固态硬盘
第一块SSDs是由StorageTek在1978年的时候首先研制的,当时这块SSD是基于RAM的SSDs。知道20世纪80年
代末90年代初第一块基于Flash的SSDs才开发出来。西部数码公司在1989年展示了一块2.5寸的NAND Flash的
SSDs。然而,基于Flash的SSDs的主要推进者SanDisk和Intel的SSDs都是在90年代初基于NOR Flash研制的,这
就造成了相对于DRAM的较高的成本。所以当时基于Flash的SSDs也就没有太大的市场。
近几年由于NAND Flash的成本的价格不断降低使得他也进入到了硬盘(HDDs)的市场。而固态硬盘(SSDs)
由于没有机械部分而可以表现出更好的可靠性和读写速度。
图16详细的列举了SSD和HDD的各个主要部件图。HDD是基于一个旋转的磁头来进行存储的,所以就必须要有
一个推动器来移动磁头到合适的位置去对相应的部分进行读写。这种通过磁头进行读取的动作使得他又极长的
生命周期而且还要有一块DRAM buffer用来存储和搜寻时间。对于一块SOC来说HDD的控制器是和处理器、伺服控制逻辑、接口、ECC、时序产生器、buffer控制器一起工作的。
相对比而言,SSD就没有含有任何机械的部分,他的主要部件包括:NAND Flash、SSD控制器、连接器、DRAM、PCB和一些被动器件。另外,由于NAND Flash的尺寸较小,所以SSD的尺寸就可以制作成一些更小更适合的尺寸不仅限于标准的1.8寸、2.5存和3.5寸,这些尺寸标准都是从之前的HDD来的。
基于NAND的SSDs最开始用于一些对耐久性和可靠性要求较高的工业和军事设备上。到2006年,第一块PC的
SSD才被发布,这块SSD是主要用于企业级的计算机使用。
表1总结了在不同的市场NAND Flash/SSD使用情况。有很多种的应用NAND Flash或者SSDs都可以用到。第一,在很多应用场合他可以代替HDD作为一个存储设备,更好的寿命和稳定性的同时功耗也降低了。要想充分利用SSD的各个优势,一个优化过的OS或者文件系统是必备的。
第二,SSD还可以作为一个输入/输出的加速设备,输入/输出的加速一开始也是被用到企业级的电脑系统中。软件驱动对这个功能是必须的。
第三,SSD/NAND Flash也可以用作存储系统的一部分并取代DRAM,由于NAND Flash相对DRAM的成本优势,
就使得在存储系统中能够有更大的容量并且功耗更低。为了管理层列式的存储系统,存储器的内核管理就需要
将其设计为对Flash存储器的管理。
图17是对PC上的SSD和HDD进行的一个比较,从中我们看出SSDs除了成本和容量之外在各方面均比HDD要好,
而成本和容量则是妨碍SSD成为更优选择的主要障碍了。相信这个现状不会持续太久。
在企业级应用方面,传输数据量(吞吐量)的巨大和寻址时间是两个重要指标,企业级的HDDs使用了多重技术来改进系统的吞吐量和降低寻址时间。高读写速度的HDDs(15k rpm)已经可以被配置为和多个硬盘一起使用,因此也同时增加了整个系统的带宽。除了增加系统带宽之外还可以更加容易满足容量、功耗和温度等一些指标的要求。
“短行程”HDDs是一种通过降低进入存储器的时序来降低机械头的寻址时间的设备。然而,要保持这些HDDs
的优势的话就只能让容量比其他的功能更好。如图18,一个SSD能够取代多个HDDs设备。
从图19我们可以看出虽然每一GB的价格HDDs是比SSDs有很大的优势的,但是一个HDD系统的成本指标还有$/IOPS,IOPS/GB或者是IOPS/W,而这些指标的话SSDs又是远远比HDDs要好的。这还只是一个关于存储的比较。如果考虑到整个系统的话,SSDs的表现就会比HDDs更好了。另外,如果将功耗和大小也考虑进去的话SSDs在经济方面就更有吸引力了。
Marketing Outlook
在早些年的时候,NAND Flash市场主要是被一些便携的存储应用所推动,例如Flash 存储卡、U盘等等。到
了2004年的时候,NAND Flash开始在MP3上取代1寸的HDD,并且苹果的iPod首先使用。而手机上高容量的NAND Flash的使用则是2007年首先在iPhone上得以实现,当时使用的是4GB和8GB。而在2007年之前,智能手机只使用了贴在PCB上的低容量的Flash,而更高的容量则是采用Flash存储卡来进行拓展。所以iPhone不仅仅是一个手机而更像是一个集合了照相机、摄像机、音频和其他各种应用功能的综合性设备,并且他的内容和应用可以从网上
进行下载。
在iPhone的引领下,智能手机和其他的手持设备都逐渐地使用到了Flash存储器,甚至在接下来的5年以内
Mobile市场已经成为NAND Flash的最大的市场。
在消费电子和通讯产品之后的下一个先锋市场就是计算机,基于NAND Flash的SSDs是被看做是NAND Flash的
应用的一个最新的驱动,并且在以后SSDs会成为消费电脑的主流设备。
NAND Flash在全球经济衰退的时候仍然保持者3倍的增长。由于技术制程的更迭的放慢,所以这个增长到
2016年的时候会降到一个温和的69%的样子。
NAND Flash存储器会有一系列的制程带来的问题,并且随着新的各种各样对存储器要求更高的应用的出现,
新的存储器技术也可能会不断涌现。
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