micron等存储界的巨头高调进入SSD行业，各大芯片公司加速开发SSD主控，短短的近几年就冒出了SMI、 PHISON 、LinkVast 、JMICRON、Intel、Marvell、Samsung、INDILIX TDK、Hyperstone上十家的SSD方案，甚至大名鼎鼎的“苹果”也推出了自己的SSD（有一部分OEM自STEC）。

索尼的VAIO G1,以及华硕的ePC 等等，随着这些笔记本领头羊厂商纷纷推出带SSD硬盘的笔记本的带动下，将会有越来越多的的厂商走上这条硬盘革命之路。笔记本硬件组成中最后一个非固态的组件将成为历史。
　　
早期的SSD与传统硬盘相比，有以下差异：
　　第一，SSD经久耐用、防震抗摔。因为全部采用了闪存芯片，所以SSD固态存储器内部不存在任何机械部件，这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。
　　第二，SSD固态存储器工作时非常安静，没有任何噪音产生。得益于无机械部件，及闪存芯片发热量小、散热快等特点，SSD固态存储器因为没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝。
　　第三，SSD固态存储器比常规硬盘重量轻便，早期主要用于行业客户和对移动便携有特殊要求的客户。大部分民用市场还是机械硬盘。
　　
B、目前的SSD市场状况
　　
SSD主要分为以下两种类别：

　　基于闪存的SSD：采用FLASH芯片作为存储介质，这也是我们通常所说的SSD。它的外观可以被制作成多种模样，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境。

　　基于DRAM的SSD：采用DRAM作为存储介质，目前应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计、可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器，而且使用寿命很长，美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。
由于采用FLASH存储介质的SSD掉电数据仍然能够保存80年以上，所以基于FLASH SSD市场远远大于基于DRAM的SSD。

1、什么是SLC芯片？
SLC英文全称(Single Level Cell——SLC)即单层式储存。主要由三星、海力士、美光、东芝等使用。

　　SLC技术特点是在浮置闸极与源极之中的氧化薄膜更薄，在写入数据时通过对浮置闸极的电荷加电压，然后透过源极，即可将所储存的电荷消除，通过这样的方式，便可储存1个信息单元，这种技术能提供快速的程序编程与读取，不过此技术受限于Silicon efficiency的问题，必须要由较先进的流程强化技术(Process enhancements)，才能向上提升SLC制程技术。

2、什么是MLC芯片？
MLC英文全称（Multi Level Cell——MLC)即多层式储存。主要由东芝、Renesas、三星使用。

　　英特尔（Intel）在1997年9月最先开发成功MLC，其作用是将两个单位的信息存入一个Floating Gate（闪存存储单元中存放电荷的部分），然后利用不同电位（Level）的电荷，通过内存储存的电压控制精准读写。MLC通过使用大量的电压等级，每一个单元储存两位数据，数据密度比较大。SLC架构是0和1两个值，而MLC架构可以一次储存4个以上的值，因此，MLC架构可以有比较好的储存密度。

3、与SLC芯片比较，MLC芯片的优势
签于目前市场主要以SLC和MLC储存为主，我们多了解下SLC和MLC储存。SLC架构是0和1两个值，而MLC架构可以一次储存4个以上的值，因此MLC架构的储存密度较高，并且可以利用老旧的生产程备来提高产品的容量，无须额外投资生产设备，拥有成本与良率的优势。
与SLC相比较，MLC生产成本较低，容量大。如果经过改进，MLC的读写性能应该还可以进一步提升。

4、与MLC芯片比较，SLC芯片的优势
MLC架构有许多缺点，首先是使用寿命较短，SLC架构可以存取10万次，而MLC架构只能承受约1万次（实际为5000次）的存取。其次就是存取速度慢，在目前技术条件下，MLC芯片理论速度只能达到2MB左右。SLC架构比MLC架构要快速三倍以上。再者，MLC能耗比SLC高，在相同使用条件下比 SLC要多15%左右的电流消耗。

5、需要注意到的地方
在一个特定的时期，技术的发展程度是有限制的，因此单一的SLC或者MLC芯片的速度是固定的，或者说差异不大。因此采用了多通道技术的SSD，其性能主要取决于控制器的优劣，可以说，优秀的控制器可以弥补MLC芯片的弱点，带来与SLC同样的性能享受，当然寿命除外。

二、SSD基本结构和常见控制器厂家

1、SSD基本结构

见上图是一块Intel X25-M 80GB的SSD内部结构图，下图是SSD硬盘架构图。可以看到SSD的四个基本组成部件：

SATA控制器接口：如果是IDE接口的则为IDE控制器接口，负责与主机通信，

SSD控制器：中间的正方型方块，是Intel自己的主控芯片，负责控制整个SSD，主要工作有数据存储、ECC／EDC、坏块处理、磨损均衡，是SSD中最重要的部件，

缓存：控制器下方的长方型方块，三星16M高速缓存，注意，不是所有的SSD都带有缓存。但是目前（2010年上半年）市场上很多厂家推出的SSD，都是带有缓存的，也许带缓存的SSD将会慢慢成为主流。

闪存苾片：不用说，数据都存放在这里了，分为SLC和MLC两种。

   注意：所有的芯片周围都涂上了防震硅胶，防止在巨大震动下发生脱焊现象。

2、常见控制器厂家

  JMicron ，中文名智微，是台湾一家IC设计公司，成立于2001年。侧重于高速串行连接技术，如原生的SATA、PCI－E、USB、RAID控制器和其他存储应用。其生产的主控一直是廉价的代名词，是最多山寨厂选用的主控，可以说JMicron成就了中国的山寨SSD。

JMicron的主控被广泛的应用于当今的主板和笔记本电脑当中，功能强大兼容性也不错。

Indilinx，Indilinx是一家韩国公司，专门生产制造SSD控制芯片为主。其主控在常规读写速度方面达到甚至超过了Intel X25 M架构的SSD，相当惊人。其价格介于JMicron和Intel X25M之间。包括威刚、Kingston、源科在内的各大SSD品牌几乎都推出了基于Indilinx架构的SSD产品。在很多第三方测试中，采用 Indilinx架构的SSD都超过了其它的竞争对手而获得无数好评。其中值得一提的是，基于Indilinx的SSD产品，在中国被广泛用于工业和特种领域。

Intel，　Intel作为当今SSD固态硬盘的领军人，其固态硬盘控制器性能堪称一流。成为各大厂商追捧和赶超的对象。根据MLC和SLC两类不同的闪存颗粒，将产品线分为X25-M和X25-E两大系列。此后Intel又分别和在国内存储市场占有较大市场份额的金士顿以及威刚合作，于是市场中又出现了金士顿版本和威刚版本的X25-M。

   Intel X25架构的优异之处在于有大容量DRAM外部缓存，以及支持多达10通道存取。另外，高级动态损耗平衡 (Advanced Dynamic Wear Leveling) 功能，可有效提高MLC的可靠度和耐用度。 Intel X25架构的缺点就是价格太昂贵。

SandForce， Marvell ，三星，东芝也是比较常见的固态硬盘控制器生产厂家。可以留意的是，国内的solidata等厂家使用了SandForce的SF1200和SF1500方案，而固捷和赛速则使用Marvell方案开发自己的SSD产品，固捷使用Marvell方案开发出了自己的固件，使用128MB的RAM缓存配合数量繁多的电容，使得在4K和512BYTE时拥有极高的顺序读写IOPS，有可能被用于特种行业。

三、国内主要SSD厂家
亿正、源科和固捷是目前国内SSD领域最有竞争力的三家公司，一定程度上代表了中国SSD发展的技术水平。
请自行参阅来自其公司网站的介绍
1、亿正
网址：www.memoright.com

2、源科
网址：www.runcore.com

3、固捷
网址：www.soliware.com