硬盤作為存儲信息的單元,是組成計算機必不可少的工具。在正常情況下,我們除了要在硬盤中安裝電腦使用的系統,還要經常要用它來存儲應用影視遊戲等信息,為計算機軟件的運行提供讀寫的空間。可以說,硬盤對于計算機的重要性,絲毫不亞于其他的任何組件。
多數人對于硬盤的了解主要是來自于廠商的宣傳,通過淺顯易懂的話語中得到“硬盤分機械硬盤和固态硬盤之分”和“固态硬盤速度比機械硬盤快”這兩個結論。不過,本着“數據無價”的态度,關于固态硬盤,你可能需要知道的更多。
雖然固态硬盤近些年才在市場上流行開來,但它本身并不是新出現的技術産品。
硬盤技術發展1968年,IBM重新提出了“Winchester(溫切斯特)”技術的可行性後,存儲硬盤開始了統一發展方向,機械硬盤的組成結構大緻定了下來。然而,硬盤技術另類發展可并沒有就此停擺。
機械硬盤
觀看那些拆開的機械硬盤,我們會發現磁頭、盤組和磁頭的機械臂這些東西,實際上機械硬盤使用的這個模組,就是基于的Winchester(溫切斯特)技術。這個技術本身大概是在說——盤組通過甩塗等工藝,制作成磁層,即磁性記錄層,此時磁粉呈現出來的不規則顆粒,就可以作為存儲載體。
一年後,四位離開IBM的工程師合夥創立了一家名叫StorageTek的公司,并開始了為期十年左右的,和IBM争奪磁帶存儲霸主地位的戰鬥。這家公司即是後來大名鼎鼎的美商存儲科技公司(Storage Technology Corporation,StorageTek或STK)的前身。
1970年,初入存儲行業的STK砸錢開發出了世界首個固态硬盤驅動器。不過這款固态硬盤驅動器和如今的固态硬盤在本質上并非相同,因為如今的固态硬盤使用的閃存,到1984年才被東芝發明出來,之後五年才有了使用閃存的固态硬盤問世。
所以,率先搞出來固态硬盤驅動器的STK并沒有通過這一硬盤的革新技術成功,相反因為一系列産品的失敗,STK在閃存問世的同一年宣布破産保護,差點GG,後來緩過勁,STK轉身又投入了基于溫切斯特技術本質的“自動化磁帶櫃”市場。
固态硬盤的入場雖說經曆了一系列曲折,但固态硬盤(Solid State Disk或Solid State Drive,簡稱SSD)最終還是出現了。
2006年,固态硬盤率先被三星放入了筆記本電腦市場,一石激起千層浪,固态硬盤開始正式進入了民用計算機存儲市場,各種搭載固态硬盤的産品層出不窮。
不過,固态硬盤高昂的價格,同價位遠低于機械硬盤的容量,還是讓大多數的購買者“望而生畏”。
固态硬盤降低成本的考慮早期的固态硬盤速度和安全性以及壽命,技術層面上理論都遠甩開機械硬盤,但這樣生産制造的固态硬盤,成本非常高昂,很難将固态硬盤快速普及到市場,獲得大量的市場占有率,所以減少成本就成為了固态硬盤廠商要首先考慮的事情。
固态硬盤的結構構造比起機械來說其實更為簡單。固态硬盤的主體是一塊PCB電路闆,在PCB上是構成固态硬盤體系的控制芯片緩存芯片和存儲數據的閃存芯片。
矽晶圓片
要想降低成本,最直接的辦法就是降低控制芯片、緩存芯片和閃存芯片的成本。就實際而言,緩存芯片的操作簡單,無非是降低緩存大小,甚至可以放棄緩存芯片。其次,主控芯片可以使用性能較弱的主控。而至于閃存芯片,則要考慮用新的技術工藝去解決。
閃存芯片的發展早先閃存使用的芯片是基于SLC技術(Single-Level Cell),也就是“每一個存儲單元中隻存儲一位數據”,這種閃存的好處是耐用、準确,性能也好,早期的企業應用存儲首先的選擇就是SLC閃存。當然了,SLC閃存的固态,其價格和它的安全性一樣“出色”。
要想在不增加存儲單元的情況下削減閃存成本,最好的辦法就是充分利用存儲單元的空間,所以MLC、TLC、QLC技術的閃存相應而來。
- MLC
MLC閃存的定義實際上是有歧義的。因為這個叫法的本意是“Multi-Level Cell”,意思是說“多級單元架構”,從這一點上來說,之後的TLC、QLC甚至HLC、OLC都屬于MLC範疇。
不過呢,MLC主流還是當作“Binary-Level cell”來理解,也就是“二級單元架構”,即“每一個存儲單元中存儲兩位數據”。這樣一來,在不增加存儲單元數量的前提下,MLC閃存就能做到比SLC閃存大約多一倍的存儲數據的能力。
- TLC
TLC,即“Triple-Level cell”,意思是“三級單元架構”,即“每一個存儲單元中存儲三位數據”。
- QLC
事實上從MLC、TLC一路看下來,大家也能猜到QLC什麼意思——“Quad-Level Cell”,即“每一個存儲單元中存儲四位數據”。
閃存的成本通過增加存儲單元的存儲能力得到了解決,貌似看起來非常不錯,MLC閃存做成同容量的TLC,成本大約減少一倍,做成QLC成本就大約減少了三分之二,而同樣的成本下,TLC可以做到MLC的兩倍容量,而QLC能做到MLC的三倍,怎麼看都是在朝着“先進”發展,但這樣真的沒有問題嗎?
閃存從MLC到TLC再到QLC帶來的弊端當然是有問題的。
- 速度:
一個單元格存一位數據的時候,我讀取這個數據隻需要對應單元格就行了,因為進去就能找到數據。但是存兩位數據的時候,我讀取寫入不僅要對應單元格,還需要在單元格的兩個數據中找這個數據。
- 壽命:
如果一個單元格讀取寫入數據的壽命是1000次,對單元格進行一次完整的讀取寫入。
一個單元格存一位數據的時候,我對這個單元格寫入一個“0”,讀取一個“0”,壽命減少了一次。
一個單元格存兩位數據的時候,我對這個單元格寫入一個“0”,寫入一個“1”,讀取一個“0”,讀取一個“1”。雖然寫入和讀取的内容多了,但是同一個單元格也要被讀取寫入兩次。
沒錯,閃存存儲數據密度的增加,帶來的弊端正是速度和壽命上的降低。
閃存壽命一退再退,還能用嗎?固态硬盤對比機械硬盤,最大的好處是理論上的穩定性、安全性(不用擔心會有機械上的物理損傷,不用擔心壞道、震動損壞、磁頭損壞等情況)、壽命(實際上機械硬盤不出現意外,壽命要比普通固态長)和最重要的速度。而在閃存芯片革新的情況下,壽命和速度都出現了理論上的降低,這還能用嗎?
如今的閃存芯片進入到了QLC階段,“更差勁”的HLC、OLC等還沒有産品上市,就這個目前“最差勁”的QLC來說,也不是不能用。
通過鎂光東芝等廠商的公布的消息來說,他們生産的QLC的擦寫壽命約為1000PE,理論運用到512GB的QLC固态中,每天讓它讀取寫入100GB,512✖1000➗365➗100≈14,也就是大約14年。當然現實不一定是這樣,隻是能證明了一些東西——QLC的理論壽命雖然低,但是制造工藝技術的發展,QLC閃存的理論壽命實際并沒有變得太低。
所以如果就壽命來說,大可不必擔心,正常使用三年五載是絕對沒有問題的,目前的固态硬盤還沒有出現閃存芯片壞了的情況,壞的最多是主控(控制芯片)。
另外的一個問題,多數人都認為QLC的速度很差,原因是100G外的連續讀寫掉速嚴重,出現甚至比機械硬盤還慢的情況。
這種情況實際上是固态硬盤的通病,許多TLC的硬盤也有超過一定大小文件讀寫的掉速,這是因為TLC、QLC等硬盤通常都有一些空間在模拟SLC緩存加速,SLC緩存用完了,自然就開始掉速了。而且即便緩存用光,順序讀寫掉速嚴重,固态硬盤最大的優點4K讀寫表現依舊很好。
據已經進入市場的QLC固态660p來說,它提供有6G-24G不等的SLC緩存,如果容量在TB這個級别,連續讀寫100G不掉速還是可以做到的。
總結來說,QLC硬盤不是不能用,并且可以預期的是,QLC大面積上貨後,價格會非常美麗。對于不會經常閑的把幾百G文件,也沒有要存幾十年的數據,并且對于預算有的要求的大衆消費者來說,大可不必擔心QLC的壽命,作為一個遊戲盤,非重要文件的倉庫盤,QLC固态還是不錯的選擇。
而且說到底,其實QLC顆粒最大的軟肋不是壽命和速度,而是文件的保存率——SSD固态不通電的話,長時間閑置會導緻數據改變狀态,文件不可讀。在不通電下環境溫度升高,文件保存的時間隻會更少。
(圖侵删)
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