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闪存主控缓存决定固态硬盘的三颗芯

发布时间:2020-02-10 11:39:44 阅读: 来源:花边厂家

SSD固态硬盘普及,终于解决了PC在存储性能上的短板。那么,这种依托于闪存技术的存储设备源何这般强劲?其背后又有哪些值得我们关注的技术?本文我们就以闪存领域领导品牌----闪迪旗下产品为例,探讨一下影响SSD性能表现的关键所在。

固态硬盘的三颗“芯”

与传统机械硬盘相比,固态硬盘最大的特点就是没有磁头、电机、磁盘等复杂的物理结构,而是由纯芯片构成的“电子硬盘”,因此在防震、节能和速度上有着先天的优势。随便拆开一款固态硬盘,都能在PCB板上看到无数颗芯片,而决定固态硬盘性能表现的,则是这些芯片中最为重要的三颗“芯脏”:闪存芯片、主控芯片和缓存芯片。

无论是2.5英寸SSD,还是1.8英寸的mSATA SSD,都是由无数芯片构成的半导体存储驱动器

闪存芯片:容量和品质的保证

闪存芯片就好似机械硬盘中的磁盘,决定固态硬盘的容量。问题是,固态硬盘就这么大,不可能无限度地依靠堆积闪存芯片的数量来提升容量。因此,唯有更先进的生产工艺,才能提升单颗闪存芯片的容量,进而降低大容量固态硬盘的总体成本。换句话说,谁掌握了闪存技术,谁就掌控了固态硬盘领域的核心竞争力!

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目前闪存芯片(或称闪存颗粒)主要以SLC、MLC和TLC三种技术架构为主。其中SLC闪存拥有无可争议的性能和寿命优势,可惜因成本较高多用于企业级产品身上;TLC闪存虽然成本低廉,但限于寿命所限主要被擦写强度不高的U盘所用;而MLC闪存则凭借均衡的寿命和性能,成为时下固态硬盘的主流。

目前掌握闪存芯片研发和生产能力的厂商不多,主要以镁光(25nm)、三星(21nm)、英特尔(20nm)以及闪迪(19nm)为主(数字越小越先进)。其中,闪迪第二代的19nm闪存(和东芝联合运营)已经量产,新工艺将闪存单元的尺寸从19×26nm缩小到19×19.5nm,节约了整整25%的内核面积,从而可以实现更大容量或者更小面积的颗粒。以闪迪至尊高速256GB固态硬盘为例,其内部仅由4颗闪迪19nm Toggle 2.0 MLC闪存构成,单颗容量高达64GB。

闪迪至尊高速256GB固态硬盘,内嵌四核闪存芯片,因此PCB板的面积也大幅缩减

小提示

在闪存芯片领域,合资建立晶圆厂是最常见的合作方式。比如镁光和英特尔携手,闪迪则和东芝配合,共同研发和生产更先进的闪存芯片。因此,从某个角度来说,英特尔的20nm闪存就镁光的,而闪迪19nm闪存又是东芝的。

主控芯片:芯片中的“全军统帅”

更先进的闪存技术能让固态硬盘的容量更大且便宜,那么,谁又来决定固态硬盘的性能呢?没错,此时就轮到主控芯片登场了。简单来说,主控芯片就好似固态硬盘中的“CPU”,通过一系列固件算法进行数据在不同闪存芯片间的“调度”,最大限度挖掘闪存芯片的读写速度,延长闪存芯片的使用寿命。

Marvell 88SS918,闪迪至尊极速所内建的目前业界最高级别的SATA3.1 6Gbps速率的SSD固态硬盘控制芯片

闪迪目前的SSD产品线主要以“闪迪固态硬盘”(低端)、“闪迪至尊高速”(中端)和“闪迪至尊极速”(高端)三大家族为主。2013年最新款的三大家族成员均采用了闪迪自家的19nm Toggle 2.0闪存,但它们的主控芯片却分别为SandForce SF2281、Marvell 88SS9175以及Marvell 88SS9187,因此相同容量的版本才会体现出不同的性能差异。

闪迪固态硬盘和闪迪至尊极速的性能对比

闪迪固态硬盘和闪迪至尊极速的性能对比

缓存芯片:极易被忽视的存在

机械硬盘中通常会内置16MB~64MB不等的缓存芯片,它们在机械硬盘发挥了类似内存的作用,弥补了读写速度过慢的缺陷。由于固态硬盘自身的读写速度已经很快,因此缓存芯片在固态硬盘的效果远不如机械硬盘那般明显,而且缓存芯片的大小又不影响固态硬盘的寿命(影响寿命的是闪存芯片的写入次数),因此在一些入门级或低速产品中甚至会取消内置缓存芯片的设计。

闪迪至尊极速固态硬盘内置的缓存芯片

实际上,固态硬盘中的缓存芯片全部为DRAM颗粒,其速度远比NAND要快,此时如果再借助更先进的缓存管理机制,往往能将固态硬盘的性能再拔高一个档次。以240GB版本闪迪至尊极速固态硬盘为例,在内置单颗256MB的三星K4B2G1646E-BCK0 DDR3-1600高速缓存芯片之余,其内建的8颗32GB 19nm Toggle2.0 MLC闪存颗粒还具备独特的nCache分级缓存管理系统,可提升读写性能、改善用户体验以及保持不掉速的特性。

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前文我们提到过,SLC是最强悍的闪存标准。而闪迪的nCache技术的原理就是将部分MLC闪存模拟成SLC模式进行编程,然后后台再把SLC模式的缓存数据写入到MLC上去。利用利用接近SLC的高写入性能和耐久度,实现了持续写入速度的翻倍。nCache算法已经被闪迪在闪存卡领域上沿用多年,技术的成熟无需多虑。

小结

看到这里,相信你已经对固态硬盘的构成,以及影响其性能发挥的原理有了更为深入的了解,此时再购买固态硬盘是不是更加游刃有余了?

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