SSD：Solid State Drive，固態(tài)硬盤，一種以半導(dǎo)體閃存（NAND Flash）作為介質(zhì)的存儲(chǔ)設(shè)備。和傳統(tǒng)機(jī)械硬盤 (Hard Disk Drive，下面稱HDD)不同，SSD以半導(dǎo)體存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，純電子電路實(shí)現(xiàn)，沒有任何機(jī)械設(shè)備，這就決定了它在性能、功耗、可靠性等方面和HDD有很大不同。其實(shí)SSD的概念很早就有，但真正成為主流存儲(chǔ)應(yīng)用還是最近10年的事情。記得筆者2008年初入SSD行業(yè)，那時(shí)候只有很少的幾家公司研發(fā)SSD，如今（2017年），已有成百家大小公司參與其中。無論是在消費(fèi)級(jí)還是企業(yè)級(jí)市場，SSD已經(jīng)動(dòng)了兩家HDD巨無霸公司西數(shù)(WD)和希捷(Seagate)的根基，正在取代HDD成為主流的存儲(chǔ)設(shè)備。

在SSD大行其道的今天，從事存儲(chǔ)行業(yè)的人如果不知道SSD，猶如“人不見陳近南，就稱英雄也枉然”。本章節(jié)將帶領(lǐng)大家初識(shí)“陳近南”。

1.1引子

先從開機(jī)速度說起。

過去，電腦啟動(dòng)一般需要幾十秒甚至上分鐘。開機(jī)，出去倒茶，回來，電腦還在打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。如今，使用了SSD后，開機(jī)只要幾秒鐘：開機(jī)，正起身準(zhǔn)備去倒茶，開機(jī)助手就已經(jīng)提示你：本次開機(jī)8秒鐘，擊敗全國99%的用戶。算了，茶還是不倒了。

圖1-1 SSD開機(jī)時(shí)間統(tǒng)計(jì)（單位：秒）

速度快，是用戶在使用SSD過程中最為直觀的感受。那是什么成就了SSD的神速呢？除了速度快，相比HDD，SSD還有什么優(yōu)點(diǎn)呢？這就得從SSD的原理說起了。

SSD是一種以半導(dǎo)體為主要存儲(chǔ)介質(zhì)、外形和數(shù)據(jù)傳輸接口與傳統(tǒng)的HDD相同的存儲(chǔ)產(chǎn)品。目前主流SSD使用一種叫閃存的存儲(chǔ)介質(zhì)，未來隨著存儲(chǔ)半導(dǎo)體芯片技術(shù)的發(fā)展，它也可以使用更快、更可靠、更省電的新介質(zhì)，例如3D XPoint、MRAM等。由于當(dāng)前業(yè)界主要使用的還是閃存，所以我們本書討論還是以閃存為主。

外觀上，加上鋁盒的2.5寸的圖樣，和2.5寸HDD外觀基本相同。除了有傳統(tǒng)HDD的2.5寸和3.5寸的外觀，SSD可以有更小的封裝和尺寸，如圖1-2中M.2接口的SSD。（關(guān)于SSD的接口形態(tài)，后續(xù)有詳細(xì)的介紹）。

圖1-2 SSD外觀（上：2.5寸盤；下：M.2 SSD）

SSD是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列制成的硬盤，主要部件為控制器和存儲(chǔ)芯片，內(nèi)部構(gòu)造十分簡單。詳細(xì)來看，SSD硬件幾大組成部分：主控，閃存，緩存芯片DRAM（可選，有些SSD上可能只有SRAM，并沒有配置DRAM），PCB（電源芯片、電阻、電容等），接口（SATA、SAS、PCIe等），其主體就是一塊PCB；軟件角度，SSD內(nèi)部運(yùn)行固件（Firmware, FW），F(xiàn)W負(fù)責(zé)調(diào)度數(shù)據(jù)從接口端到介質(zhì)端的讀寫，還包括嵌入核心的閃存介質(zhì)壽命和可靠性管理調(diào)度算法，以及其它一些SSD內(nèi)部算法。SSD控制器、閃存和固件是SSD的技術(shù)核心，后面章節(jié)會(huì)有一定深度的介紹。

圖1-3 SSD結(jié)構(gòu)

前面講了當(dāng)前SSD存儲(chǔ)介質(zhì)主要是閃存，先講一個(gè)基本概念，什么是存儲(chǔ)介質(zhì)?

圖1-4 存儲(chǔ)介質(zhì)分類

按物理材料區(qū)分為三大類：光學(xué)、半導(dǎo)體和磁性。光學(xué)存儲(chǔ)，就是大家之前都使用過的DVD、 CD等光盤介質(zhì)，靠光驅(qū)等主機(jī)讀取或?qū)懭?；在SSD出現(xiàn)之前，個(gè)人和企業(yè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還是HDD的天下，HDD是以磁性介質(zhì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；SSD出現(xiàn)以后，采取的是半導(dǎo)體芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì)，更快更可靠和更省電?，F(xiàn)在及未來技術(shù)變革最快和主要方向還是半導(dǎo)體存儲(chǔ)，從圖1-4可以看出半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片五花八門，目前可以看得出的主要方向還是閃存、3D XPoint、MRAM、RRAM等等。

當(dāng)前閃存生產(chǎn)供應(yīng)商主要有：Micron（美國美光），Samsung（韓國三星），SK Hynix（韓國現(xiàn)代海力士），Toshiba（日本東芝），WD & Sandisk（西數(shù)和閃迪），基本上這幾家壟斷了閃存市場，當(dāng)然未來會(huì)有新的加入者，給用戶以更多的選擇。

1.2 SSD vs. HDD

傳統(tǒng)的HDD是“馬達(dá)+磁頭+磁盤”的機(jī)械結(jié)構(gòu)，SSD則變成了“閃存介質(zhì)+主控”的半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片結(jié)構(gòu)，完全不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)和讀寫方式。對(duì)比如下：

表1-1 HDD vs SSD結(jié)構(gòu)對(duì)比

再看一下SSD和HDD物理結(jié)構(gòu)的不同。

圖1-5 SSD vs. HDD結(jié)構(gòu)