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超级SSD内部结构揭秘,存储界没有神话!


来源:      作者:      点击:次      时间:2009-12-26

 大家抱怨SSD价格高,于是山寨SSD遍地开花,跌入很多人的心理价位
    大家抱怨SSD容量小,于是512GB、1TB的SSD陆续面世,直逼机械硬盘
    大家抱怨SSD速度慢,100、200、600MB/s、接近1GB/s的产品陆续曝光……

外形酷似显卡的SSD,容量高达1TB


平均传输速度超过700MB/s,令人叹为观止

    SSD(固态硬盘)真是个神奇的东西,想什么来什么,要多大有多大、要快有多快,容量直逼传统机械硬盘,速度堪比缓存及内存。难道现在IT技术的发展真达到了一日千里的地步,几天不关注新闻就火星了?

    面对飞速发展的SSD,很多用户不由得感慨,只要成本和售价降下来,那么机械硬盘必然惨遭淘汰,SSD一统天下指日可待。事实上这种说法是完全没有理论依据的,很多人只是被SSD的塑料外壳蒙蔽了双眼,对于SSD的工作原理与内部结构一窍不通。

    所以,笔者觉得有必要写这样一篇文章,其实很久之前就有这个想法,但一直苦于没有理论根据,才迟迟没有下笔。接触SSD已经快一年了,从当初对新架构存储产品的兴奋,借助职务之便抢先试用,但长期使用后发现问题颇多,对新兴存储产品的质量打了个问号,甚至对SSD真实性能产生怀疑,搜寻各种资料后,终于恍然大悟,现在就分享给诸位网友。对存储产品来说,架构上都是一样的,数据接口,磁盘主控、存储介质。SSD与机械硬盘的差异在主要体现在存储介质上。而SSD之间的区别,除了主控外,就是存储介质(SLC与MLC)了。


普通机械硬盘的PCB结构:主控+缓存+马达控制芯片(控制硬盘机械主体)

    固态硬盘的结构相比机械硬盘,无非是原来机械部分的马达碟片换成了闪存颗粒,磁盘主控芯片、PCB总线连接接口均保留下来。换句话说,SSD相对机械硬盘,架构没变,改变的仅是存储介质。


SSD的结构:主控+缓存+Flash芯片

    其实,SSD就是把原来温彻斯特原理的机械式盘片+磁头,换成了Flash(非易失性存储器),由于半导体芯片不需要寻道过程,因此存取过程非常快;没有机械式马达因此没有噪音,功耗、发热、体积也要小很多。


512GB!这是已上市最大容量的2.5寸SSD

    目前主流的SSD都是2.5寸大小,与机械式笔记本硬盘相比的话,最高容量是相等的,都是512/500GB。按照这个体积来算的话,如果把SSD做成台式机用的3.5寸盘,那么容量达到甚至超过2TB也不是什么难事,可为啥没人出这样的东西呢?

    这就牵扯到SSD主控的承受能力了,SSD是由Flash芯片堆叠而成的,如果主控管理不了那么多芯片的话,就是痴心妄想了。现在提起SSD,大家都会认为很快,即使是山寨产品的性能数据看起来也比硬盘来的好。但大家却不是都明白,SSD为什么快。架构上,SSD与机械硬盘是相似的,最大的区别是存储介质,难道闪存的性能真的比磁碟好上那么多吗?


Intel的SSD用10颗闪存组成10通道RAID

    实际上,无论是SLC还是MLC,其传输速度均没有磁碟来的高,而优势仅在极低存取时间。反应到应用上,尤其是程序启动等操作上,优势就凸现出来了。


三星的解决方案也不例外,8通道RAID 0

    大家会问,你说SSD传输率不高,但是连山寨的SSD传输率都能轻松突破100MB/s啊,这又是什么原因呢?存储产品中,有个技术叫阵列,由于闪存芯片体积小,耗电少,所以可以将多颗闪存芯片组成RAID 0,提高速度,这样我们看见的SSD传输率上百MB也就不足为奇了。

    在此,笔者纠正一个误区,有不少人认为RAID 0可以提高存储的速度,实际上这种说法是片面的。RAID 0提高的仅是传输率,而存取时间上并没有提高,有些时候还会有下降,毕竟通道数多了,协同一起运作会产生延时。说到此,想必大家已经知道SSD性能的本质因素了,一是闪存芯片存取时间超低,二是多路RAID 0大幅提高传输率。那么遵循这个理论,要想在现有的基础上提高SSD的性能,RAID 0就是必经之路了。


使用两颗主控芯片外加一颗RAID 0芯片加强RAID

    方法摆在这,那么如何实现呢?继续加大主控芯片的负荷,加大通道数已经不现实,现在的状况都不稳定,更不要说继续加大通道数了。所以,有人想到了使用两颗主控芯片,在单颗主控控制8通道闪存的基础上,通过外围第三方芯片将两组8通道闪存再组成RAID 0,提高传输率。

    经过性能测试,由于JM390的主控性能不强,双路状态下,仅能改善写入性能,读取性能提升不大,且稳定性较差。造成性能下降的原因,与主控处理能力有密切关系,既然外围主控芯片处理能力不强,那么就换。大家都知道专业磁盘控制卡(SAS)的性能十分强劲,那么把外围设备换成磁盘控制卡会有什么效果呢?


炒得火热的OCZ Z-DRIVERS,实际上就是SAS卡+SSD


结构一目了然:一块小Raid卡搭配四块普通SSD

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