商用固態(tài)硬盤發(fā)展30年：讀寫速度暴增幾十倍

不知道大伙是否還記得自己的第一個(gè)固態(tài)硬盤有多大?自1991年閃迪發(fā)售第一款商用SSD開始，商用固態(tài)硬盤的發(fā)展已經(jīng)在不知不覺間超過了30年。

每次談起固態(tài)硬盤，總難免要說到顆粒、主控的內(nèi)容，我們很容易掉進(jìn)“唯顆粒論”的怪圈，卻忽視了這些年來相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

實(shí)際上隨著主控與顆粒技術(shù)的不斷進(jìn)化，固態(tài)硬盤產(chǎn)品早已實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化場景分類，下面我們就從閃存、閃存類型、主控這幾個(gè)方面來聊聊固態(tài)硬盤這些年有哪些改變。

閃存顆粒“超進(jìn)化”：從2DNAND到3DNAND

聊起固態(tài)硬盤就有個(gè)無法繞開的話題坎，那就是玩家們經(jīng)常討論到“顆粒”。

資深的玩家們應(yīng)該知道，固態(tài)硬盤經(jīng)常被討論到的芯片包括主控、閃存和DRAM，而關(guān)于顆粒的討論恰恰又是最高的那個(gè)。

目前被廣泛討論的閃存顆粒其實(shí)屬于NAND閃存，該類型的閃存自2009年出現(xiàn)在固態(tài)硬盤上至今，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｊ褂玫膫€(gè)人電腦上。

NAND閃存的工作方式有個(gè)特點(diǎn)，就是如果我們要給已經(jīng)寫入數(shù)據(jù)的閃存再寫入數(shù)據(jù)，需要先把它的數(shù)據(jù)擦除，才能重新寫入。

隨著被擦出和寫入的次數(shù)增多，NAND閃存會有耗損，這也是固態(tài)硬盤壽命用“擦寫次數(shù)”來形容的原因。

早期的NAND閃存都是鋪設(shè)在平面上的，被稱作“2DNAND”。

舉個(gè)不太恰當(dāng)?shù)睦樱拖裨蹅冊O(shè)計(jì)停車場的停車位一樣，這個(gè)停車場能容納的車位都是有限的，為了應(yīng)對越來越大的停車(數(shù)據(jù)存儲)需求，那只好做多層的停車場，一層不夠那就做二層甚至三層。

在2DNAND時(shí)代，廠商為了盡量利用好有限的面積只有不斷用新工藝，但隨著串?dāng)_等問題導(dǎo)致閃存顆粒不再能單純依靠工藝進(jìn)步帶來提升，東芝和三星開始押注3DNAND(三星將其稱作V-NAND)。

NAND閃存也同理，“2DNAND”的容量是有限的，那就做“3DNAND”，目前鎂光已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了176層NAND量產(chǎn)，閃存密度以及成本壓縮達(dá)到了空前高度。

在不久的未來，192層NAND也即將量產(chǎn)，屆時(shí)更高容量、成本更低的固態(tài)硬盤有望誕生。

商用閃存類型多樣化在爭議聲中成長的閃存類型：從SLC到QLC

根據(jù)工作原理，其數(shù)據(jù)儲存在半導(dǎo)體單元內(nèi)，其中已經(jīng)被廣泛商用的類型主要有四種，分別是SLC、MLC、TLC、QLC，其中SLC屬于1bit/cell，MLC屬于2bit/cell，TLC屬于3bit/cell，QLC屬于4bit/cell。

這個(gè)數(shù)值的意思是每個(gè)儲存單元的數(shù)據(jù)，比如SLC一個(gè)單元只有一位數(shù)據(jù)，單個(gè)儲存單元內(nèi)的數(shù)據(jù)位數(shù)越多，就要求主控控制的精度越高。

因此SLC顆粒的耐用度P/E(壽命)、速度以及成本都是各類型中最高的，這些參數(shù)隨著單元內(nèi)數(shù)據(jù)的增加而減少，從MLC到TCL再到QLC，未來甚至還有5bit/cell的PLC成為商用產(chǎn)品。

通過數(shù)據(jù)對比知道，SLCNAND閃存的擦寫次數(shù)在10000次以上，MLCNAND閃存的擦寫次數(shù)在3000-10000之間，TLC閃存的擦寫次數(shù)在1000-3000之間，QLCNAND閃存的擦寫次數(shù)在1000次以內(nèi)。

在目前固態(tài)硬盤的應(yīng)用場景中，使用純SLCNAND閃存的固態(tài)硬盤基本面向軍用或者商用了。

而MLC則大多以高端消費(fèi)級產(chǎn)品和商用產(chǎn)品為主，應(yīng)付咱們?nèi)粘Ｊ褂眯枨蟮墓虘B(tài)硬盤，TLCNAND足矣，至于QLCNAND閃存的固態(tài)硬盤嘛，優(yōu)點(diǎn)是容量足夠大，壽命的短板也可以被部分彌補(bǔ)。

就拿三星為例，他家的固態(tài)硬盤就涵蓋了這四種閃存類型，各自的代表分別為采用MLC3DNAND的三星970Pro、采用TLC3DNAND的三星980/三星860EVO以及采用QLC3DNAND的三星860QVO。

在聊到閃存類型的時(shí)候，玩家們常常“意難平”于消費(fèi)級MLC閃存產(chǎn)品逐漸轉(zhuǎn)向商用，TLC閃存和QLC閃存開始成為消費(fèi)級主流。

這個(gè)過程的確一直以來都備受爭議，但不可否認(rèn)的是，消費(fèi)者如今能用更少的錢買到容量更大，性能更高的固態(tài)硬盤產(chǎn)品。

主控芯片大升級：從技術(shù)完善，讀寫速度暴增幾十倍

廠商能放心地使用理論壽命更低的TLC和QLC閃存，原因是主控芯片愈發(fā)強(qiáng)大，我們能看到大多數(shù)固態(tài)硬盤參數(shù)都離不開主控，比如讀寫速度快慢、接口協(xié)議、TRIM支持、磨損平衡以及垃圾回收機(jī)制等。