什么是固态驱动器?

了解固态技术如何通过高速闪存改变存储。

女性 IT 开发人员在电脑屏幕和笔记本电脑上使用黑色和橙色编程代码在键盘上打字的侧视图肖像

什么是固态驱动器?

固态驱动器 (SSD) 是一种基于半导体的存储设备,通常使用 NAND 闪存来保存持久数据。 每个 NAND 闪存芯片由一个块阵列组成,也称为网格,在每个块内,有一个存储单元阵列,称为页或扇区。 每个单元中存储的位数可以变化,它们通常分为 1 位单元(即"单级单元"或"SLC")、2 位和 3 位单元(即"多级单元/ MLC"和"三级单元/TLC"),或 4 位单元("QLC")。 每个单元类型也有其优点和缺点。 虽然 SLC 以其可靠性、高速和价格而闻名,但 QLC 的优势在于价格更实惠。 每个网格可以存储 256KB 到 4MB。 中央处理单元 (CPU) 充当对内存进行的任何读取或写入作业的控制器。 它们的尺寸和低功耗要求使其成为笔记本电脑、平板电脑和智能手机的理想选择。  

SSD 试图通过使用非易失性固态存储器来模仿 HDD,但它们比传统的硬盘驱动器或软盘快得多。  HDD 具有由盘片旋转和读/写磁头移动中的机械延迟引起的固有延迟和访问时间。 由于 SSD 没有活动部件,因此访问和存储数据的延迟和时间大大减少。

根据  Gartner (链接位于 ibm.com 外部),固态驱动器正在成为支持结构化数据工作负载的首选存储平台,这得益于围绕 NAND 闪存和存储类内存 (SCM) 技术的创新。 他们预计,到 2025 年,所有本地 IT 存储管理和支持活动中超过 40% 将被托管存储即服务取代,而 2021 年这一比例还不到 5%。

闪存存储

闪存也称为闪速存储器,是一种使用闪存芯片进行数据写入和存储的固态技术。 闪存解决方案的范围从 USB 驱动器到企业级阵列。 全闪存阵列旨在最大限度地提高和加快性能,而不受存储区域网络 (SAN) 传统功能的限制。 它们更适合多云环境和存储协议,例如 NVMe。 由于大多数现代 SSD 都是基于闪存的,因此闪存往往是固态系统的代名词。 


固态驱动器的类型

顾名思义,内部固态驱动器安装在计算机内部,直接连接到其主板。 另一方面,外部 SSD 像外部 HDD 一样插入,经常插入 USB 3.0 端口,并用于类似的目的。 内部 SSD 通过标准 SATA、IDE 和 m.2 连接。 而外部 SSD 使用 USB、 eSATA 和 Thunderbolt 连接。

SSD 外形规格有两种主要类型: 

- mSATA IIISATA III 和传统 SSD:虽然 SATA SSD 可能是最常见的,但它更像是一种传统技术,因为它的设计目的是安装在硬盘驱动器的位置。 尽管如此,您可能需要一个托架适配器或机箱,具体取决于您的设备,例如台式 PC。 虽然易于安装促进了 SSD 的采用,但随着 PCIe 和 NVMe SSD 的引入,该接口正在逐步淘汰。 相比之下,mSATA III、SATA III 和传统 SSD 的速度时间有限,与市场上较新版本的 SSD 相比,吞吐量较低。

- PCI 和 NVMe SSD:较新的外形规格(如 U.2 和 M.2 SSD)使用称为非易失性内存 Express (NVMe) 的接口协议,该协议由 NVM Express 工作组中的公司联合开发,如 Samsung、Intel 和 Seagate。 NVMe 与外围组件互连 Express(又名 PCI Express 或 PCIe)配合工作以提供高数据传输速度,达到超过 3000 MB/秒的读取速度。 减少的延迟使这种类型的 SSD 成为游戏玩家及其 Playstation 的理想选择。 这些 SSD 通常带有散热器以防止过热。 


固态驱动器与硬盘驱动器

IBM 的硬盘驱动器历史可以追溯到 20 世纪 50 年代的 IBM 650 RAMAC 硬盘驱动器。 硬盘驱动器 (HDD) 使用旋转磁盘和机械写入磁头来处理数据。 最常见的外形规格是 2.5 和 3.5 英寸驱动器,分别用于笔记本电脑和台式机。  虽然大多数 HDD 使用 SATA 接口,也称为串行 ATA,但您也可能会遇到专门用途的串行连接 SCSI (SAS) 或光纤通道连接。 

与 HDD 不同,固态驱动器 (SSD) 没有移动部件来减慢它们的速度,因此 SDD 因其高吞吐量而非常有吸引力。 但是,固态用户往往会在存储容量上妥协。 虽然存在大容量 SSD,但与 HDD 相比,用户将支付溢价。 

许多企业采用混合方法,将闪存的速度与硬盘驱动器的容量结合在一起。 采用均衡的基础结构,企业能够将正确的技术应用于不同的存储需求,并以经济的方式从旧式 HDD 过渡,而不必全盘闪存化。


固态驱动器的优缺点

优点:

- 高性能:固态驱动器的速度比硬盘驱动器更高效,因为它基于闪存系统,非常适合运行应用程序、引导 Windows 或 Mac OS 或者传输文件。 但是,随着存储容量的减少,固态驱动器可能会变得越来越慢。 

- 易于使用:SDD 易于安装,并且没有活动部件。 它们的尺寸和重量也使它们非常便携,使其对流行的移动设备(如 Mac Book 和 iPad)极具吸引力。 

- 耐用性和可靠性:由每分钟高转速 (RPM) 和机械磨损引起的热问题导致 HDD 随时间推移而退化和降级,并造成振动、跌落和颠簸的脆弱性。

缺点:

- 写入次数有限:SSD 的主要缺点是其生命周期内的写入次数有限。 但是,磨损均衡和过度配置等技术可帮助企业级 SSD 经受多年的连续使用。

- 成本:虽然 SSD 的每个存储单元的成本(即,以千兆字节 (GB) 或太字节 (TB) 为单位)比 HDD 更昂贵,但 SSD 的能源使用量较低。 与 HDD 不同的是,SSD 不会用尽电力来从静止状态启动磁盘;其产品设计为企业节省了能源费用。 


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