桌上 SATA 和 M.2 SSD 紧靠着笔记本电脑

NAND 闪存技术和固态硬盘 (SSD)

如果您有金士顿 USB 闪存盘或 SD 卡,就拥有了采用闪存(又称 NAND 闪存)技术的产品。在全球,NAND 闪存购买量在过去五年呈现爆炸式增长,SSD 之类的新产品现在大举进入企业计算设备领域,例如笔记本电脑、台式机、工作站和服务器。

下文简要介绍了您需要了解的 NAND 闪存知识。

非易失性 NAND 闪存

非易失性数据存储是 NAND 闪存的优势之一。与必须持续供电才能保留数据的 DRAM 内存不同,NAND 闪存在断电后也能保留数据,因而非常适合用作便携设备的存储器。

M.2 和 mSATA SSD
NAND 闪存类型

目前市场存在五个 NAND 闪存类型,区别在于每个单元可以存储的位数。SLC NAND、MLC、TLC、QLC 和 PLC 的每个单元可以存储的数据位数分别是一位、两位、三位、四位和五位。因此,SLC NAND 的每个单元可以存储一个“0”或“1”,MLC NAND 的每个单元可以存储“00”、“01”、“10”或“11”,以此类推。这五类 NAND 以不同的定价范围提供不同水平的性能和耐久性,其中 SLC 是 NAND 市场中性能较高、价格最高的类型。

3D NAND

在 3D NAND 中,多层存储单元沿各层之间的互连垂直叠加。通过将多层存储单元叠加到垂直层,可为每个存储单元实现更短的整体连接,从而提高存储容量,同时减小占用空间并提高性能。此外,每字节成本也低于 2D NAND。3D NAND 闪存设备可以利用 MLC、TLC 或 QLC 设计。

服务器盒中的 SATA SSD 从服务器存储托架中拉出一半
NAND 单元磨损均衡

NAND 单元没有设计成永久可用。与 DRAM 不同,它们的单元会随着时间推移出现磨损,原因在于写入周期比读取周期任务更繁重。NAND 存储设备的写入周期有限,但始终在设备上的闪存控制器所执行的磨损均衡会管理单元的磨损问题。所有 USB 闪存盘、SD 卡和 SSD 都有 NAND 控制器,用于管理 NAND 闪存并执行磨损均衡和纠错等功能。

为了延长 NAND 存储设备的寿命,NAND 控制器会确保所有写入的数据均匀分布到设备的所有物理块,避免某个 NAND 区域比其他区域磨损得快。

固态硬盘 (SSD)
过去几年,NAND 闪存成本的降幅足以让固态硬盘等新式主存储设备应用于客户端系统和服务器成为可能。在带有 SATA 或 SAS 等兼容接口的计算机中,SSD 可以直接替换机械硬盘(即磁盘旋转式硬盘)。

SSD 的性能和耐久性远高于标准机械硬盘。SSD 没采用任何运动零件,是完全采用半导体制造的设备。因此,SSD 不像机械硬盘一样存在机械性延迟;而且由于没有运动零件,SSD 可以比机械硬盘承受更大冲击和振动,因而适合广泛的便携和移动应用。

过去几年,固态硬盘采用 DRAM 存储芯片制造,价格高昂,仅适合要求苛刻的服务应用。

今天,由于 NAND 闪存成本降低,SSD 被广泛应用于从消费者、企业到军事计算的各种不同应用领域。

服务器盒中的 U.2 SSD 从服务器存储托架中拉出一半
SSD 耐久性

金士顿采用 NAND 闪存,并针对 SSD 工作负载设计了耐久性额定值。金士顿因而能以有竞争力的价格为应用提供各种 SSD。

金士顿的客户端级 SSD 和企业级 SSD 的使用寿命耐久性额定值有助于 SSD 满足目标工作负载的要求。对于客户端 SSD,金士顿提供 TBW(写入字节)规格,让用户可以预测 SSD 在他们的应用环境中的剩余寿命。

金士顿企业级 SSD 耐久性额定值同样采用 TBW 规格,此外还采用 DWPD 规格(硬盘每天写入,基于 TBW 和 SSD 保固期)。例如,额定值为 1DWPD 的 1TB SSD 意味着,用户可在 5 年内每天向 SSD 写入 1 TB 数据。对于按照自己的 IT 基础架构规划在企业环境中部署金士顿 SSD 的企业客户,TBW/DWPD 规格是一种有用的工具。

金士顿提供一款名为“KSM”(Kingston Storage Manager) 的实用工具,用于跟踪 SSD 预期寿命。它相当于汽车的油表,方便用户定期查看 SSD 的状况。

固态硬盘性能

多数客户端系统的短板不再是处理器性能。短板几乎总是存储。机械硬盘存在毫秒级的存取延迟,而 SSD 则为数百微秒。

SSD 可以让几年前的旧系统(只要有 SATA 兼容接口)提高性能,焕发新生。SSD 可让基于 Windows® 的系统启动时间从数分钟缩短至一分钟甚至更短,因而是高性能存储升级选项。总体而言,SSD 常常是为系统带来最高性能提升的升级方案。

固态硬盘

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