SSD（固态驱动器）
什么是SSD?
固态硬盘(SSD)是一种用于计算机的存储设备。这种非易失性存储介质在固态闪存上存储持久数据。ssd硬盘取代了计算机中的传统硬盘驱动器(hdd)，具有与硬盘驱动器相同的基本功能。但是ssd的速度要快得多。有了固态硬盘，设备的操作系统启动速度更快，程序加载速度更快，文件保存速度也更快。
传统的硬盘驱动器由一个旋转的磁盘组成，磁盘上有一个读/写头，位于机械臂上致动器．硬盘具有磁性读写功能。然而，磁性会导致机械故障。
相比之下，SSD没有需要损坏或上下旋转的运动部件。SSD的两个关键部件是flash控制器和NAND闪存芯片。此配置经过优化，可为顺序和随机的数据请求提供较高的读写性能。
SSD用于部署硬盘驱动器的任何地方。例如，在消费产品中，它们用于个人计算机（PC），笔记本电脑，电脑游戏，数码相机，数字音乐播放器，智能手机，平板电脑和拇指驱动器。它们也包含在图形卡中。但是，它们比传统的硬盘更昂贵。
随着对更高输入/输出(I/O)需求的迅速扩大，企业推动了ssd的开发和采用。因为ssd的价格更低延迟比HDDS，它们可以有效地处理重型读取和随机工作负载。降低延迟源于a的能力flash SSD直接、立即地从已存储的数据中读取数据。
高性能服务器，笔记本电脑，台式机或需要实时提供信息的任何应用可以受益于固态驱动技术。这些特性使企业SSD适合从事务沉重的数据库卸载读取。他们也可以帮助缓解起动风暴使用虚拟桌面基础设施，或者在存储阵列中使用混合云在本地存储常用数据。
ssd如何工作?
SSD读取并将数据写入底层互联的闪存芯片硅．制造商通过在网格中堆叠芯片来实现不同密度的ssd。
ssd读写数据到底层的一组互连的闪存芯片。这些芯片采用浮动栅晶体管(FGTS.)，以保持电荷，使SSD即使没有连接电源也能存储数据。每个FGT包含一个单比特数据，当电池带电时指定为1，当电池不带电时指定为0。
每个数据块都可以以一致的速度访问。但是ssd只能写入空块。尽管ssd有解决这一问题的工具，但随着时间的推移，性能仍然会变慢。
ssd主要使用三种类型的内存:单级、多级和三级单元。单级单元格一次可以保存一位数据——1或0。单层细胞(SLC.s）是最昂贵的SSD形式，但也是最快，最耐用的形式。多级单元格（多层陶瓷每个单元可以容纳两位数据，并且在与SLC相同的物理空间中具有更大的存储空间。但是，mlc的写速度较慢。Triple-level细胞(薄层色谱一个单元可以容纳三位数据。虽然tlc更便宜，但它们的写速度也较慢，而且比其他内存类型更不耐用。基于tlc的ssd提供了更多的闪存容量，比MLC或SLC更便宜，尽管有更高的可能性一些腐烂由于细胞内具有八个状态。
ssd的主要特点是什么?
SSD的设计有几个特点。因为SSD没有移动部件，所以它不会出现与hdd相同的机械故障。ssd也更安静，耗电更少。因为ssd比硬盘轻，所以非常适合笔记本电脑和移动计算设备。
此外，SSD控制器软件包括预测分析它可以提前提醒用户潜在的驱动器故障。由于闪存具有可塑性，全闪存阵列供应商可以使用数据缩减技术来操纵可用的存储容量。
ssd的优点是什么?
SSD对HDD的好处包括：
- 更快的读/写速度。ssd可以快速访问大文件。
- 更快的启动时间和更好的性能。因为驱动器不需要像硬盘那样自旋，所以它的响应速度更快，并提供更好的加载性能。
- 耐久性。ssd具有更强的防震性，并且比hdd更好地处理热量，因为它们没有移动部件。
- 功耗。ssd由于缺少可移动部件，运行起来比hdd需要更少的电力。
- 安静。ssd产生的噪音更小，因为没有移动或旋转的部件。
- 大小。ssd有各种各样的形式，而HDD的大小是有限的。
ssd的缺点是什么?
ssd的缺点包括:
- 成本。SSD比传统的HDD更贵。
- 预期寿命。例如，一些使用NAND内存闪存芯片的ssd只能被写入指定的次数，通常比hdd要少。
- 的性能。对写周期数量的限制会导致ssd的性能随着时间的推移而下降。
- 存储选项。由于成本的原因，ssd通常以较小的尺寸出售。
- 数据恢复．由于损坏芯片上的数据可能无法恢复，这个耗时的过程可能会很昂贵。
SSD非易失性存储器有哪些类型?
NAND和也不电路在他们使用的逻辑门类型中不同。NAND设备使用八针串行访问数据。同时，移动电话中通常使用的闪存，支持1字节随机接入。
与NAND相比，NOR flash提供了更快的读取时间，但通常是一种更昂贵的存储技术。NOR以大块方式写入数据，这意味着擦除和写入新数据需要更长的时间。NOR的随机访问功能用于执行代码，而NAND闪存用于存储。大多数智能手机都支持这两种类型的闪存，使用NOR来启动操作系统，使用可移动NAND卡来扩展设备的存储容量。
SSD的类型是什么？
SSD的类型包括：
- 固态硬盘。基础ssd硬盘性能最差。ssd是通过串行高级技术附件(SATA)或串行连接SCSI (SAS)连接的闪存设备，并提供了进入固态世界的第一步成本效益。对于许多环境，从SATA或SAS SSD连续读取速度方面的性能提升就足够了。
- PCIe-based闪光。外围组件互连快车基于flash的闪存是性能的下一步提升。虽然这些设备通常提供更大的吞吐量和每秒更多的输入/输出操作，但最大的优势是显著降低延迟。缺点是，大多数这些产品都需要一个定制驱动程序，并且内置的数据保护有限。
- 闪存容量。Flash双内联内存模块减少延迟，通过消除潜在的PCIe总线争用，比PCIe Flash卡更进一步。它们需要自定义驱动程序，独特的闪存内存，并对主板上的只读I/O系统进行特定的更改。
- NVMe ssd。这些ssd使用非易失性内存快车(NVMe)接口规范。这可以通过PCIe总线加速客户端系统和固态硬盘之间的数据传输速度。NVMe ssd是为高性能非易失性存储而设计的，非常适合高要求、计算密集型的设置。
- NVMe-oF。的NVMe /面料协议允许在主机和目标固态存储设备之间进行数据传输。NVMe-oF通过以太网、光纤通道、ib等方式传输数据。
- 混合DRAM-flash存储。动态随机存取存储器(德拉姆）通道配置组合了Flash和Server DRAM。这些混合闪存存储设备解决了DRAM的理论缩放限制，用于提高应用软件和存储之间的吞吐量。
SSD的形式因素
SSD制造商提供各种形状因素。最常见的形状因子是2.5英寸SSD，可在多个高度中提供，支持SAS，SATA和NVME协议。
存储网络行业协会的“固态存储倡议”项目确定了以下三个主要的固态存储形式因素:
- 传统的HDD形式因素的SSDS，并适合服务器中的同一SAS和SATA插槽。
- 使用标准外接插件卡的固态卡，例如带有PCIe串行端口卡的固态卡。通过pcie连接的SSD无需网络主机总线适配器进行命令中继，提高了存储性能。这些设备包括U.2 ssd通常被认为是薄笔记本电脑中使用的驱动器的最终替代品。
- 固态模块，驻留在一个DIMM或小轮廓双内联内存模块。它们可能使用标准的HDD接口，如SATA。这些设备被称为非易失性内存(nvdimm.）卡片。
在计算机系统中使用两种类型的RAM: DRAM(在断电时丢失数据)和静态RAM。nvdimm为计算机恢复数据提供持久存储。他们把闪存放在主板附近，但操作是在DRAM中进行的。闪存组件安装在内存总线上，用于高性能存储的备份。
ssd和RAM都包含固态芯片，但这两种内存在计算机系统中的功能不同。
值得注意的两个新形式是M.2和U.2 ssd。M.2固态硬盘的长度从42毫米到110毫米不等，可以直接连接到主板上。它通过NVMe或SATA进行通信。M.2的小尺寸限制了散热的表面积，随着时间的推移，这会降低其性能和稳定性。在企业存储中，M.2 ssd经常被用作启动设备。在消费类设备中，如笔记本电脑，M.2固态硬盘提供容量扩展。
U.2 SSD是指2.5英寸PCIe SSD硬盘。这些小尺寸器件以前被称为SFF-8639。通过U.2接口，可以将高速nvme PCIe固态硬盘插入到计算机的电路板上，而不需要下电服务器和存储设备。
SSD制造商
SSD市场由少数大型制造商主导，包括：
- 至关重要的
- 英特尔
- 金士顿科技
- 美光科技有限公司
- 三星
- 沙夹
- 希捷技术
- SK海力士
- 西部数字公司
这些制造商生产并销售NAND闪存芯片组给固态硬盘供应商。他们还销售基于自己的闪存芯片的品牌ssd。选购固态硬盘时应考虑的因素包括:
- 耐久性。每个SSD保修都涵盖了有限数量的驱动循环，由NAND闪存的类型决定。仅用于读取的SSD不需要与用于处理主要写入的SSD相同的耐力级别。
- 构成因素。这决定了替换的SSD是否可以与现有的存储一起工作，以及单个机箱中可以容纳的SSD的数量。
- 接口。这决定了最大吞吐量和最小延迟阈值，以及SSD的扩展能力。制造商限定他们的ssd为NVMe, SAS和SATA。
- 电源使用。驱动器接口还指定SSD的最大功率，尽管许多企业SSD都被设计为在运行时进行调优。
从历史上看，ssd的成本高于传统硬盘驱动器。但由于制造技术的改进和芯片容量的扩大，固态硬盘的价格一直在下降，使消费者和企业客户将固态硬盘视为传统存储的可行替代品。然而，由于芯片短缺和市场普遍动荡，价格正在上涨——最近在2020年和2021年，由于covid -19相关的供应链问题。闪存芯片需求的波动使SSD的价格变化不定，但SSD的价格仍然高于HDD。
固态硬盘与硬盘
ssd被认为比最高性能的hdd快得多。延迟也大大减少，用户通常体验到更快的引导时间。
有几个因素影响ssd和hdd的寿命，包括热、湿度和驱动器内部金属氧化的影响。这两种介质上的数据都会随着时间的推移而退化，而hdd通常支持更多的数据驱动器每天写．业内专家建议将未使用或闲置的ssd盘低温存放，以延长其使用寿命。
hdd的移动部件增加了故障的几率。为了弥补损失，硬盘制造商增加了冲击传感器，以保护硬盘和个人电脑内的其他部件。这种类型的传感器检测机器是否即将下降，并采取步骤关闭硬盘和相关关键硬件。
当硬盘上的数据被分割成不同的扇区时，硬盘的读性能会受到影响。要修复磁盘，需要使用一种称为碎片整理的技术。ssd硬盘不采用磁性存储数据，因此无论数据存储在硬盘的哪个位置，读取性能都保持稳定。
ssd有一个固定的预期寿命，在性能变得不稳定之前，写周期的数量是有限的。为了补偿，使用ssd穿平，一个扩展SSD寿命的过程。磨损级别通常由闪存控制器管理，闪存控制器，它使用算法来安排数据，以便写入/擦除周期在设备中的所有块中均匀地分布。另一种技术，SSD过度曝光，可以帮助最小化影响垃圾收集写放大。
SSD与EMMC
嵌入式多媒体卡(eMMC)提供电脑内的板载闪存。它直接安装在计算机主板上。该体系结构包括NAND闪存和作为集成电路设计的控制器。EMMC存储通常用于手机、较便宜的笔记本电脑和物联网应用。
eMMC设备的性能与SSD设备大致相当。但它们的容量不同，标准的eMMC通常从1gb到512gb, SSD大小从128gb到多个tb。这使得emmc最适合处理较小的文件大小。
在便携式设备中，EMMC用作主存储器或作为可移除SD和MicroSD多媒体卡的附件。虽然这是EMMC设备的历史使用，但它们越来越多地部署传感器内部连接物联网设备．
SSD与Hybrid硬盘
虽然不像标准的固态硬盘那样广泛使用，但也有一种可替代的混合硬盘驱动器(HHD.)．hhd在闪存和固定磁盘之间架起了桥梁，并被用于升级笔记本电脑的容量和性能。
hdd具有传统的磁盘架构，为基于磁盘的工作负载增加了大约8gb的NAND闪存作为缓冲区。
因此，HHD最适合应用程序数量有限的计算机。混合硬盘的成本略低于硬盘驱动器。
ssd的历史和演变
最早的固态硬盘通常是为消费类设备设计的。这种情况在1991年发生了改变，当时SanDisk发布了第一个商用的基于闪存的SSD。商业设计的ssd是用企业多层次的细胞Flash技术，增强了写周期。
其他值得注意的日期包括：
- 2005年Apple iPod的首次亮相标志着第一个非常值得注意的闪光灯设备，以广泛地穿透消费市场。
- 东芝在2007年宣布3D V-NAND。3D闪存设备提升容量和性能。
- EMC(现为戴尔EMC)被认为是首家将ssd纳入企业存储硬件的供应商，并于2008年将该技术添加到其Symmetrix磁盘阵列中。这就产生了混合闪存阵列结合闪存驱动器和HDD。
- 东芝在2009年引入了三级单元。TLC Flash是一种NAND闪存，存储每个单元格的三位数据。
- IBM被认为是第一家发布专用全闪存阵列平台的大型存储供应商，该平台名为FlashSystem，其技术基于2012年收购德州存储系统公司(Texas Memory Systems)的技术。大约在那个时候，Nimbus Data、Pure Storage、Texas Memory Systems和Violin Memory开始率先采用全闪存阵列，依靠SSD存储取代硬盘。
- 2012年，EMC收购了XtremIO，现在推出了基于XtremIO技术的全闪存系统。
了解更多关于SSD故障的四个原因处理它们的最佳实践在本文中。
