我是蔡季儒,我目前在捷登數位科技公司實習。

這篇介紹異軍突起固態硬碟

  為什麼是異軍突起呢???請聽我仔細道來。

  首先我先介紹固態硬碟,固態硬碟(簡稱SSD)是一種永久性記憶體的電腦儲存裝置。雖然SSD已不是使用「碟」來記存資料,而是使用NAND Flash(快閃記憶體),但是人們依照命名習慣,仍然稱為固態硬碟(Solid-State Disk)或固態驅動器(Solid-State Drive)。當然,SSD內也沒有用來驅動(Drive)旋轉的馬達(所以SSD不會產生噪音及熱能)由於固態硬碟技術與傳統硬碟技術不同,所以產生了不少新興的記憶體廠商。廠商只需購買NAND記憶體,再配合適當的控制晶片,就可以製造固態硬碟了。新一代的固態硬碟普遍採用SATA-3介面,也有使用PCI-E x8或者mSATA等介面的固態硬碟銷售。

  目前用來生產固態硬碟的NAND Flash有三種,分別是單層式儲存(SLC)、多層式儲存(MLC,通常用來指稱兩層式儲存)、三層式儲存(TLC)。現在,廠商已不使用TLC這個名字,她們稱作3-bit MLCSLCMLCTLC的讀寫速度依序從快至慢(4:2:1),使用壽命依序從長至短(6:3:2),成本依序從高至低,需要糾錯位元數(ECC)則是相反地從低至高(同一製程下1:2:4。不過ECC也受製程的影響,同一種晶片,越小尺度的製程需要越多的糾錯位元)固態硬碟的主流從SLC晶片轉到MLC晶片,促成了2011年的大降價,固態硬碟因此普及。(也就是促成為什麼SSD能異軍突起的原因之一)

  由於SLC的成本過高,用於伺服器的企業級SSD都改用了MLCTLC因為速度較慢但成本低,原本只用來做隨身碟;不過2012下半年,SAMSUNG(三星)首先推出使用TLC的消費級固態硬碟(型號840系列),固態硬碟名牌Plextor(浦科特)也打算於2013年量產TLC產品作為低階廉價市場的主力,然而TLC的壽命、速度和可靠性(錯誤率)成為消費者的最大疑慮。生產商會在TLC SSD使用更先進的主控及更多預留空間來處理這些問題。TLC的錯誤率已經很高,需要使用先進的主控及大量的空間進行糾錯。如果發展4-bit MLC會令錯誤率升得更高,同時壽命更短。三星已展示新一代3D垂直閃存,利用3D堆疊增加儲存密度。

  和傳統硬碟相比,固態硬碟具有低功耗無噪音抗震動低熱量的特點。這些特點不僅使得資料能更加安全地得到保存,而且也延長了靠電池供電的設備的連續運轉時間。例如三星半導體公司於20063月推出的容量為32GB的固態硬碟耗電量只有常規硬碟的5%,寫入速度是傳統硬碟的1.5倍,讀取速度是傳統硬碟的3,並且沒有任何噪音。在2007年的Computex Taipei展覽中,新帝公司(Sandisk)發表了64GB32GB的固態硬碟,有2.5吋、SATA介面規格。OCZ現場展出的固態硬碟分為2.5吋,其中2.5吋採用SATA介面,最大容量可達128GB可分別使用在筆記型電腦與桌上型電腦上,用來取代傳統的硬碟。現在由OCZ Technology(飢餓鯊)發表的OCTANE 2.5吋固態硬碟容量已達到1TB的容量。固態硬碟的表現與傳統硬碟互有勝負,一般在容量速度價錢價效比(C/P值)等作出比較。最初的固態硬碟容量少,價錢高,至價效比遠不及傳統的機器性硬碟。但隨著固態硬碟的不斷發展,固態硬碟的容量已有實用性,價錢明顯下滑之下,已為傳統硬碟市場製造危機。

  目前固態硬碟普及的三大問題:成本寫入次數損壞時的不可挽救性固態硬碟以往由於價格高昂,不過隨著NAND快閃記憶體成本的不斷下降,如今固態硬碟已經使用在一般的筆記型電腦與桌上型電腦上,提供全新的電腦使用體。固態硬碟比起傳統硬碟具有速度快、耗電量低與不會出現實體壞軌的優點。由於硬碟早已是系統效能的瓶頸,因此改用固態硬碟可以帶來明顯及令人興奮的效能提升。但由於價格與儲存空間比於傳統硬碟仍有較大差距,固態硬碟成為真正主流儲存設備而取代傳統硬碟仍需一定時間。

  成本方面,無論是揮發性記憶體還是非揮發性記憶體,其每百萬位元組(MB)成本都遠高於傳統硬碟。因此只有小容量的固態硬碟的價格能夠被大多數人所承受。當消費級傳統硬碟2012年已經來到2T3T甚至5T時,相當價位的固態硬碟只有128G256G

  壽命方面,由於快閃記憶體上每一個電閘都有一定的寫入次數限制,壽命結束後會無法寫入變成唯讀狀態;而且隨著使用的快閃記憶體從SLC架構到MLC,到最近開始改用TLC,若電閘的品質不變,理論上電閘壽命呈現S6:M3:T2的衰退(因為其原理是在同一個電閘上記錄123個位元,記錄越多位元,被寫入的機會就越高),因此成為大眾接受固態硬碟的另一個障礙。

  很多人最在意的問題:固態硬碟資料損壞後是難以修復的。當負責儲存資料的快閃記憶體顆粒有毀損時,現時的資料修復技術不可能在損壞的晶片中救回資料,相反傳統機械硬碟或許還能透過一些資料恢復技術挽回一些資料。不過真正在意資料保存的人士一般也會定期備份資料。在量產之前,TLC架構的速度相較於SLCMLC產品,原本也是令人質疑的,因為理論上隨著每一電閘記錄位元數的增加,判讀和寫入的速度在相同的準確度之下都必然更緩慢。不過正式量產之後,TLC固態硬碟的讀寫速度甚至略高於同容量MLC的最高速產品,這歸功於主控晶片的進步,以及多通道的使用。

  目前有眾多儲存廠商推出融合SSD/HDD優點的固態混合硬碟(SSHD),像是OCZ RevoDrive Hybrid. Seagate Momentus XT 750GB等等。其它像主機板廠商也有使用多個SATA連接埠將SSD/HDD同時使用,像是ASUSSSD Caching功能。

  目前市面上SSD品牌有Intel(英特爾)、Plextor(浦科特)、Toshiba(東芝)、Sandisk(新帝)、ADATA(威剛)、Transcend(創見)、Kingston(金士頓)、Micron(美光)、Samsung(三星)…等廠商。詢問度較高的就屬Intel及Plextor,這兩間公司的產品售後保固及產品效能是眾多消費者有目共睹的。當然其他廠商也各有他們特色,如美光(以穩定聞名,但效能普普)、東芝(效能不錯,保固期限較短)、金士頓(效能方面亮眼,外觀造型也不錯)。

  以上是固態硬碟的介紹。下篇顯示卡…

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