在2019年，關(guān)于固態(tài)硬盤(SSD)與機(jī)械硬盤(HDD)的爭(zhēng)論基本已經(jīng)結(jié)束：盡管HDD硬盤仍然占據(jù)了大多數(shù)數(shù)據(jù)中心媒體的80%，而且磁帶仍然處于領(lǐng)先地位，但閃存和SSD硬盤的部署正在以驚人的速度增長(zhǎng)。隨著企業(yè)存儲(chǔ)市場(chǎng)的增長(zhǎng)，閃存市場(chǎng)似乎增長(zhǎng)得更快。

人們需要了解閃存存儲(chǔ)器和固態(tài)硬盤(SSD)正在徹底改變當(dāng)今IT基礎(chǔ)設(shè)施的原因，因?yàn)檫@些超級(jí)快速存儲(chǔ)的設(shè)備可以支持高端應(yīng)用和高性能存儲(chǔ)層。

固態(tài)硬盤供應(yīng)商最初推出閃存存儲(chǔ)器和SSD硬盤，以支持高端應(yīng)用和高性能存儲(chǔ)層。隨著閃存/SSD硬盤性能的提高(具有更好的SSD IOPS基準(zhǔn))以及價(jià)格下降，其部署在過去幾年中迅速擴(kuò)展。

在2019年，關(guān)于固態(tài)硬盤(SSD)與機(jī)械硬盤(HDD)的爭(zhēng)論基本已經(jīng)結(jié)束：盡管HDD硬盤仍然占據(jù)了大多數(shù)數(shù)據(jù)中心媒體的80%，而且磁帶仍然處于領(lǐng)先地位，但閃存和SSD硬盤的部署正在以驚人的速度增長(zhǎng)。隨著企業(yè)存儲(chǔ)市場(chǎng)的增長(zhǎng)，閃存市場(chǎng)似乎增長(zhǎng)得更快。

什么是閃存和SSD硬盤?

在一些重要的術(shù)語的早期定義中，閃存和SSD硬盤密切相關(guān)，但不是同義詞。

?閃存：閃存是非易失性計(jì)算機(jī)內(nèi)存，用于個(gè)人計(jì)算和數(shù)字設(shè)備之間的持久存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸。閃存的高速可編程存儲(chǔ)器可執(zhí)行快速隨機(jī)I/O操作。

?SSD硬盤：固態(tài)硬盤(SSD)并不是閃存設(shè)備，也不是內(nèi)存，而是存儲(chǔ)介質(zhì)。事實(shí)上，第一批SSD硬盤使用了易失性DRAM內(nèi)存。如今，大多數(shù)固態(tài)硬盤使用非易失性NAND閃存進(jìn)行持久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。盡管許多行業(yè)都互換使用這些術(shù)語，但隨著引入了SCM(存儲(chǔ)類內(nèi)存)，這一術(shù)語正在發(fā)生變化。

SSD硬盤如何工作?

SSD硬盤將數(shù)據(jù)讀寫到互連閃存芯片的芯片層。多個(gè)芯片層實(shí)現(xiàn)不同的密度。SSD硬盤的兩個(gè)最重要的組件是閃存控制器和閃存芯片，通常是NAND閃存。控制器為驅(qū)動(dòng)器添加智能存儲(chǔ)功能。

HDD硬盤由多個(gè)移動(dòng)部件構(gòu)成，隨著時(shí)間的推移，它們會(huì)磨損并停止工作。相比之下，具有集成電路的SSD硬盤沒有移動(dòng)組件，因此也更能抵抗物理沖擊，以更低的能耗安靜運(yùn)行，并提供比HDD硬盤更高的性能和更低的延遲。

SSD硬盤電源和冷卻成本明顯低于HDD硬盤，因?yàn)镾SD硬盤沒有移動(dòng)部件，因此產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于HDD硬盤。而且由于SSD硬盤運(yùn)行速度更快，因此它們比HDD硬盤的能耗更少。

SSD硬盤運(yùn)行速度也比HDD硬盤更快，如果它們具有一致的電源，則更耐用。盡管如此，SSD硬盤存儲(chǔ)更依賴于連接到比HDD硬盤或磁帶更一致的電源。短暫的電源中斷不是主要問題，因?yàn)镾SD硬盤采用浮柵晶體管(FGR)構(gòu)建以保持電荷。但是，長(zhǎng)時(shí)間的斷開會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄漏。由于無電源SSD硬盤無法無限期保留完整性，因此不適合存檔。

SSD硬盤的類型

?SATA和SAS是存儲(chǔ)和主機(jī)之間的接口?？梢钥隙ǖ氖?，有些人看到了SAS與SATA的爭(zhēng)論，但兩者都有自己的用武之地。傳統(tǒng)上它們是為HDD硬盤開發(fā)的，而且仍在發(fā)揮作用。 SSD硬盤的開發(fā)適用于相同的接口，因此用戶可以更輕松地切換存儲(chǔ)陣列以共享SSD硬盤和HDD硬盤。由于并行處理，SaaS硬盤比SATA硬盤快得多，但兩種接口都比NAND等新存儲(chǔ)技術(shù)要慢。

?NAND是非易失性閃存存儲(chǔ)，其芯片格式適合SSD硬盤介質(zhì)，適用不同的格式，包括SSD硬盤。NAND閃存是SSD硬盤中最常見的閃存。較新的3D NAND垂直堆疊單元層，可顯著提高密度和耐用性，降低功耗，并加快讀/寫時(shí)間。

?NOR閃存執(zhí)行到位，無需先復(fù)制到內(nèi)存中。這使它具有非常高的傳輸速度。但它的門數(shù)比NAND少，寫入和擦除速度也相應(yīng)較低。

?NVMe是使用PCIe總線訪問閃存存儲(chǔ)的接口。這使得該接口能夠支持?jǐn)?shù)千個(gè)并行隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列支持?jǐn)?shù)千個(gè)并發(fā)命令。在雙端口系統(tǒng)中使用NVMe可在企業(yè)SSD硬盤系統(tǒng)中提供向上擴(kuò)展和向外擴(kuò)展功能。NVMe-oF(NVMe-over Fabric)是一種主機(jī)端接口，可通過光纖通道結(jié)構(gòu)或遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問(RDMA)擴(kuò)展NVMe功能。

?SCM(存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存)是一種包含存儲(chǔ)的非閃存持久性內(nèi)存技術(shù)。它確實(shí)是一種顛覆性技術(shù)。與內(nèi)存一樣，SCM連接到主板上的內(nèi)存插槽。它稍微緩慢但更持久，其讀/寫技術(shù)比閃存快許多倍，并且不會(huì)受到存儲(chǔ)單元的磨損。

SSD硬盤的工作壽命

浮柵晶體管(FGR)和磨損均衡等新技術(shù)降低了SSD硬盤的故障率。然而，SSD硬盤架構(gòu)影響工作壽命，這取決于NAND單元的存儲(chǔ)位數(shù)：?jiǎn)渭?jí)單元(SLC)、多級(jí)單元(MLC)和三級(jí)單元(TLC)。正如人們可能已經(jīng)猜到的，SLC保存一位，MLC保存兩位，TLC在一個(gè)單元中保存三位。

其面臨損耗問題：隨著時(shí)間的推移， SSD硬盤單元也會(huì)造成損壞。讀取似乎不會(huì)影響持久性，但寫入和刪除會(huì)影響持久性。單元存儲(chǔ)的位越多，寫入造成的損壞越少。但重要的是：較大的硬盤單元可以提高單元耐久性，但不會(huì)改善潛伏期。三級(jí)單元(TLC)讀取延遲比單級(jí)單元(SLC)慢4倍，寫入延遲更差6倍，三級(jí)單元(TLC)上的擦除延遲也較慢。

通過在單元間擴(kuò)展寫入操作來平衡整體磨損和SSD硬盤耐用性，磨損均衡提高了所有芯片級(jí)別的耐用性。盡管SSD硬盤不具備長(zhǎng)期歸檔數(shù)據(jù)的耐久性，但預(yù)計(jì)它們可以持續(xù)至少2 -3年而不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄漏或組件故障。

閃存和SSD硬盤存取速度

多年來，閃存和SSD硬盤速度已經(jīng)提高了很多倍。在2018年，三星公司和東芝公司都推出了采用2.5英寸和3.5英寸的30.72TB固態(tài)硬盤。SAS接口速度比SATA更快，比NVMe要慢，但比NVMe的硬盤的價(jià)格要低得多。三星公司還推出了速度為3500MB/s的M.2固態(tài)硬盤。

SSD硬盤傳輸速率

SSD硬盤寫入速度以兆字節(jié)/秒為單位。這說明雖然SSD硬盤傳輸速度很快，但還有一些SSD硬盤的傳輸速度要快得多。

由于不同的SSD硬盤提供了非常不同的性能、傳輸和延遲指標(biāo)，因此很難將SSD硬盤性能測(cè)量歸為一類。一般來說，SSD硬盤訪問時(shí)間只是HDD硬盤訪問指標(biāo)的一小部分，可以提供6000到100萬的IOP，并且消耗大約5瓦的電能，而不是HDD硬盤的6-15瓦。

加速應(yīng)用程序性能是SSD硬盤的主要優(yōu)勢(shì)。閃存的性能是HDD硬盤的20倍，使其特別適用于高事務(wù)數(shù)據(jù)庫，VDI或大數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)等I/O密集型應(yīng)用程序。當(dāng)SCM(存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存)上市時(shí)，這種處理速度將大大提高。企業(yè)存儲(chǔ)環(huán)境中采用的SSD硬盤和閃存將會(huì)更多。

采用SSD硬盤值得嗎?

在數(shù)據(jù)中心，由于價(jià)格下降和存儲(chǔ)智能的增加，閃存陣列正在穩(wěn)步增長(zhǎng)。降低SSD硬盤價(jià)格趨勢(shì)將提高數(shù)據(jù)中心基于閃存存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性，尤其是存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)是一項(xiàng)成本昂貴的存儲(chǔ)方式，而IT部門則拒絕通過從HDD硬盤轉(zhuǎn)向SSD硬盤而支付更多費(fèi)用。然而，隨著價(jià)格的下降和性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過HDD硬盤驅(qū)，更多的數(shù)據(jù)中心正在以可以接受的價(jià)格購買全閃存存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)以獲得非常高的性能。

最終，最佳的閃存存儲(chǔ)對(duì)于企業(yè)來說是最好的：對(duì)于網(wǎng)絡(luò)流媒體企業(yè)來說，需要了解當(dāng)今市場(chǎng)上最好的M.2、SATA和PCIe SSD列表，以滿足不同的業(yè)務(wù)需求。