突发存储市场“不足容”热议,SSD芯片还分三六九等?

原创: 闪德资讯 2020-06-03
阅读量 674

摘要:我们该不该用足容/不足容的差异去判断一个芯片的好坏?

最近,现货市场刮起一股奇怪的风,风向是足容的SSD芯片是好芯片,不足容的SSD芯片是不好的芯片,比如128G的SSD芯片比120G的芯片好,256G的芯片比240G的芯片好,以此类推。闪德君也理解这种市场现象,有一定的噱头抛到市场上会引发一定的需求,但是闪德君深入的收集了相关资料,给各位读者扒一扒足容和不足容的区别,这种说法是不是存在问题?

众所周知,SSD由控制单元(主控IC)和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。其中,NAND闪存是SSD的存储媒介,SSD用户的所有数据全部存储在NAND闪存里,比如128G的SSD就有128GB的NAND Flash(不足容的问题下文以128G和120G芯片做解析)。那同种定位的芯片为什么会出现120G和128G两种容量的芯片?我们该不该用足容/不足容的差异去判断一个芯片的好坏?

突发存储市场“不足容”热议,SSD芯片还分三六九等?

在同等条件下,其实足容/不足容SSD用的芯片是一样的,质量也是一样的。除此之外,在某些情况下,120G的SSD的安全性和读写速度可能还会比128G的SSD要好。闪德君分3个方面来解释下。

第一:芯片本身的坏块问题

为什么会出现两种不同容量的SSD芯片?这跟芯片的block有很大的关系,如果一块芯片开出来,没有坏块,全是好的block,那这个芯片就可以全盘使用,如果芯片开出来之后有1-2个坏块,在工程上就会把这个坏块封掉。但是芯片的其他block质量是一样,不存在劣质的说法,只是终端标注的容量和价格会有所区别。

第二:SSD的预留空间

SSD的预留空间(Over-provisioning,OP)是指固态硬盘内部存在的,由主控芯片控制、用户不可操作的隐藏空间,主要是用于主控各种优化机制的操作,比如垃圾收回(Garbage collection)、ECC或其他数据保护技术。

在固态硬盘上彻底删除文件,是将无效数据所在的整个区域摧毁,过程是这样的:先把区域内有效数据集中起来,转移到空闲的位置,然后把“问题区域”整个清除。这一机制意味着,分区时不要把SSD的容量都分满。例如一块128G的固态硬盘,厂商一般会标称120G,预留了一部分空间。但如果在分区的时候只分100G,留出更多空间,固态硬盘的性能表现会更好。

突发存储市场“不足容”热议,SSD芯片还分三六九等?

预留空间OP的好处:

1、 提高写入性能。SSD在有新数据写入的时候,如果空间容量不够,SSD需要把旧数据回收,擦除再写入。由于有预留空间的存在,SSD写入数据时就不需要经常做垃圾回收,加快写入速度。

2、 降低写入放大。SSD擦除再写入的过程就是写入放大过程,写入放大意味着更复杂的步骤,更长的耗时以及更多的写入量,严重损坏SSD的使用寿命。而预留空间可以作为临时存在数据的场所,降低写入放大的发生。

3、 增加闪存使用寿命。减少数据的搬迁,就是减少NAND闪存的读写次数,增加使用寿命。

所以一块128G芯片开出来后,有些存储解决方案商会规定要预留7%、9%、28%的预留空间,不能全部用完,如果全部用完是有风险的。所以SSD如果塞得太满,无论是运行速度还是时间寿命都会有不同程度下降,有很大的影响。这也是为什么市面上很多SSD的容量是240G或者480G而不是256G和512G的原因。

在从技术层面上,原厂会直接告诉你,假如原厂设定128G芯片,最高要求只能使用125个block,要留3颗出来做后备(为方便解说,数字只是举例子说明)。所以我们看见的128GB、120GB的SSD,它们都是标准容量的wafer制作出来的芯片,只是被厂商保留起来作OP。企业版SSD注重稳定性及耐用性,所以会保留多达28%空间作OP。

第三:产品为提升速度而牺牲容量

SSD是依靠电信号传输,主控要在很短的时间里去存/读取在不同闪存颗粒上的多个数据。其中,闪存颗粒的传统分类有SLC、MLC、TLC、QLC这四种,他们的区别就是存储的位数不同。

突发存储市场“不足容”热议,SSD芯片还分三六九等?

SLC闪存的1个存储单元可以存放1bit(比特)的数据,也就是0或1,1个单元只有两种状态。

MLC闪存的1个存储单元可以存放2bit(比特)的数据,0和1可以排列组合,拥有00、01、10、11这四种情况。

以此类推,QCL闪存有16种状态。所以最新一代的QCL闪存的存储容量是SLC的8倍。

突发存储市场“不足容”热议,SSD芯片还分三六九等?

SSD的闪存能够擦除和写入的次数有限,这次数决定了闪存的使用寿命。储存单元放置的资料量越多,越需要精细的电压控制,对于每写入一次,阻止电荷偷跑的氧化层受损一次的储存单元结构而言,无疑是缩短使用寿命。

因此,SLC闪存有大约10万次擦写寿命,速度快寿命长,成本最贵(约MLC闪存3倍以上的价格)。

MLC 闪存的速度一般寿命一般,价格一般,约1万次擦写寿命。

TLC速度慢寿命短,价格便宜,约3000次擦写寿命。

QLC约1000次擦写寿命,价格最便宜。

这4种颗粒最大的区别就是速度、寿命和成本。假如原厂是用TLC闪存来制作128G的SSD芯片时,就要拿8G-12G的TLC容量换算做成3个G的SLC容量,目的是为了提升SSD的开机速度。所以肉眼看上去SSD芯片的容量是小了,但是从技术原理来说,是没有变的,反而提升了SSD的速度。对原厂来说,有些客户不想SSD开机后速度趴的太深,就会拿更多的容量去做成SLC,所以会牺牲更多的容量去提升速度。

第四:RAID资料保护机制也需要部分容量

这里介绍的RAID不同于磁碟阵列RAID 0/1/3/4/5……闪德君介绍的这类RAID的做法,其目的是起到对资料的加强保护作用,这也是导致SSD芯片容量变小的因素之一。SSD控制器的RAID保护机制大致分几种,如word line RAID(page RAID)、block RAID,要用哪种RAID视容量损耗多少来决定。SSD控制器一般都是采用4KB/8KB的word line RAID来保护资料,只是几条word line就不一定了。

所以闪德君认为,去评判SSD芯片的好坏,并不能通过标注的容量来判断。要判断一块SSD芯片好坏还是要通过严格的测试和QC,以及市场消费者的真实使用情况的反馈。

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