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前言 - 为什么是固态硬盘(英文简写:SSD)
在 10 年前,几乎所有的台式机、笔记本电脑都会配备一个 3.5 英寸的软盘驱动器,但是在大约 5 年后,一种现在司空见惯的存储媒体已经彻底将它取代了,这个东西就是 U 盘。
U 盘具备许多出色的特性,但是最关键的就是它具备更快的速度、更牢固、更小巧,而且随着时间的推移,半导体工艺依照摩尔定律发展着,U 盘的容量变得更大、价格也已经相当亲民。
现在再让我们来看看 PC 机的硬盘,作为多层次化存储结构中最底层的硬盘,虽然机械硬盘容量上基本上能保持每年 40% 的速度增加,但是在传输性能上它却有着先天的毛病:
1956 年容量为 5MB 的 IBM 305 RAMAC 硬盘是目前机械硬盘的鼻祖
它的重量超过一吨
与之相比我们现在走在马路上也许就能不小心踢到一个 8GB 的手指盘
长期以来,硬盘性能的提升主要主要靠马达转速、盘片存储密度、控制芯片的改进,其中性能变化最明显的是马达转速。
问题是从 2001 年到现在,主流的硬盘转速只不过是实现了从 5400rpm(rpm=转/每分钟) 提升到 7200rpm,而技术最顶尖的企业机械硬盘转速目前依然还是维持在 15000rpm,不过大家别忘记了,希捷在 2000 年就已经推出了 15000rpm 的 Cheetah X15 机械硬盘。
更高转速的硬盘不是没有,不过那都是在实验室阶段,例如在 2008 年就传出西部数据在弄 20000 rpm 的机械盘,这相当于一秒转 333 圈以上,但是大家看到了,三年过去了,依然没有上市消息甚至连样品都没有实物照。
衡量存储性能有两个最关键的指标:带宽和访问时间,目前的 10000rpm 机械硬盘一般也就是 120MB/s 左右的持续带宽和 7 ms 左右的访问时间,理论上如果不是硬盘上有一块几十兆字节的小内存作为缓存来提升爆发速率的话,第一代的 SATA 接口标准(150MB/s)也足够机械硬盘再多用上几年。
技嘉 2006 年推出的 iRAM 内存盘
在大概 5 年前技嘉曾经推出过名为 iRAM 的内存盘,可以使用市场上流行的内存条组成一个固态盘,在当时引起了 DIY 市场上一阵轰动,在 IOMETER 中表现出来的接近 10000 IOPS 测试结果技惊四座(同期的希捷 7200.7 120GB IOPS 为 77~113 IOPS)。
内存盘之所以能取得如此高的 IOPS 性能主要在于内存条不存在活动部件,所有的操作都是极短的时间内完成,数据的读写延迟一般只有几个时钟周期,这可是纳秒级的概念,和硬盘相比相差 100,000 倍以上。
内存条本身的带宽相当高,如果 iRAM 不是受制于当时的 SATA 端口,测试到的带宽性能就是和内存带宽(数 GB/s)相当,即使和现在的 10000rpm 硬盘相比也要快上 20 倍以上。
不过内存盘的缺点也是比较明显的,那就是价位以及可靠性,毕竟内存条的容量有限,要购买高容量的内存成本不菲;和硬盘相比,虽然活动部件看上去没有了,但是内存条的金手指接触方式以及需要电池维持内存条中的数据让许多人望而却步。成本和销量是相辅相成的,iRAM 这类内存盘是难以在普罗大众中得到推广的。
在同期市场上,出现了一些容量达到 100 GB、针对高端应用的半导体固态盘,它们都是采用和 U 盘一样的 NAND 型闪存作为存储媒介。
这些半导体固态盘的出现原因是由于随着工艺的提升,闪存的单位密度已经达到了可以在机械硬盘大小的盒子里塞进和同期机械硬盘相媲美的容量,加上 U 盘的流行,使得闪存的产量剧增,制造工艺日益成熟,成本显著下降。
由于闪存完全没有活动部件,存取时间(微秒级)虽然不及内存盘(纳秒级)但是依然要比机械硬盘(毫秒级)快不少,配合多通道存取可以实现极高的带宽(理论上就是受制于接口),在经过短短数年时间的考验后,这种新型的存储媒体——固态硬盘开始顺利成章的逐渐流行起来,例如当下最好卖的平板电脑都是清一色的 SSD,Thinkpad、MacBook 等代表高端品牌的笔记本电脑纷纷转用 SSD,而在台式机上,玩家们也纷纷将传统的机械硬盘作为仓库盘而将 SSD 作为系统、程序盘。
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