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从SLC到QLC:缺点最大的SSD成HDD劲敌

程序员文章站 2022-07-04 11:47:40
凭借高速读写、低噪音和抗震等优势,ssd取代hdd已成为时代必然,但受成本和容量影响,ssd在15年的发展里并未完成这一壮举。 而qlc ssd的出现,在容量上已能与hdd齐平,并在...

凭借高速读写、低噪音和抗震等优势,ssd取代hdd已成为时代必然,但受成本和容量影响,ssd在15年的发展里并未完成这一壮举。

而qlc ssd的出现,在容量上已能与hdd齐平,并在价格上试图将ssd拉进1元/gb时代,这也意味着,ssd正在吹起全面侵占hdd的号角。

ssd结构组成及概况   

ssd在结构上主要由一块pcb板,主控芯片、缓存芯片和闪存颗粒组成,与hdd众多机械结构不同,由于不存在高速运转的马达和磁头,ssd在运行过程中几乎无噪音,并具备良好的抗震能力。

同样,由于不需要磁盘旋转,所以ssd基本没有寻道时间,大大缩短响应时间;而闪存颗粒代替机械存储的方式,也使得ssd在读写上比hdd快了许多。

其中主控芯片相当于ssd的大脑,一方面调配着数据在各个闪存芯片上的负荷,另一方面承担着整个数据中转,连接闪存芯片和外部sata接口功能,主控芯片便是决定ssd性能的一个因素。

在主控芯片厂商上,主要以英特尔、sandfroce、marvell、三星等为主。

但由于主控芯片可通过授权方式直接使用arm内核、ddr物理层等成熟ip,其研发并不太难,主控公司也在由美系、韩系,向*,以及国内变迁,如*智微jmicron、群联phison,国内的国科微、忆芯等厂商。

从SLC到QLC:缺点最大的SSD成HDD劲敌

除主控外,ssd另一核心部分便是闪存颗粒了,其本质是一种非易失性存储器,利用电子的写入和读取进行存储,在性能上和稳定性上远超hdd利用机械进行存储的模式.

不同于主控芯片,闪存颗粒对技术要求极高,目前能自产闪存颗粒的厂商主要为三星、英特尔/美光、东芝/西数、sk海力士,这四家联合体生产的闪存颗粒占据着全球近90%的市场,其技术已经可以实现96层,甚至是128层3d堆叠。

可喜的是,国内紫光主导的长江存储目前已经可以实现闪存颗粒的32层堆叠,虽然相比几大存储巨头仍有不小差距,但已能望其项背。

闪存颗粒发展及原理

从2003年ssd逐渐进入大众视野,闪存颗粒至今也历经了四代更迭,从最初的slc、mlc、tlc到今天的qlc,四代颗粒每单元存储依次从1、2、3提升到今天的4个数据。

电压状态从最初的0和1 2种提升到今天的0000到1111共计16种变化,如下图所示:

从SLC到QLC:缺点最大的SSD成HDD劲敌
↑↑↑四类闪存颗粒简介

从SLC到QLC:缺点最大的SSD成HDD劲敌
↑↑↑四类闪存颗粒电压变化

slc到qlc闪存颗粒均是通过内部绝缘层完成数据存储的,当写入数据时,需要施加电压并形成电场,这样电子便可以通过绝缘层进入到存储单元,完成写入。

而从第一代slc到第四代qlc,随着电压状态的成倍递增,数据在颗粒中的访问时间也随着增长,进而降低ssd的读写性能和稳定性能。

缺点最大的ssd成为hdd劲敌

slc由于结构简单,执行效率极高,特点便是读写速度快,寿命长,可擦写10万次,在企业级ssd上很常见;mlc、tlc由于单元存储值得增加,其速度和擦写性能也随之下降,mlc可擦写10000次,tlc则降至3000次,mlc、tlc也是消费级市场主力。

而到了如今4 bit的qlc,其理论擦写值仅为1000次。但正是这缺点越放越大的qlc ssd,或许将在未来2-3年完成三代前辈均为完成的使命:彻底取代hdd。

正如开篇所述,ssd始终未能取代hdd的一个因素便是容量,如今各种大型游戏、蓝光视频、4k监控的应用,更使得用户对硬盘容量需求提升,普通hdd在容量上可轻松实现4tb-12tb,而ssd容量通常在128gb-1tb之间,远不能满足需求。

相比前三代ssd,qlc ssd在容量已经可以做到7.68tb,如美光的5210 ion系列,英特尔面向数据中心应用的dc p4500系列 qlc ssd,更是将容量提高到32tb,这使得ssd在容量上与hdd相比已不具备劣势。

从SLC到QLC:缺点最大的SSD成HDD劲敌

阻碍ssd全面取代hdd的另一因素便是价格,ssd 1元/gb也是用户一直渴求的,qlc ssd的出现或许能将价格拉入1元/gb时代,如目前英特尔基于qlc颗粒推出的660p系列,其512gb售价99美元,折合人民币1.3元/gb。

根据传闻,英特尔64层qlc ssd的目前的良品率只有48%,接下来随着qlc工艺的成熟和其他存储厂商的加入,qlc ssd从1.3元/gb降至1元/gb又何尝是问题。

国产ssd若崛起又何愁1元/gb

尽管从slc到qlc,ssd的缺点是越放越大,但比起hdd,其优点还是很明显的,qlc ssd的性能也并非如此的不堪,根据英特尔官方给出的数据,其660p系列ssd读写速度为1800mb/s,随机读写220k iops,在m.2硬盘中性能还算ok。

同时各存储厂商推出的qlc ssd均提供3-5年不等的质保,只怕到时qlc还在服役,flc也上市了,所以,用户如果觉得qlc ssd价格还ok,完全没必要纠结寿命问题,买买买就好。

结语

今天的qlc ssd 如同tlc ssd刚面市时一样,在性能和寿命方面广受诟病,但tlc ssd取代mlc已成为不争的事实。

长江后浪推前浪,在接下来2-3年里,qlc ssd也会如同tlc ssd一般取代tlc ssd,这也表明,在满足使用的前提下,价格永远都是消费者关注的重点。

同时不管是ssd还是hdd,硬盘市场一直被日韩、美国几大存储厂商垄断。

在接下来qlc ssd普及的几年里,以紫光长江存储为代表的国内存储厂商如若奋起直追,国产3d nand+自主主控芯片的ssd能大规模商用,到那时,我们又何愁1元/gb。

从SLC到QLC:缺点最大的SSD成HDD劲敌