固態硬盤閃存類型及演進的個人簡要學習總結(上篇)

五一去朋友家裏做客順便幫朋友和他愛人的電腦解決一些小毛病。我個人無非就是看看內存XMP開沒開,然後下載圖吧工具箱清一下C盤、看看硬盤健康以及Dim++調整一下系統設置,其他深奧的我也不會

但就在查看硬盤SMART信息時發現:他們幾乎是同一時間不同商家配的配置幾乎相同的電腦,硬盤讀寫也幾乎一致,可是朋友的電腦硬盤健康度是98%但他愛人的只有90%

出於隱私考慮圖片不過多展示,並且本人也只是提醒他們用個兩三年要注意一下硬盤健康、03和0E,其他並未過多解釋。

這不得不讓我疑慮該硬盤是否爲大名鼎鼎的QLC硬盤,經調查後發現該硬盤存在T/QLC混發現象:即不同批次生產的硬盤其閃存類型可能爲TLCQLC

具體型號不展示,高人一秒便知,並且QLC未必是垃圾TLC也未必就很好

這不由得讓我對固態硬盤不同閃存類型的差異感到驚異與好奇,於是便誕生了本篇文章——

固態硬盤閃存類型及演進的個人簡要學習總結(上篇)

文章將從固態硬盤閃存類型演進以及各階段特點進行簡要總結,上篇包含SLCMLCeMLC相關內容。文章會列舉一些固態硬盤型號或廠家但本人儘量以客觀事實陳述,不作硬盤推薦或不推薦

一、SLC(Single-Level Cell,單層單元)

1987年東芝發明——1989年商用——2010年基本被替代

圖片取自海力士官網

單元僅存儲1bit 數據,僅需區分 2 種電壓狀態,是閃存的基礎形態,電氣閾值窗口極寬,電荷干擾幾乎可忽略。

優點

壽命長(典型 P/E循環壽命達5 萬 - 10 萬次),這麼說可能沒有概念,以SanDisk IX SN530 SLC NVMe 固態硬盤舉例,其85GB容量款官方標稱TBW爲6000TBW,即在5年質保週期內對應每日全盤寫入次數達39次/天,用不壞,根本用不壞。

雖然是2020年的新品,但其主要面向工控領域

斷電數據保持能力強(> 10 年)、讀寫延遲低、隨機讀寫性能強(僅就NAND閃存結構而言且不包括算法)、性能全程無衰減,寬溫適配能力強。

缺點

存儲密度最低單位容量成本是所有閃存類型中最的,無法滿足大容量消費級場景的成本需求。

32的硬盤賣三位數

時至今日依舊可以在海鮮市場上找到這類存儲,也基本符合SLC特點——容量小价格高,至於壽命嘛……都是久經考驗的老戰士了收藏價值大於使用價值了。

二、MLC(Multi-Level Cell,多層單元,2bit / 單元)

1995 年,SanDisk(閃迪)推出全球首款面向 SSD 應用的 MLC NOR 閃存芯片;

2008 年,Intel 發佈 X25-M 系列 SSD,是消費級 SSD 發展的里程碑產品,首次讓 MLC 架構 SSD 進入普通消費市場,打破了 SLC 對 SSD 市場的壟斷。

取自中關村2009-09-01文章:極致性能!英特爾34納米SSD獨家拆解

每單元存儲2bit 數據,對應 4 種電壓狀態,存儲密度較 SLC 實現翻倍,在當年使得單位容量成本大幅下降

優點

僅次於SLC的壽命

以經典的三星970Pro1tb(2018 年旗艦 MLC)舉例,壽命達到了1200 TBW(5 年質保,約 3.3 次全盤 / 天),讀寫:3500/2700 MB/s,是MLC 末代消費級標杆。

圖片取自 什麼值得買:MLC最後的輝煌——Samsung 970 Pro 1TB評測

讀寫性能、緩存速度、隨機讀寫表現都普遍稍遜SLC但仍然十分優秀。(注意:僅就顆粒素質而言是略遜SLC,排除了後續固態由於主控算法、協議等等的先進性導致的差異)

缺點

存儲密度早期雖基本滿足市場需求,但後續則無法滿足大容量市場的極致成本需求。且製程微縮到 20nm 以下後,單元間電荷干擾問題顯著加劇。

某魚上假貨頗多且價格依舊堅挺的三星970Pro

時至今日依舊有大量搭載MLC NAND的硬盤廣泛應用於各行各業。

早些年大船靠岸是可以蹲到使用價值和收藏價值都很高的MLC硬盤。不過在當前的行情下,海鮮市場上也只能以較爲高昂的價格買到壽命足夠容量足夠的MLC硬盤

三、eMLC(Enterprise MLC,企業級 MLC)

2009 年前後,企業級存儲對 “成本低於 SLC可靠性高於消費級 MLC” 的方案需求激增,Intel、東芝、三星頭部廠商啓動 eMLC 技術研發。

2010-2015 年是 eMLC 的鼎盛期,廣泛替代 SLC 企業級市場,成爲數據中心主流存儲方案。

2020 年後基本退出主流市場,僅在部分傳統工業場景有存量應用。

eMLC是基於 2bit/Cell MLC 架構的改進型,多數情況下仍稱MLC,其差異在於只爲企業級優化:晶圓級嚴苛篩選,只選擇電氣特性最穩定的晶圓 die;增強型磨損均衡、全局垃圾回收、超大冗餘 OP 空間、斷電保護電路設計。

優點

確實做到了成本低於 SLC可靠性高於消費級 MLC,其壽命普遍是消費級 MLC 的 3 倍以上,抗電荷干擾、長期高負載運行穩定性、斷電數據保持能力遠強於消費級 MLC,同時成本僅爲 SLC 的 1/3 左右。經典代表爲:英特爾 DC S3700(企業級 eMLC)

800G 7,200 TBW(5 年質保,約 5 次全盤 / 天,5 DWPD)

此外就是一些企業級優點了,例如:支持企業級全雙工讀寫、高隊列深度穩定性能、7×24 小時不間斷運行,適配服務器、數據中心的高負載場景,同時向下兼容消費級 MLC 的主控接口,降低適配成本。

缺點

成本還是不夠低(至少廠商是這麼覺得的),存儲密度無提升,在 3D NAND 技術普遍應用後,無法應對大容量市場的成本競爭而淘汰。

eMLC更多是作爲過渡方案在MLC與TLC之間存在。在當年數據”“潮期間(懂得都懂)大量生產和使用,所以現如今在海鮮市場乃至各大購物平臺上依舊有eMLC硬盤可供選擇。

卡式DC P3700 同爲MLC顆粒

例如上圖中的牢英DC P3700(再往後續發展就是之前講過的傲騰系列了,不過只是名稱繼承,其技術大不相同),個人還是挺中意的,可惜當前市場價格離譜,故繼續觀望。

上篇結束

本文目前介紹的都是一些中古技術中古硬盤,對於普通消費者來說了解了固態硬盤閃存類型及演進就足夠了,不建議大家爲了所謂的壽命去選購一些技術、協議落伍,售後幾乎沒有的中古硬盤。並且當前硬盤、內存的價格也是十分詭異。

想了解除NAND閃存外的另一種存儲介質:3DX point 可以參閱:

淺談英特爾傲騰上篇——傲騰的基本特點

英特爾傲騰——消費級傲騰詳解上篇

英特爾傲騰——消費級傲騰詳解下篇

英特爾傲騰——企業級傲騰詳解上篇

英特爾傲騰詳解篇終章——Optane SSD DC P5800X及其後續產品

真正的貴物——英特爾傲騰硬盤及個人使用傳記(上篇)

真正的貴物——英特爾傲騰硬盤及個人使用傳記(中篇)

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