01简单聊聊固态硬盘那点事
产品：BLUE SN570（500GB） 西部数据 固态硬盘系统开机时间长、程序加载过久、游戏卡顿、大量拷贝文件慢怀疑人生……不是CPU不够快，也不是内存不够多，真正的“罪魁祸首”是那块“古老”的机械硬盘。因此，只需一块固态硬盘就能让“老头”摆脱换脸盆的命运，满血变成“小伙”再战三年。但多数人对于固态硬盘的了解可能仅停留在“速度快”，本文就来简单聊聊固态硬盘的那点事。
01 固态硬盘简史
计算机相关的中文词汇基本来自于台湾，固态硬盘也同样沿袭台湾对SolidStateDrive（简写为SSD）英文直译。由于大规模应用不过十几年时间，不少人认为固态硬盘是新兴事物，实际上早在1970年，美国StorageTek公司就开发出第一个固态存储器，1976年Dataram公司推出第一款半导体固态存储器Bulk Core，直到1989年英特尔才发布了世界上第一款真正意义上的固态硬盘，而此时PC刚进入486时代。
为何固态硬盘在30多年后才成为主流存储？主要原因就是价格昂贵。有网友翻出1989年4月26日的《参考消息》中的一条电脑广告，只有两个360KB软盘驱动器的主流PC售价要六千多人民币，当时的固态硬盘1MB换算下来更高达3500美元，因此仅用于医疗、军事等特殊领域。即使到1991年，闪迪为IBM研发了世界上第一块2.5寸固态硬盘，20MB容量的售价也高达1000美元。随着技术的发展，现在固态的容量和价格逐渐向机械硬盘看齐，旧时的“王谢堂前燕”终于“飞入寻常百姓家”。
02 固态硬盘有何优势？
我们知道，机械硬盘内部由旋转的磁盘片和磁头组件两大机械结构组成，不仅怕摔、怕磕碰，速度也基本到达天花板。而固态硬盘克服了机械硬盘的近乎所有缺点。结构上看，固态硬盘是在一块PCB上集成了若干芯片，不存在任何机械部件，很多行业习惯称之为电子盘。固态硬盘通过电子方式写入和擦除数据，读写速度可达到机械硬盘的十倍以上。
不仅比机械硬盘更加“皮实”，固态硬盘在实现和机械硬盘相同容量的同时，体积大为减小也更加省电，搭载固态硬盘的笔记本电脑更加轻薄，2010年乔布斯从牛皮纸袋中掏出的第一款苹果MacBook Air更是吸引了全世界的眼球，到今天固态硬盘更在手机、平板电脑等移动设备中被广泛应用。
03 固态硬盘上都有什么？
主控芯片
在固态硬盘中，主控芯片承担指挥、运算和协作的作用，也被称作固态硬盘的CPU。主控芯片的性能直接决定固态硬盘的性能。常见的主控芯片基于ARM架构，部分产品采用运算能力更强RISC架构，未来的PCIe5.0固态硬盘也将采用速度更快RISC-V架构的主控芯片。
除了架构，制造工艺和工作频率也是关乎主控芯片性能、功耗以及发热量的重要因素。除了硬件层面，不同厂家推出的主控芯片在算法上也有着很大的不同，包括信号处理、损耗平衡、错误校正码、坏块管理和垃圾回收、接口通讯以及数据加密等，直接导致固态硬盘在性能和使用寿命上的差距，故坊间有“买固态硬盘就是买主控”的说法。
存储芯片
存储芯片NAND FLASH是固态硬盘存储数据的容器，也是固态硬盘中中成本最高的部件，直接关系到SSD的容量读写速度、容量、寿命以及价格。从工作原理看，数据是以电荷的方式存储在NAND FLASH的存储单元中，加上没有机械硬盘中的潜伏时间和转速的制约以及极短的巡道时间，读写速度得到大幅度提升。
如果说NAND FLASH是一个容器，存储单元就可看做容器中的一个个“格子”，根据格子中存储数据的位数不同，存储芯片又分为SLC、MLC、TLC、QLC等几种颗粒。其中SLC每个存储单元可储存1bit数据，MLC可储存2bit数据，TLC可储存3bit数据，QLC以此类推。可见单个存储单元存储的数据的位数越高，闪存颗粒的容量就越大，PCB上的存储芯片数量也随之减少，极大降低固态硬盘的制造成本。
除了容量，读写速度、数据读写精准性和擦写寿命也是存储芯片的重要指标，简单来说SLC颗粒读写速度最快、精准性最高、价格最贵，寿命也最长，目前市面基本没有此类产品销售；MLC颗粒次之，但相关产品也已经比较少见。目前市场主流产品为TLC颗粒，也有部分低价产品采用QLC。而为了保证TLC和QLC颗粒的耐久度和数据精准性，主控芯片的损耗平衡和错误校正算法就显得尤为重要了。
缓存芯片
最后就是缓存芯片。其实在机械硬盘时代就已经用上了缓存，起到数据交换缓冲的作用。在固态硬盘上缓存通常由一到两颗高速的DDR DRAM颗粒构成，能极大提升固态硬盘的读写性能，因此有无缓存芯片也成为划分固态硬盘档次的一道分水岭。但通过模拟SLC缓存和HMB（Host Memory Buffer，主机内存缓冲器）机制，也可大幅提升TLC固态硬盘的读写性能，这就是后话了。
04 后记
虽然2006年三星就推出了搭载固态硬盘的笔记本电脑，但是固态硬盘的普及仍然经历了十几年的时间，期间甚至还出现两款过渡产品：迅盘和混合硬盘，后续文章我们将对其进行回顾解析，敬请关注。
