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从SLC到QLC:缺点最大的SSD成HDD劲敌
2018-09-17 15:24  来源:中关村在线  

  凭借高速读写、低噪音和抗震等优势,SSD取代HDD已成为时代必然,但受成本和容量影响,SSD在15年的发展里并未完成这一壮举。而QLC SSD的出现,在容量上已能与HDD齐平,并在价格上试图将SSD拉进1元/GB时代,这也意味着,SSD正在吹起全面侵占HDD的号角。

  SSD结构组成及概况

  SSD在结构上主要由一块PCB板,主控芯片、缓存芯片和闪存颗粒组成,与HDD众多机械结构不同,由于不存在高速运转的马达和磁头,SSD在运行过程中几乎无噪音,并具备良好的抗震能力;同样,由于不需要磁盘旋转,所以SSD基本没有寻道时间,大大缩短响应时间;而闪存颗粒代替机械存储的方式,也使得SSD在读写上比HDD快了许多。

  其中,主控芯片相当于SSD的大脑,一方面调配着数据在各个闪存芯片上的负荷,另一方面承担着整个数据中转,连接闪存芯片和外部SATA接口功能,主控芯片便是决定SSD性能的一个因素。

  在主控芯片厂商上,主要以英特尔、SandFroce、Marvell、三星等为主,但由于主控芯片可通过授权方式直接使用ARM内核、DDR物理层等成熟IP,其研发并不太难,主控公司也在由美系、韩系,向台湾,以及国内变迁,如台湾智微JMicron、群联Phison,国内的国科微、忆芯等厂商。

图片源自gadgetmatch

  除主控外,SSD另一核心部分便是闪存颗粒了,其本质是一种非易失性存储器,利用电子的写入和读取进行存储,在性能上和稳定性上远超HDD利用机械进行存储的模式.

  不同于主控芯片,闪存颗粒对技术要求极高,目前能自产闪存颗粒的厂商主要为三星、英特尔/美光、东芝/西数、SK海力士,这四家联合体生产的闪存颗粒占据着全球近90%的市场,其技术已经可以实现96层,甚至是128层3D堆叠。可喜的是,国内紫光主导的长江存储目前已经可以实现闪存颗粒的32层堆叠,虽然相比几大存储巨头仍有不小差距,但已能望其项背。

  闪存颗粒发展及原理

  从2003年SSD逐渐进入大众视野,闪存颗粒至今也历经了四代更迭,从最初的SLC、MLC、TLC到今天的QLC,四代颗粒每单元存储依次从1、2、3提升到今天的4个数据,电压状态从最初的0和1 2种提升到今天的0000到1111共计16种变化,如下图所示:

四类闪存颗粒简介

四类闪存颗粒电压变化

  SLC到QLC闪存颗粒均是通过内部绝缘层完成数据存储的,当写入数据时,需要施加电压并形成电场,这样电子便可以通过绝缘层进入到存储单元,完成写入,而从第一代SLC到第四代QLC,随着电压状态的成倍递增,数据在颗粒中的访问时间也随着增长,进而降低SSD的读写性能和稳定性能。

  缺点最大的SSD成为HDD劲敌

  SLC由于结构简单,执行效率极高,特点便是读写速度快,寿命长,可擦写10万次,在企业级SSD上很常见;MLC、TLC由于单元存储值得增加,其速度和擦写性能也随之下降,MLC可擦写10000次,TLC则降至3000次,MLC、TLC也是消费级市场主力;而到了如今4 bit的QLC,其理论擦写值仅为1000次。但正是这缺点越放越大的QLC SSD,或许将在未来2-3年完成三代前辈均为完成的使命:彻底取代HDD。

  正如开篇所述,SSD始终未能取代HDD的一个因素便是容量,如今各种大型游戏、蓝光视频、4K监控的应用,更使得用户对硬盘容量需求提升,普通HDD在容量上可轻松实现4TB-12TB,而SSD容量通常在128GB-1TB之间,远不能满足需求。

  相比前三代SSD,QLC SSD在容量已经可以做到7.68TB,如美光的5210 ION系列,英特尔面向数据中心应用的DC P4500系列 QLC SSD,更是将容量提高到32TB,这使得SSD在容量上与HDD相比已不具备劣势。

图片源自blog.usro.net

  阻碍SSD全面取代HDD的另一因素便是价格,SSD 1元/GB也是用户一直渴求的,QLC SSD的出现或许能将价格拉入1元/GB时代,如目前英特尔基于QLC颗粒推出的660P系列,其512GB售价99美元,折合人民币1.3元/GB,根据传闻,英特尔64层QLC SSD的目前的良品率只有48%,接下来随着QLC工艺的成熟和其他存储厂商的加入,QLC SSD从1.3元/GB降至1元/GB又何尝是问题。

  国产SSD若崛起又何愁1元/GB

  尽管从SLC到QLC,SSD的缺点是越放越大,但比起HDD,其优点还是很明显的,QLC SSD的性能也并非如此的不堪,根据英特尔官方给出的数据,其660P系列SSD读写速度为1800MB/s,随机读写220K IOPS,在M.2硬盘中性能还算OK,同时,各存储厂商推出的QLC SSD均提供3-5年不等的质保,只怕到时QLC还在服役,FLC也上市了,所以,用户如果觉得QLC SSD价格还OK,完全没必要纠结寿命问题,买买买就好。

  结语

  今天的QLC SSD 如同TLC SSD刚面市时一样,在性能和寿命方面广受诟病,但TLC SSD取代MLC已成为不争的事实。长江后浪推前浪,在接下来2-3年里,QLC SSD也会如同TLC SSD一般取代TLC SSD,这也表明,在满足使用的前提下,价格永远都是消费者关注的重点。

  同时,不管是SSD还是HDD,硬盘市场一直被日韩、美国几大存储厂商垄断,在接下来QLC SSD普及的几年里,以紫光长江存储为代表的国内存储厂商如若奋起直追,国产3D NAND+自主主控芯片的SSD能大规模商用,到那时,我们又何愁1元/GB。

 
 
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