sd技术发展现状与趋势

sd技术发展现状与趋势

在过去10年中，cpu的性能显著提高了150倍以上，而传统硬盘驱动器的性能仅增加了1.5倍。这种不平衡的发展极大地影响了计算设备的整体性能，尤其是在i/o领域。相比起传统硬盘,SSD(固态硬盘)没有磁头、马达、磁盘等零件,它搭载NANDFlash芯片作为存储介质,在运行速度、功耗、轻便等方面是传统硬盘所无法比拟的。虽然目前传统硬盘因成本低廉等因素依然占据着市场的主要份额,但SSD成本也在不断降低,同时技术不断提升,系统支持越来越好,而且目前主流笔记本电脑也都均配置SATA和mSATA接口,像超极本(Ultrabook)产品也只有搭载SSD才可能实现“更轻、更快、更低功耗”,因此未来SSD取代传统硬盘将是大势所趋。sd的竞争格局SSD主要是由SSD控制芯片和NANDFlash组成,控制芯片对NANDFlash固件管理能力的高低直接影响SSD性能,而NANDFlash按存储技术又分为SLC、MLC和TLC。目前主流SSD控制芯片供应商有三星、SanDisk、Marvell、SandForce(LSI)以及台湾地区的慧荣、智微、群联等。2012年SandForce2281控制芯片被英特尔、金士顿的SSD所采用;Marvell新一代SSD控制芯片88SS9187拥有强大的ECC解错能力且支持SATAIII,主攻消费市场、便携平台以及企业市场,美光、SanDisk、SK海力士的SSD都有搭载此芯片;三星的SSD采用自家设计的LSISSD控制芯片;SanDisk设计的控制芯片用在低端的SSD上。随着SSD控制芯片不断升级,可靠性、容错能力等方面均得到了进一步的提升,成本、能耗也明显降低。SSD控制芯片进入新阶段的同时,SSD的NANDFlash技术也跨入了一个新的阶段,SSD以前所采用的NANDFlash以24～27nmMLC为主,现在开始广泛采用19～21nmNANDFlash生产SSD,而且三星还推出了一款采用21nmTLCNANDFlash的PM840SSD,预计2013年将采用1xnm技术,自此拉开了SSDMLC转向TLC时代的序幕,相信不久美光、英特尔、SanDisk等也将跟进TLCSSD。据中国闪存市场网报价显示,去年12月三星128GbMLC(HDG)价格在11美元左右,128GbTLC(BDG)价格大约7.1美元,64GbMLC(LCG)价格大约5.5美元,64GbTLC(BCG)价格大约3.75美元,可见相同容量TLCNANDFlash价格较MLC价格低近30%,SSD价格至少可以降低20%～30%。所以NANDFlash纳米制程技术向1xnm迈进之后,SSD产品价格降低50%也不无可能,SSDSATAIII控制芯片价格大约在15美元以上,未来将向5美元左右迈进,这对SSD来讲将是一个跨时代的改革,同时也将代表SSD民用市场的开始。众所周知,TLC读写次数较MLC大幅降低,如何提升TLCSSD寿命和性能将是各厂商将要面临的严峻挑战,产品将接受市场复杂应用的可靠性和兼容性考验。sd的加速布局2012年至今微软的Windows系列一直都是电脑的主流操作系统,操作系统对SSD的寿命和读写速度有很大的影响。WindowsXP和WindowsVista并没有着重对SSD进行优化,SSD多线程同时写入和读取数据,每一条新数据都会首先利用NANDFlash容量中未被利用的位置(空闲容量)来进行写入,但当NANDFlash空间被写满后无空余空间继续被使用时,速度就会慢下来导致性能降低,而且操作系统在SSD上频繁读写操作会导致其寿命缩短,所以WindowsXP系统下只能采用性能较好但是价格较贵的SLCNANDFlashSSD。到了Windows7后,系统对SSD有了较大的优化,比如Windows7禁用自动磁盘碎片整理功能,减少了对SSD的磨损。Windows7对存储设备设定分区,解决了WindowsXP分区方法导致Read-Modify-Write操作下性能降低的问题。最重要的是Windows7中专门有支持Trim引擎,可以侦测到SSD中各个存储单元的利用率,并且加以平衡,所以Windows7系统可以采用MLCNANDFlashSSD。不过Trim命令是由NTFS系统文件来发送的,由主控进行修剪,如果主控忙时可能会出现修剪命令延期。Windows8系统升级了原有的碎片整理工具,同时针对SSD进行优化以及判断磁盘是机械硬盘还是SSD硬盘,并自动做出对应策略(机械硬盘进行碎片整理,对SSD进行计划修剪Trim),这样在SSD空闲时针对整个卷来操作,而不是NTFS发出需要Trim的命令给主控,所以到了Windows8之后就可以大量采用TLCNANDFlashSSD了。操作系统从WindowsXP到Windows7,再到Windows8,SSD从SLC开始转向TLC,与此同步,英特尔主力打造的超极本搭载了Windows8系统和SSD存储,除了具有高速的开机、系统运行和网页浏览外,还将增加价格竞争力,届时市场需求将大增,Windows8系统可谓开启SSD普及新契机。自2012年初开始,主要SSD生产商三星、英特尔、美光以及SanDisk等开始加速布局SSD市场,纷纷推出新SSD产品抢市。三星上半年便表示要扩大SSD的供给,下半年更推出采用21nmTLC的PM840SSD,让业界大开眼界,2013年将向1xnmNANDFlashSSD迈进;英特尔新SSD系列均采用25nmMLC,而且还开始采用自家控制芯片;东芝MLCSSD以24nm技术为主;SanDiskSSD也是采用24nm技术。ddflcsaiiiSATAII接口传输速度最快为3Gbps,为适应高速传输需要,SSDSATA接口开始从SATAII向SATAIII转进,其传输速度将提升到6Gbps(600MB/s),SSD接口速度的提升主要是为了提升SSD整体传输速度,但首先我们来看一下NANDFlash的传输速度。早在两年前三星和东芝就开始着手研发ToggleDDR2接口NANDFlash,目前三星21nmNANDFlash已经从ToggleDDR发展到了DDR2级别,并应用于840系列SSD上,东芝也开始量产19nmToggleDDR2NANDFlash,另外英特尔、美光等共同开发的ONFIV3.0标准NANDFlash接口速度也增加到400MB/s。从NANDFlash接口传输速度可以看出,SATAII的300MB/s已经无法满足NANDFlash传输速度的要求,ToggleDDRV2.0和ONFIV3.0接口的NANDFlash都是面向4G智能手机、多核平板电脑、SSD、USB3.0产品等大容量、高速传输应用市场,SATAIII正好满足市场的发展趋向,所以SATAII转向SATAIII是必然的。由于SATAIII设计较SATAII要难,SATAIII控制芯片价格大约在15美元以上,与SATAII控制芯片3美元左右的价格相比还有很大差距,可随着控制芯片的成长,价格问题将很快解决。目前三星、英特尔、美光、SanDisk、金士顿等均已推出SATAIII的SSD,SSD控制芯片也均支持SATAIII接口,随着我们进入SATAIII高速时代,SSD将在消费类产品上发挥最大效能。sasdds接口SSD主要应用于大型网站数据库如GoogleFacebook社交网站数据中心、企业服务器、航天军工、车载电脑、商用PC和个人计算机等企业和个人消费领域。根据不同应用领域SSD分不同接口,如SATA、SAS、PCIe以及mSATA等。PCIe接口传输是最快的,第二代PCIe接口提供高达5GT/s(千兆传输/秒)的速度,未来更有望达到8GT/s或更高,所以PCIeSSD主要面向高端存储,如数据中心、服务器集群、云计算等环境;MiniPCIeSSD适合为I/O密集型应用程序提速,或作为理想的缓存解决方案,为服务器和工作站提升性能。目前SAS接口传输支持6Gbps速度,并向12Gbps或更高速度提升,因此SASSSD可用于处理读/写密集型应用程序的企业存储。PCIe/SASSSD面向的客户群不仅要有高速度,而且也需要有较强的稳定性,一般存储以稳定性高的SLCNANDFlash为主,随着SSD产品的不断成熟,企业服务器存储开始向MLCNANDFlashSSD转进。SATA接口SSD比较适合处理工作负载较轻的产品,如笔记本电脑、平板电脑、超极本及商用PC等。为了迎合便携式产品的发展,大部分厂商还推出mSATASSD小型系统或嵌入式系统存储方案,用于平板电脑。2012年底SSD单位每GB价格平均在0.6美元,已跌破1美元大关,不过128GBSSD仍需80美元左右,SSD价格偏高使SSD在消费类产品中的渗透率难以提升。超极本虽然是搭载SSD的最佳产品,可是搭载纯SSD价格仍高,再者Windows8初期应用价格难免较高,稳定性也待考验,而英特尔处理器又不愿让价,搭载128GBSSD超极本售价均在万元以上,导致超极本市场需求在2012年表现不佳。考虑到成本问题,部分厂商超极本以24GB/32GB/64GB小容量SSD+高容量HDD为