什么是固态硬盘
固态硬盘(Solid State Disk,简称 SSD),是用固态电子存储芯片而制成的电脑存储媒介,主要由存储单元和控制单元组成。
固态硬盘可以拆成两部分来理解,“固态” 是相比于机械硬盘需要磁盘的转动和磁头的往复运动进行数据读写,固态硬盘在进行数据读写时,内部电子元件无需运动即可完成;“硬盘” 则表明其是电脑主要的存储媒介,作用相当于仓库,用于存储数据。
固态硬盘由闪存芯片组成,使用 flash 闪存颗粒作为存储单元,不再使用传统的机械存储方法,而是利用传统的 NAND flash 特性,以区块写入和抹除的方式来进行读写功能。它也可以简单理解为一个采用硬盘接口(如 SATA/ATA 等)的 “大 U 盘”,但没有机械结构。
与传统机械式硬盘相比,固态硬盘具有诸多优点,例如读写速度快,其寻道时间几乎为 0,无论是持续读写还是随机读写的速度都非常快,能在开机、大文件拷贝、开启软件和游戏等操作时显著提高速度;低功耗,相比机械硬盘更省电;防震抗摔,由于内部没有机械运动部件,不怕碰撞、冲击、振动,在发生意外掉落或与硬物碰撞时能降低数据丢失的可能性;工作时无噪音;工作温度范围大等。
固态硬盘的介质主要有三种,目前绝大多数采用的是闪存介质。存储单元负责存储数据,控制单元负责读取、写入数据。由于没有普通硬盘的机械结构和寻道问题,系统能够在低于 1ms 的时间内对任意位置单元完成输入、输出操作。
根据闪存颗粒区分,固态硬盘可以分为 SLC(单层次存储单元)、MLC(双层存储单元)、TLC(三层存储单元)、QLC(四层式存储单元)、PLC(五层式存储单元)、HLC(六层式存储单元)等。不同闪存颗粒的特点如下:
- SLC:单层式储存,每单元存储 1bit/cell,擦写寿命约 10 万次,造价高,多用于企业级高端固态硬盘,也有极少部分高端消费级 SSD 在使用;
- MLC:双层式储存,每单元存储 2bit/cell,擦写寿命约 1 万次,读写速度、质量、精确度次于 SLC,价格昂贵,目前多用于工业存储;
- TLC:三层式储存,每单元存储 3bit/cell,擦写寿命约 1000 次,成本较低,多用于市面上的中高端 SSD;
- QLC:四层式储存,每单元存储 4bit/cell,擦写寿命最短,仅约 150 次,但存储密度大、成本低,主要被低端大容量的 SSD 使用;
- PLC:五层次存储单元,每单元存储达到 5bit/cell,存储密度比 QLC 更高,可帮助厂商降低成本;
- HLC:六层次存储单元,需要多达 64 种电压状态,存储密度比 QLC 高出 50%。
在接口类型方面,固态硬盘如今主要采用 SATA-2、SATA-3、mSATA、PCI-E、M.2(NGFF)等。常见的协议类型有 AHCI 和 NVMe,一般来说,基于 NVMe 协议的固态硬盘在读写性能上远超 SATA 接口极限的 6Gbps。
固态硬盘的应用十分广泛,除了常见的个人电脑外,还应用于车载、工控、视频监控、电力、医疗、航空等领域。随着技术的发展和成本的降低,固态硬盘在市场上的占有率逐渐提高。
