SSD(固態驅動器)是一種非易失性存儲介質，可將固態閃存存儲在固態閃存中。構成 SSD 的兩個關鍵組件是：閃存控制器和 NAND 閃存芯片。SSD 控制器的架構配置經過優化，可為順序和隨機數據請求提供高讀寫性能。SSD 有時被稱為閃存驅動器或固態磁盤。

與硬盤驅動器(HDD)不同，SSD 沒有移動部件可以斷開或旋轉或旋轉。傳統的硬盤驅動器由一個旋轉磁盤組成，該磁盤在稱為執行器的機械臂上具有讀/寫頭。HDD 機制和硬盤封裝為集成單元。盡管 SSD 現在在臺式機和筆記本電腦中很常見，但由于其較低的單位成本和較高的平均耐久性，企業和計算機制造商歷來使用旋轉磁盤。

旋轉的 HDD 以磁性方式讀取和寫入數據，這是連續使用中最古老的存儲介質之一。然而，磁性能會導致機械故障。相反，SSD 將數據讀取和寫入互連閃存芯片的基板，互連閃存芯片由硅制成。制造商通過在網格中堆疊芯片來實現 SSD，以實現不同的密度。

為了防止波動，SSD 制造商設計具有浮柵晶體管(FGR)的器件來保持電荷。這允許 SSD 即使在未連接到電源時也能保留存儲的數據。每個 FGR 包含一位數據，如果充電電池指定為 1，或者如果電池沒有電荷則指定為 0。

SSD 歷史

 

最早的固態硬盤通常是為消費類設備設計的。2005 年 Apple iPod 的首次亮相標志著第一款廣泛應用于消費市場的基于閃存的閃存設備。

EMC(現稱為戴爾 EMC)在 2008 年將其技術添加到 Symmetrix 磁盤陣列時成為第一家將 SSD 納入企業存儲硬件的供應商。這催生了混合閃存陣列的出現，這些陣列結合了閃存驅動器和硬盤驅動器。在大多數情況下，混合陣列中的企業級 SSD 用于緩存閃存中的讀取。這是因為與 HDD 相比，SSD 的成本更高，耐用性更低。

最早的商業設計 SSD 采用企業級多級單元(企業 MLC)閃存技術制造，與消費級 MLC 相比，它具有更強的寫入周期。正在推出使用三級單元(TLC)的新型企業級 SSD 。采用 3D NAND 制造的 SSD 代表著下一步的發展。IBM，三星和東芝已經生產并銷售了具有 3D NAND 的 SSD，其中閃存單元在垂直層中彼此堆疊在一起。東芝在 2017 年出售其閃存芯片業務。

由于固態磨損性能的改善和閃存價格的下降，閃存的企業采用率正在上升，盡管全球閃存供應的緊縮阻礙了價格的下降。專家們認為，SSD 在一些使用案例中開始取代傳統磁盤，盡管預計在可預見的未來，閃存驅動器和硬盤驅動器將在許多企業中共存。例如，SSD 適用于高性能存儲，但對于長期存檔和備份(通常使用固定磁盤)則較少。

SSD 主要特點

 

SSD 的設計有幾個特征。由于它不使用移動部件，因此 SSD 不會受到 HDD 發生的機械故障的影響。它比它的磁盤更安靜，耗電更少。而且由于 SSD 的重量低于硬盤驅動器，因此它們非常適合筆記本電腦和移動計算設備。

此外，SSD 控制器軟件還包括預測分析，可在潛在的驅動器故障之前提醒用戶。由于閃存具有可塑性，因此全閃存陣列供應商可以通過數據縮減技術來操縱可用存儲容量。

SSD 通常使用單級單元(SLC)或 MLC 閃存構建。SLC 驅動器每個閃存介質單元存儲 1 位數據。基于 MLC 的 SSD 通過將數據分成兩部分來使驅動器容量翻倍。較新的固態硬盤(稱為 TLC)正在上市，每個閃存單元存儲 3 位數據。TLC 比 SLC 或 MLC 便宜，這使其成為基于消費者的閃存設備制造商的有吸引力的選擇。基于 TLC 的 SSD 提供更多的閃存容量并且比 MLC 或 SLC 更便宜，盡管由于在單元內具有八個狀態而導致比特腐爛的可能性更高。

半導體制造商繼續設計越來越小的芯片組，以實現高密度 SSD。英特爾，美光，三星和西部數據提供基于 64 層 NAND 閃存的 SSD。目前，韓國閃存制造商 SK 海力士聲稱擁有最密集的 SSD–一款 72 層 256 GB 3D NAND 設備。2018 年，英特爾和美光推出了四級單元 NAND。

SSD 壽命與 HDD 相比

 

許多因素會影響 SSD 和 HDDS 的使用壽命，包括濕度和驅動器內部金屬氧化的影響。兩種類型的媒體上的數據將隨著時間的推移而降級，其中 HDD 通常每天支持更多的驅動器寫入器。

如上所述，HDD 的移動部件增加了故障的可能性。為了補償，HDD 制造商將添加震動傳感器來保護個人計算設備內的驅動器和其他組件。這種類型的傳感器使用壓電電阻來檢測機器是否即將下降，然后采取措施關閉 HDD 和相關的關鍵硬件。

熱量暴露是影響驅動器壽命的另一個因素，特別是對于 SSD 而言。業內專家建議在低溫下存儲未使用或閑置的 SSD，以延長其使用壽命。當 SSD 在高溫下持續運行一段時間時，它可能導致電子從 NAND 閃存中泄漏。

Flash 支持每天有限數量的驅動器寫入。隨著越來越多的數據被寫入閃存單元，數據保留水平降低。企業級 SSD 的設計具有比消費者 SSD 更高的耐用性。

SSD 外形

 

SSD 沒有 HDD 的物理限制。這使驅動器制造商能夠提供各種外形尺寸的 SSD。最常見的外形是 2.5 英寸 SSD，有多種高度可供選擇，支持串行連接 SCSI(SAS)，串行高級技術附件(SATA)和非易失性存儲器(NVMe)協議。

固態存儲計劃(SSSI)是存儲網絡行業協會(SNIA)的一個項目，它已經為企業確定了三種主要的 SSD 外形。

1.傳統硬盤驅動器中的固態硬盤因素適用于服務器中的相同 SAS 和 SATA 插槽。

2.使用標準附加卡形狀因子的固態卡，例如使用駐留在印刷電路板上的外圍組件互連快速(PCIe)串行卡的那些。PCIe 連接的 SSD 不需要網絡主機總線適配器(HBA)來中繼命令，從而加快了存儲性能。這些設備包括 U.2 SSD，通常被認為是目前在薄型筆記本電腦中使用的 miniSATA 驅動器的最終替代品。

3.固態模塊位于雙列直插式內存模塊(DIMM)或小型雙列直插式內存模塊(SO-DIMM)中，可以使用標準 HDD 接口，如 SATA。這些設備稱為非易失性 DIMM(NVDIMM)卡。

在計算機系統中使用兩種類型的隨機存取存儲器(RAM)：動態隨機存取存儲器(DRAM)，其在斷電時丟失數據，以及靜態隨機存取存儲器(SRAM)。NVDIMM 提供計算機恢復數據所需的持久存儲。NVDIMM 將閃存放置在靠近主板的位置，但操作是在 DRAM 中進行的。閃存組件插入內存總線，以便在高性能存儲上進行備份。

SSD 和 RAM 都包含固態芯片，但這兩種存儲器類型在計算機系統中的功能不同。如上所述，閃存是一種存儲介質，而 RAM 是活動存儲器，用于執行從存儲中檢索的數據的計算。

有兩個較新的外形值得注意：M.2 和 U.2 SSD。一個 M.2 SSD 在長度變化-通常為 42 毫米至 110 毫米-和直接連接到母板。它通過 NVMe 或 SATA 進行通信。與傳統的 SSD 外形不同，M.2 設備不可熱插拔，其小尺寸限制了散熱的表面積，隨著時間的推移，會降低其性能和穩定性。在企業存儲中，M.2 SSD 通常用作引導設備。在消費類設備(如筆記本電腦)中，M.2 SSD 提供容量擴展。

U.2 SSD 描述了 2.5 英寸 PCIe SSD。這些小型設備以前稱為 SFF-8639。U.2 接口允許將基于 NVMe 的高速 PCIe SSD 插入計算機的背板，而無需關閉服務器和存儲設備。

SSD 制造商

 

固態硬盤市場由少數大型制造商主導，包括英特爾，金士頓科技，美光，SK 海力士，三星，SanDisk，希捷科技，維京科技和西部數據公司。美光，三星和希捷生產和銷售 NAND 閃存芯片組 – 狀態驅動器供應商，以及基于自己的閃存芯片的市場品牌固態硬盤。

與傳統 HDD 相比，最早的 SSD 的存儲容量有限。最近，SSD 制造商通過抽出更大容量的閃存驅動器來推動這一趨勢。英特爾，美光，三星和西部數據提供基于 64 層 NAND 閃存的 SSD。

2018 年，前全閃存陣列制造商 Nimbus Data 推出了 100 TB SSD。韓國閃存制造商 SK 海力士聲稱擁有最密集的 SSD – 一種 72 層 256 GB 3D NAND 設備。

在成熟的 SSD 制造商中，三星和希捷正在決定誰能贏得 SSD 容量戰。三星 PM1643 固態硬盤采用 2.5 英寸外形尺寸，可容納 30 TB 的容量。希捷已經為企業預覽了 60 TB 的 SSD。

SSD 定價

 

從歷史上看，SSD 的價格遠高于傳統硬盤的價格。由于制造技術的改進和芯片容量的擴大，SSD 價格一直在下降，允許消費者和企業級客戶重新評估 SSD 作為傳統存儲的可行替代方案。近年來，這種現象已多次逆轉。

固態硬盤的市場價格受到摩爾定律的影響，與供需關系一樣。與 2D NAND 工藝相比，需要更多步驟來設計密集的 3D NAND SSD。制造商一直在努力提高產量以確保滿足全球需求，近年來業績喜憂參半。

2015 年至 2017 年間，全球對閃存芯片的需求超過了供應量。因此，SSD 制造商不得不爭先恐后地填補他們的管道。對閃存芯片的需求波動使 SSD 的價格保持不變，但 SSD 的價格仍高于 HDD。

總部位于臺灣臺北的研究公司 TrendForce 于 2018 年 6 月發布的一份報告稱，由于閃存芯片供過于求，合同價格開始下跌。由此產生的價格下降有助于推動客戶端 SSD 的采用，包括 PCIe 驅動器。

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