[硬件] 关于固态硬盘SSD的优缺点、误区、优化及选购

bobwu

一、固态硬盘简介
    固态硬盘（Solid State Disk）都是由主控芯片和闪存芯片组成，简单来说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，其接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。
    存储单元负责存储数据，控制单元负责读取、写入数据。拥有速度快，耐用防震，无噪音，重量轻等优点。广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。

    （一）SSD的优点：
      第一，SSD不需要机械结构，完全的半导体化，不存在数据查找时间、延迟时间和磁盘寻道时间，数据存取速度快，读取数据的能力在400M/s以上，最高的目前可达500M/s以上。

　　第二，SSD全部采用闪存芯片，经久耐用，防震抗摔，即使发生与硬物碰撞，数据丢失的可能性也能够降到最小。

　　第三，得益于无机械部件及FLASH闪存芯片，SSD没有任何噪音，功耗低。

　　第四，质量轻，比常规1.8英寸硬盘重量轻20-30克，使得便携设备搭载多块SSD成为可能。同时因其完全半导体化，无结构限制，可根据实际情况设计成各种不同接口、形状的特殊电子硬盘。

    （二）SSD的缺点：
      第一，固态硬盘成本高　目前SSD成本已经大幅下降。128G SSD已经在1000元级别。但是相对机械硬盘，价格还是很高的~而作为笔记本厂商，在将固态硬盘当作可选配件后，升级的费用更是要远高于实际成本，这也就导致了配备传统硬盘笔记本和固态硬盘笔记本之间千元的价差。

　　第二，存储容量有待提高　如今传统机械式硬盘凭借最新的垂直记录技术已经向2TB级别迈进，而固态硬盘的最高纪录仍停留几百GB(PQI推出的2.5英寸SSD产品)左右，由于闪存成本一直居高不下，很少有厂商涉及这种高容量的SSD产品的研发，即使有相关的产品出现，离量产还有很长很长的路，现阶段可以买到的固态硬盘最实际的存储容量只有最高几百GB。但是价格高昂。

    二、扫清误区！
    1、固态硬盘速度为什么不是一直在最高速度？
    答： 现在的固态硬盘厂商大多会宣称自家的固态硬盘持续读写速度超过了500MB/s云云，这相对机械硬盘的100MB/s的速度着实是相当可观的。事实上几乎没有任何程序的启动和执行过程是连续读取的，实际使用中只有进行非同盘的复制粘贴操作时，数据的源盘会进行持续读的工作。也就是说把一个文件从D盘复制粘贴到E盘时，D盘就在进行持续读写的工作。

    2、 要是我的硬盘频繁读写，那么固态硬盘的使用寿命是不是会不够用，很快报废？
     答：在一些固态硬盘上大家会见到“芯片标明读写只有10—100万次的读写”。那么如果我应用到数据库之类的，或许读写比较频繁的数据、不是很快就坏了吗，那我们买一块固态硬盘不是很不划算”？寿命当然不是像那样,如果不安全的话现在不会应用到航空航天、车载等特殊领域了及恶劣的环境下了！
     固态硬盘在原理构造上基本上和我们应用普通机械硬盘有很多相似的地方，比如模拟扇区、模拟磁道等。在固态硬盘内部，最核心的部分就算控制器了，它是整个固态硬盘的核心，里面包括很多构架，比如读写算法、接口定义等。主要影响寿命的就是读写次数，在固态硬盘的算法定义中，修改一次才算一次真正读写。
     固态硬盘闪存具有擦写次数限制的问题，这也是许多人诟病其寿命短的所在。闪存完全擦写一次叫做1次P/E，因此闪存的寿命就以P/E作单位。34nm的闪存芯片寿命约是5000次P/E，而25nm的寿命约是3000次P/E。是不是看上去寿命更短了？理论上是这样没错，但随着SSD固件算法的提升，新款SSD都能提供更少的不必要写入量。再来一个具体的例子，一款120G的固态硬盘，要写入120G的文件才算做一次P/E。普通用户夸正常使用，即使每天写入50G，平均2天完成一次P/E，那么一年就有180次P/E。大家可以自行计算3000个P/E能用几年，相信到那时候，固态硬盘早就被你换成别的什么新奇玩意了。

    目前BladeCenter HS21 XM刀片服务器当中提供基于闪存技术的的固态硬盘（Solid State drives，SSD），与传统的机械硬盘相比，固态硬盘更快、更可靠、有更好的能源效率、发热更少并且更安静等优点，而且可以在刀片服务器上的固态硬盘可以运行操作系统以及其他任何应用，同时也说明了寿命已经已经不在是我们关注的问题。
    随着Flash芯片的擦写次数不断提高，寿命也不断的在提高，根据目前一些应用情况来看，一般一块盘的寿命可以达到6年以上，而且控制器的算法也在不断的完善，寿命也从另一个方面变相提高，相信未来寿命还会有很大的提升。

    三、SSD优化
    1、刷官方最新固件
    固件不单直接影响SSD的性能、稳定性，也会影响到SSD的寿命。优秀的固件包含先进的算法能减少固态硬盘不必要的写入，从而减少闪存芯片的磨损，维持性能的同时也延长了固态硬盘的寿命。因此及时更新官方发布的最新固件显得十分重要。
    固态硬盘固件更新办法一般分两种：Windows环境下使用软件更新、建立启动盘（u盘、光盘）更新。OCZ等厂商采用的软件更新方式，Crucial 英睿达 m4则是采用了后者。
    更新过程大致是将主板BIOS的启动顺序改为光驱优先或者U盘优先，然后进入引导界面，根据提示来操作，很简单。
     2、开启TRIM指令
     固态硬盘会越用越慢，这和固态硬盘的工作原理有很大的关系。固态硬盘是新的，其中的NAND闪存已经预先擦除干净，因此数据可以直接写入闪存，而无需完成数据清除这一步，这时数据的写入非常快。随着时间的推移，SSD中从未使用的存储空间越来越少，很多时候必须先擦除闪存中的数据然后再写入，因此其性能就会明显下降。
     Windows 7系统上，对支持Trim指令的SSD启动Trim命令后，能让操作系统在删除某个文件或者格式化后告诉SSD主控这个数据块不再需要了。当某些文件被删除或者格式化了整个分区，操作系统把Trim指令和在操作中更新的逻辑地址(Logincal Block Address)一起发给SSD主控(其中包含了无效数据地址)，这样在之后的垃圾回收（Garbage collection）操作中，无效数据就能被清空了，减少了写入放大同时也提升了性能。
     Windows 7默认状态下Trim指令是开启的，如果想查询目前的Trim指令状态，我们可以在管理员权限下，进入命令提示符界面，输入“fsutil behavior QUERY DisableDeleteNotify”，之后会得到相关查询状态的反馈。在这里，提示为“DisableDeleteNotify = 0”即Trim指令已启用；提示为“DisableDeleteNotify = 1”即为Trim指令未启用。
     另外开启主板BIOS内的AHCI模式也很重要。因为AHCI中的原生命令队列特性（NCQ）可以优化完用户发送指令的顺序，从而降低机械负荷达到提升性能的目的。
     查看设备管理器-IDE ATA ATAPI控制器,如果开启了AHCI，控制器后面会有提示,如果没有就是没开。
      3、安全擦除
      ATA安全擦除命令可以用来清除在磁盘上的所有用户数据，这个指令会让SSD回到出厂性能(最优性能，最少写入放大)。但效果只是暂时的，因为之后的使用，写入放大又会慢慢增加回来，最后还是会回到稳定态。不过固态硬盘使用一段时间，里面文件杂乱无章，性能下降，这时做一次安全擦除还很有必要的（反正也要重装系统）。
      现在有许多软件都能提供ATA安全擦除指令来重置磁盘，最著名的是HDDErase。不过对SSD来说，重置一次也相当于完成了一次P/E，所以这里不建议大家频繁的做擦除优化。
      操作过程大致也是将主板BIOS的启动顺序改为光驱优先或者U盘优先，然后插入存好软件的启动设备，进入引导界面，根据提示来操作。
      另外英特尔固态硬盘工具箱（Intel SSD Toolbox）是英特尔官方推出的Intel SSD固态硬盘最新的管理工具，也包含的优化功能，原理类似，但因为是软件所以操作起来比较方便。
    四、SSD选购
    1 、看主控芯片
    目前市面上占有率最高的SandForce二代主控，由于它提供了一套成熟的主控方案。硬盘厂商只需买来方案，在加入自己的PCB设计、闪存搭配、固件算法就能制造出固态硬盘。有点类似于谷歌的Android开源模式，不过其弊病也是相同的，那就是同样的主控要兼容各种不同的芯片、固件，所以各大SandForce主控的硬盘产品性能也是参差不齐的。另外还有Marvell主控和Intel主控，只是产品较少，但性能都相当给力。
    2 、看闪存颗粒
    前固态硬盘采用的闪存颗粒有着25/34nm制程、MLC/SLC、同步/异步、ONFI/Toggle Mode等等不同。不同闪存颗粒数据传输率有着很大的差异，异步ONFI颗粒只有50MT/s（Intel或者Micron早期颗粒），同步ONFI 2.x颗粒则可以达到133MT/s ~ 200MT/s （Intel或者Micron颗粒），异步Toggly DDR 1.0颗粒也可以达到133MT/s ~ 200MT/s （TOSHIBA或者Samsung颗粒）。