欧易

欧易(OKX)

国内用户最喜爱的合约交易所

火币

火币(HTX )

全球知名的比特币交易所

币安

币安(Binance)

全球用户最多的交易所

2023年,SSD固态硬盘选购指南及技术科普

2023-04-05 14:32:16 811

摘要:本文较长,后面含大量技术科普内容,建议点赞收藏,方便后期查阅。SSD硬盘简介SSD使用电子芯片存储数据,没有HDD的机械式部件,因此在速度、时延、功耗、抗震等方面,与HDD相比有碾压式优势。机械硬盘是以磁性存储介质来存储数据的;固态硬盘出现...

本文较长,后面含大量技术科普内容,建议点赞收藏,方便后期查阅。

SSD硬盘简介

SSD使用电子芯片存储数据,没有HDD的机械式部件,因此在速度、时延、功耗、抗震等方面,与HDD相比有碾压式优势。

机械硬盘是以磁性存储介质来存储数据的;固态硬盘出现以后,采取的是半导体芯片作为存储介质。

SSD固态硬盘主要包括控制器、闪存和固件,这是SSD的三大核心技术.


HDD,SSD,M.2 NVME开机启动速度对比

SSD技术原理科普

SATA和PCIe的区别

SATA是一种物理接口类型,执行的AHCI协议标准,是目前最为廉价和常见的固态硬盘接口,缺点便是有着6Gbps的极限读写限制,无法满足专业领域对于无延时、极致读写的要求。


PCIe 一直是连接高速外围设备与计算机主板的标准接口。在物理表现上就是主板上那些PCIe接口,能够直接连接CPU,因而几乎没有延时,PCIe还可分为X2/X4/X8/X16。目前主要分为PCIe 3.0和PCIe4.0。PCIe 4.0 数据速率是 PCIe 3.0的两倍。


NVME和AHCI的区别


NVME和AHCI一样,都是逻辑设备接口标准,并不是接口,不是接口,不是接口。

NVMe即Non-Volatile Memory Express,是非易失性存储器标准,是跑在PCIe接口上的协议标准。

对于SATA设备来说,使用AHCI模式是正确的选择,可以在主板BIOS中将SATA控制器模式切换为AHCI,可以发挥更好的性能。


PCIe 3.0和4.0的最大带宽是多少?


PCIe 设备使用“通道”收发数据,因此,PCIe 设备可使用的通道越多,带宽可能越高。PCIe 设备支持的通道数量通常表示方式为:“x4”代表 4 个通道”,“x8”代表 8 个通道,以此类推。


PCIe 4.0 向后兼容吗?


PCIe 4.0 向后兼容,因此,连接 PCIe 3.0 系统的 PCIe 4.0 设备会以 PCIe 3.0 速度运行。这意味,如果你现在购买 PCIe Gen NVMe 4 固态硬盘,即便当前系统不支持 PCIe 4.0,也可以立即在系统中使用。如果你在今后升级为 PCIe 4.0 系统,则可以释放你的 PCIe 4.0 NVMe 硬盘的全部性能。


SSD的外形尺寸与接口


在选购SSD硬盘时,主要考虑哪些?

一,主板支持的接口

1,老电脑升级(主板不支持M.2接口),就可以选择SATA固态硬盘。

2,最近几年的新电脑,主板基本都是支持M.2 NVMe的,预算充足可以直接上M.2接口(NVMe协议) ,PCIe 4.0的固态硬盘。

3,如果对速度没有极致的追求,又想控制成本,可以选择M.2接口(NVMe协议) ,PCIe 3.0的固态硬盘。


如果主板支持M.2接口(红色框中部分),优先选择M.2接口的硬盘。通常主板上还有几个信息,2280,2260,2242或者有的主板是80,60,42,这是固定硬盘螺丝的位置。对应的是固态硬盘的长度


通常,M.2 SSD宽22毫米,长60毫米或80毫米,不过,卡片的长度会有所不同。卡片大小由四位或者五位数字标识。前两位数字是宽度,其余数字是长度。更长的M.2 SSD通常可以容纳更多的NAND芯片以提供额外的容量。

2280,为 宽 22毫米× 长 80毫米

2260,为 宽 22毫米× 长 60毫米

2242,为 宽 22毫米× 长 42毫米

2230,为 宽 22毫米× 长 30毫米

22110,为 宽 22毫米× 长 110毫米


M.2接口分两种类型,分别支持SATA通道和NVME通道。

在传输速度上,M.2 SATA的读写速度和2.5英寸SSD差不多,差别只在接口不同而已;NVMe PCIe SSD的读写速度平均高达3500和3000 MB/s,比前面提到的其他类型的SDD快得多。

1,M.2 SATA支持2个key,Key M + Key B。

2,M.2 NVMe将只有一个Key M。


走SATA通道,数据会先从硬盘读取到内存,然后提取数据到CPU内部计算,计算之后写入内存,最后才存储到硬盘中。

但走NVME通道,数据可以直接通过总线和CPU相连,省去了内存调用硬盘的步骤,所以全过程较为通畅,速度也就更快些了。

二、闪存(NAND)颗粒

NAND 是一种非易失性闪存,可在未连接电源时存储数据。断电后保留数据的能力使得 NAND 成为内置设备、外置设备和便携设备的理想选择。

不同类型之间的区别在于每个单元可以存储的位数。位代表电荷,电荷只能存储 0 和 1 两个值(代表开/关)中的一个。

各种 NAND 类型之间的关键区别在于成本、容量和耐久性。耐久性是由一个闪存单元在开始磨损前可以完成的程序擦除 (P/E) 周期数量决定的。一个 P/E 周期是指擦除和写入一个单元的过程,NAND 技术支持的 P/E 周期越多,设备的耐久性越高。

NAND 闪存的常见类型是 SLC、MLC、TLC 和 QLC

SLC(Single Level Cell,简称SLC)

单级单元闪存俗称SLC,这种类型的闪存在读写数据时具有最为精确,并且还具有持续最长的数据读写寿命的优点。

SLC擦写寿命约在9万到10万次之间。 这种类型的闪存由于其使用寿命,准确性和综合性能,在企业市场上十分受众。 但由于储存成本高、存储容量相对较小,在家用市场则不太受青睐。

优点:

    读写速度最快的NAND闪存芯片规格。

    与任何其他类型的闪存相比,擦写寿命和读写循环的周期最长

    读取/写入错误的发生几率更小,并可在跨度更大的温度范围内正常运行。

缺点:

    市场上最昂贵的NAND闪存类型。

    通常只有較小的容量。

建议使用对象: 需要大量读取/写入周期的工业级负载,例如服务器。


MLC(Multi Level Cell,简称MLC)

多级单元俗称MLC,它的命名来源于它在SLC的1位/单元的基础上,变成了2位/单元。 这样做的一大优势在于大大降低了大容量存储闪存的成本,因为闪存作为SSD的核心,其生产成本通常都会反映在SSD的价格上并最终转嫁到消费者的身上。

对于消费类SSD,凭借相对合理的容量/价格比,MLC闪存是家用电脑的首选,虽然擦写寿命只有约1万次,但对于家用级别来说已经十分足够。

优点:

    扩展的SSD的容量,也拥有合理的性价比。

    比TLC闪存表现更加稳定。

缺点: 不如SLC闪存那般耐用可靠。

建议使用对象: 较频繁地使用电脑的用户或游戏玩家。


TLC(Triple Level Cell,简称TLC)

TLC闪存是闪存生产中最低廉的规格,其储存达到了3位/单元,虽然高储存密度实现了较廉价的大容量格式,但其读写的生命周期被极大地缩短,擦写寿命只有短短的500~1000次,同时读写速度较差,只适合普通消费者使用,不能达到工业使用的标准。

优点: 较低的生产成本开启了廉价大容量SSD市场。

缺点:

    与SLC、MLC相比,储存SSD颗粒的擦写寿命要短得多。

    理论上读写速度与SLC、MLC相比最慢。

建议使用对象: 对存储需求不大的轻度使用需求的电脑用户,比如只使用上网、邮件等简单功能的上网本、平板。


QLC(Quad-level cells,简称QLC)

QLC每个SSD颗粒可储存4bit数据,跟TLC相比,QLC的储存密度提高了33%。 QLC不仅能经受1000次编程或擦写循环(与TLC相当,甚至更好),而且容量提升了,成本也更低。

优点: QLC总成本更低,进行存储时依靠更少驱动器来实现。 此外,QLC还具有更多容量,储存密度高,从而获得更好的效益。

缺点:与SLC、MLC相比,QLC的性能和写入寿命有所降低,但与TLC相当。

建议使用对象:比较适合把QLC SSD作为数据仓库的用户。 如果你对档案信息存储量的需求较大、平时对电脑进行轻度使用(写入操作少)、或者追求较低价格,建议选用QLC。


3D NAND

近十年来,3D NAND 是闪存市场最大创新之一。闪存制造商开发了 3D NAND 来解决缩小 2D NAND 时面临的问题,从而以更低成本实现更高密度。在 2D NAND 中,用于存储数据的单元水平并排放置。这意味着,可用于放置单元的空间量有限,试图缩小单元则会降低其可靠性。

因此,NAND 制造商决定在另一个维度叠放单元,从而促成纵向叠放单元的 3D NAND 的产生。更高存储密度可实现更高的存储容量,同时不会导致价格大幅上升。3D NAND 还提供更高的耐久度和更低功耗。

三,固态硬盘主控

主控的品牌

主控市场目前可以说被四大品牌垄断,分别是慧荣、群联、Marvell、三星。由于主控相当于电脑的CPU,其通过固件对固态硬盘进行管理,所以主控性能的优劣直接影响了固态硬盘整体的性能表现。所以目前市场上流通的固态产品,基本上都是这四家的主控,其中三星的主控自产自销,所以只能在其对应产品上见到。剩下的三个品牌中,主控Marvell性能比较好,一直是主控市场上性能的佼佼者,当然价格也比较贵,但用过Marvell主控的消费者都称赞其性能及稳定性。其次是慧荣和群联,慧荣主控的市场主要在主流及以下的固态产品上,以不错的性能和低廉的价格为主要特点,整体较为平衡。群联主控则算是这几款主控中的性价比比较好,在中低端市场表现也不错。

主控的作用

主控首先就是一个执行固件代码的嵌入式处理器,用来控制闪存颗粒的存储单元连接到电脑。其具体的作用表现在以下三点:

    合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷,让所有的闪存颗粒都在一定的负荷下正常工作,协调和维护不同区块颗粒的协作,减少单个芯片的过度磨损

    承担数据中转,负责连接闪存芯片和外部的接口

    负责固态硬盘内部的各项指令,比如trim、错误检查和纠正、磨损均衡、垃圾回收、加密等。


四,硬盘性能指标


顺序读写

  在所有测试软件中,最高的那个速度成绩,一般被叫做顺序(Sequential,简写为Seq)读取/写入速度,也就是数据都集中在一起、排好了队、按照最优化的速度读写,这是SSD最好的状态。在干净SSD里刚装好的操作系统、大型游戏、大型文件等,在前几次使用时应该能有近似的速度。

随机读写

  与之对应的当然就是随机(Random,简写为Ran)读写了,用了一段时间的SSD,大部分数据都零散地存在各个地方,这时体现出的速度就是随机读写了,它当然比顺序读写差一些。杂牌SSD的软件开发能力差,数据整理做得不好,这项得分在使用后会快速下降。

4K读写

  4K读写主要指的是小文件,它们都是东一个西一个的,总是让控制器忙得不可开交,所以读写速度当然也最差。有些SSD写入时先数据拷贝到高速缓存里,所以速度比读取要更快。在我们打游戏、写文档、做设计的过程中,硬盘更多的工作都是一些小数据的存取,所以这个速度决定了我们使用中是否会有很小的卡顿。

IOPS值

  在一些测试中还会看到IOPS值,它是每秒对SSD的操作数,也影响着数据存取会不会卡顿,比如IOPS很高的话,4K读写速度也自然会比较快一些。为了提升IOPS,SSD大都支持多线程和队列,也就是同时处理多个数据,并且让数据排队。所以线程(T)队列深度(Q)越大,通常IOPS和速度也就越高。


五,SSD使用寿命和质保

衡量SSD寿命主要有两个指标:一是DWPD(Drive Writes Per Day),即在SSD保质期内,用户每天可以把盘写满多少次;另一指标是TBW(Terabytes Written),在SSD的生命周期内可以写入的总的字节数。


DWPD

DWPD全称为Drive Writes Per Day,即每日全盘写入次数,指在预期寿命内可每日完整写入SSD固态硬盘所有容量的次数。在企业级固态硬盘产品里DWPD这个参数比较常用。比如intel的企业级P4500这一款,DWPD为4.62,也就是说,按照5年的保修期计算,用户每天可以把硬盘写满4.62遍,足以胜任服务器这种需要大量数据写入的应用场景。

TBW

TBW可以拆开来看,TB代表数据量,W(Written)代表写入,组合起来就是多大的数据写入量,这个写入量不是对闪存的写入量,而是电脑对硬盘的写入量,也就是CDI中的那个“主机写入量总计”。而这个数据一般厂商用来确定保修寿命,以三星970 EVO Plus 500GB这款SSD为例,它的保修条款写的是“5年或300TBW”,也就是说保修条款有2条限制:5年时间、或硬盘总共写入300TB数据,达到任一一条,厂商就不再提供保修服务。

SSD推荐区,固态硬盘选购指南

预算充足,对速度有极致的追求,就选PCIe4.0 M.2的固态。不过PCIe4.0需要配套的主板和cpu支持才能发挥最大速度。如果价格比较敏感,可以选择PCIe3.0,现阶段性价比非常合适。主板如果不支持M.2接口就选SATA固态。


码字不易,觉得有点用就点个赞吧

版权声明:本站所有文章皆是来自互联网,如内容侵权可以联系我们( 微信:bisheco )删除!

相关推荐

友情链接
币圈社群欧易官网