sd技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

sd技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

在過(guò)去10年中，cpu的性能顯著提高了150倍以上，而傳統(tǒng)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的性能僅增加了1.5倍。這種不平衡的發(fā)展極大地影響了計(jì)算設(shè)備的整體性能，尤其是在i/o領(lǐng)域。相比起傳統(tǒng)硬盤(pán),SSD(固態(tài)硬盤(pán))沒(méi)有磁頭、馬達(dá)、磁盤(pán)等零件,它搭載NANDFlash芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì),在運(yùn)行速度、功耗、輕便等方面是傳統(tǒng)硬盤(pán)所無(wú)法比擬的。雖然目前傳統(tǒng)硬盤(pán)因成本低廉等因素依然占據(jù)著市場(chǎng)的主要份額,但SSD成本也在不斷降低,同時(shí)技術(shù)不斷提升,系統(tǒng)支持越來(lái)越好,而且目前主流筆記本電腦也都均配置SATA和mSATA接口,像超極本(Ultrabook)產(chǎn)品也只有搭載SSD才可能實(shí)現(xiàn)“更輕、更快、更低功耗”,因此未來(lái)SSD取代傳統(tǒng)硬盤(pán)將是大勢(shì)所趨。sd的競(jìng)爭(zhēng)格局SSD主要是由SSD控制芯片和NANDFlash組成,控制芯片對(duì)NANDFlash固件管理能力的高低直接影響SSD性能,而NANDFlash按存儲(chǔ)技術(shù)又分為SLC、MLC和TLC。目前主流SSD控制芯片供應(yīng)商有三星、SanDisk、Marvell、SandForce(LSI)以及臺(tái)灣地區(qū)的慧榮、智微、群聯(lián)等。2012年SandForce2281控制芯片被英特爾、金士頓的SSD所采用;Marvell新一代SSD控制芯片88SS9187擁有強(qiáng)大的ECC解錯(cuò)能力且支持SATAIII,主攻消費(fèi)市場(chǎng)、便攜平臺(tái)以及企業(yè)市場(chǎng),美光、SanDisk、SK海力士的SSD都有搭載此芯片;三星的SSD采用自家設(shè)計(jì)的LSISSD控制芯片;SanDisk設(shè)計(jì)的控制芯片用在低端的SSD上。隨著SSD控制芯片不斷升級(jí),可靠性、容錯(cuò)能力等方面均得到了進(jìn)一步的提升,成本、能耗也明顯降低。SSD控制芯片進(jìn)入新階段的同時(shí),SSD的NANDFlash技術(shù)也跨入了一個(gè)新的階段,SSD以前所采用的NANDFlash以24～27nmMLC為主,現(xiàn)在開(kāi)始廣泛采用19～21nmNANDFlash生產(chǎn)SSD,而且三星還推出了一款采用21nmTLCNANDFlash的PM840SSD,預(yù)計(jì)2013年將采用1xnm技術(shù),自此拉開(kāi)了SSDMLC轉(zhuǎn)向TLC時(shí)代的序幕,相信不久美光、英特爾、SanDisk等也將跟進(jìn)TLCSSD。據(jù)中國(guó)閃存市場(chǎng)網(wǎng)報(bào)價(jià)顯示,去年12月三星128GbMLC(HDG)價(jià)格在11美元左右,128GbTLC(BDG)價(jià)格大約7.1美元,64GbMLC(LCG)價(jià)格大約5.5美元,64GbTLC(BCG)價(jià)格大約3.75美元,可見(jiàn)相同容量TLCNANDFlash價(jià)格較MLC價(jià)格低近30%,SSD價(jià)格至少可以降低20%～30%。所以NANDFlash納米制程技術(shù)向1xnm邁進(jìn)之后,SSD產(chǎn)品價(jià)格降低50%也不無(wú)可能,SSDSATAIII控制芯片價(jià)格大約在15美元以上,未來(lái)將向5美元左右邁進(jìn),這對(duì)SSD來(lái)講將是一個(gè)跨時(shí)代的改革,同時(shí)也將代表SSD民用市場(chǎng)的開(kāi)始。眾所周知,TLC讀寫(xiě)次數(shù)較MLC大幅降低,如何提升TLCSSD壽命和性能將是各廠商將要面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),產(chǎn)品將接受市場(chǎng)復(fù)雜應(yīng)用的可靠性和兼容性考驗(yàn)。sd的加速布局2012年至今微軟的Windows系列一直都是電腦的主流操作系統(tǒng),操作系統(tǒng)對(duì)SSD的壽命和讀寫(xiě)速度有很大的影響。WindowsXP和WindowsVista并沒(méi)有著重對(duì)SSD進(jìn)行優(yōu)化,SSD多線程同時(shí)寫(xiě)入和讀取數(shù)據(jù),每一條新數(shù)據(jù)都會(huì)首先利用NANDFlash容量中未被利用的位置(空閑容量)來(lái)進(jìn)行寫(xiě)入,但當(dāng)NANDFlash空間被寫(xiě)滿后無(wú)空余空間繼續(xù)被使用時(shí),速度就會(huì)慢下來(lái)導(dǎo)致性能降低,而且操作系統(tǒng)在SSD上頻繁讀寫(xiě)操作會(huì)導(dǎo)致其壽命縮短,所以WindowsXP系統(tǒng)下只能采用性能較好但是價(jià)格較貴的SLCNANDFlashSSD。到了Windows7后,系統(tǒng)對(duì)SSD有了較大的優(yōu)化,比如Windows7禁用自動(dòng)磁盤(pán)碎片整理功能,減少了對(duì)SSD的磨損。Windows7對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)定分區(qū),解決了WindowsXP分區(qū)方法導(dǎo)致Read-Modify-Write操作下性能降低的問(wèn)題。最重要的是Windows7中專門(mén)有支持Trim引擎,可以偵測(cè)到SSD中各個(gè)存儲(chǔ)單元的利用率,并且加以平衡,所以Windows7系統(tǒng)可以采用MLCNANDFlashSSD。不過(guò)Trim命令是由NTFS系統(tǒng)文件來(lái)發(fā)送的,由主控進(jìn)行修剪,如果主控忙時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)修剪命令延期。Windows8系統(tǒng)升級(jí)了原有的碎片整理工具,同時(shí)針對(duì)SSD進(jìn)行優(yōu)化以及判斷磁盤(pán)是機(jī)械硬盤(pán)還是SSD硬盤(pán),并自動(dòng)做出對(duì)應(yīng)策略(機(jī)械硬盤(pán)進(jìn)行碎片整理,對(duì)SSD進(jìn)行計(jì)劃修剪Trim),這樣在SSD空閑時(shí)針對(duì)整個(gè)卷來(lái)操作,而不是NTFS發(fā)出需要Trim的命令給主控,所以到了Windows8之后就可以大量采用TLCNANDFlashSSD了。操作系統(tǒng)從WindowsXP到Windows7,再到Windows8,SSD從SLC開(kāi)始轉(zhuǎn)向TLC,與此同步,英特爾主力打造的超極本搭載了Windows8系統(tǒng)和SSD存儲(chǔ),除了具有高速的開(kāi)機(jī)、系統(tǒng)運(yùn)行和網(wǎng)頁(yè)瀏覽外,還將增加價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力,屆時(shí)市場(chǎng)需求將大增,Windows8系統(tǒng)可謂開(kāi)啟SSD普及新契機(jī)。自2012年初開(kāi)始,主要SSD生產(chǎn)商三星、英特爾、美光以及SanDisk等開(kāi)始加速布局SSD市場(chǎng),紛紛推出新SSD產(chǎn)品搶市。三星上半年便表示要擴(kuò)大SSD的供給,下半年更推出采用21nmTLC的PM840SSD,讓業(yè)界大開(kāi)眼界,2013年將向1xnmNANDFlashSSD邁進(jìn);英特爾新SSD系列均采用25nmMLC,而且還開(kāi)始采用自家控制芯片;東芝MLCSSD以24nm技術(shù)為主;SanDiskSSD也是采用24nm技術(shù)。ddflcsaiiiSATAII接口傳輸速度最快為3Gbps,為適應(yīng)高速傳輸需要,SSDSATA接口開(kāi)始從SATAII向SATAIII轉(zhuǎn)進(jìn),其傳輸速度將提升到6Gbps(600MB/s),SSD接口速度的提升主要是為了提升SSD整體傳輸速度,但首先我們來(lái)看一下NANDFlash的傳輸速度。早在兩年前三星和東芝就開(kāi)始著手研發(fā)ToggleDDR2接口NANDFlash,目前三星21nmNANDFlash已經(jīng)從ToggleDDR發(fā)展到了DDR2級(jí)別,并應(yīng)用于840系列SSD上,東芝也開(kāi)始量產(chǎn)19nmToggleDDR2NANDFlash,另外英特爾、美光等共同開(kāi)發(fā)的ONFIV3.0標(biāo)準(zhǔn)NANDFlash接口速度也增加到400MB/s。從NANDFlash接口傳輸速度可以看出,SATAII的300MB/s已經(jīng)無(wú)法滿足NANDFlash傳輸速度的要求,ToggleDDRV2.0和ONFIV3.0接口的NANDFlash都是面向4G智能手機(jī)、多核平板電腦、SSD、USB3.0產(chǎn)品等大容量、高速傳輸應(yīng)用市場(chǎng),SATAIII正好滿足市場(chǎng)的發(fā)展趨向,所以SATAII轉(zhuǎn)向SATAIII是必然的。由于SATAIII設(shè)計(jì)較SATAII要難,SATAIII控制芯片價(jià)格大約在15美元以上,與SATAII控制芯片3美元左右的價(jià)格相比還有很大差距,可隨著控制芯片的成長(zhǎng),價(jià)格問(wèn)題將很快解決。目前三星、英特爾、美光、SanDisk、金士頓等均已推出SATAIII的SSD,SSD控制芯片也均支持SATAIII接口,隨著我們進(jìn)入SATAIII高速時(shí)代,SSD將在消費(fèi)類產(chǎn)品上發(fā)揮最大效能。sasdds接口SSD主要應(yīng)用于大型網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)如GoogleFacebook社交網(wǎng)站數(shù)據(jù)中心、企業(yè)服務(wù)器、航天軍工、車載電腦、商用PC和個(gè)人計(jì)算機(jī)等企業(yè)和個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域。根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域SSD分不同接口,如SATA、SAS、PCIe以及mSATA等。PCIe接口傳輸是最快的,第二代PCIe接口提供高達(dá)5GT/s(千兆傳輸/秒)的速度,未來(lái)更有望達(dá)到8GT/s或更高,所以PCIeSSD主要面向高端存儲(chǔ),如數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器集群、云計(jì)算等環(huán)境;MiniPCIeSSD適合為I/O密集型應(yīng)用程序提速,或作為理想的緩存解決方案,為服務(wù)器和工作站提升性能。目前SAS接口傳輸支持6Gbps速度,并向12Gbps或更高速度提升,因此SASSSD可用于處理讀/寫(xiě)密集型應(yīng)用程序的企業(yè)存儲(chǔ)。PCIe/SASSSD面向的客戶群不僅要有高速度,而且也需要有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,一般存儲(chǔ)以穩(wěn)定性高的SLCNANDFlash為主,隨著SSD產(chǎn)品的不斷成熟,企業(yè)服務(wù)器存儲(chǔ)開(kāi)始向MLCNANDFlashSSD轉(zhuǎn)進(jìn)。SATA接口SSD比較適合處理工作負(fù)載較輕的產(chǎn)品,如筆記本電腦、平板電腦、超極本及商用PC等。為了迎合便攜式產(chǎn)品的發(fā)展,大部分廠商還推出mSATASSD小型系統(tǒng)或嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)方案,用于平板電腦。2012年底SSD單位每GB價(jià)格平均在0.6美元,已跌破1美元大關(guān),不過(guò)128GBSSD仍需80美元左右,SSD價(jià)格偏高使SSD在消費(fèi)類產(chǎn)品中的滲透率難以提升。超極本雖然是搭載SSD的最佳產(chǎn)品,可是搭載純SSD價(jià)格仍高,再者Windows8初期應(yīng)用價(jià)格難免較高,穩(wěn)定性也待考驗(yàn),而英特爾處理器又不愿讓價(jià),搭載128GBSSD超極本售價(jià)均在萬(wàn)元以上,導(dǎo)致超極本市場(chǎng)需求在2012年表現(xiàn)不佳?？紤]到成本問(wèn)題,部分廠商超極本以24GB/32GB/64GB小容量SSD+高容量HDD為