闪存存储器你了解多少

人们需要了解闪存存储器和固态硬盘（SSD）正在彻底改变当今IT基础设施的原因，因为这些超级快速存储的设备可以支持高端应用和高性能存储层。

固态硬盘供应商最初推出闪存存储器和SSD硬盘，以支持高端应用和高性能存储层。随着闪存/SSD硬盘性能的提高（具有更好的SSD IOPS基准）以及价格下降，其部署在过去几年中迅速扩展。

在2019年，关于固态硬盘（SSD）与机械硬盘（HDD）的争论基本已经结束：尽管HDD硬盘仍然占据了大多数数据中心媒体的80%，而且磁带仍然处于领先地位，但闪存和SSD硬盘的部署正在以惊人的速度增长。随着企业存储市场的增长，闪存市场似乎增长得更快。

什么是闪存和SSD硬盘？

在一些重要的术语的早期定义中，闪存和SSD硬盘密切相关，但不是同义词。

•闪存：闪存是非易失性计算机内存，用于个人计算和数字设备之间的持久存储和数据传输。闪存的高速可编程存储器可执行快速随机I/O操作。

•SSD硬盘：固态硬盘（SSD）并不是闪存设备，也不是内存，而是存储介质。事实上，第一批SSD硬盘使用了易失性DRAM内存。如今，大多数固态硬盘使用非易失性NAND闪存进行持久数据存储。尽管许多行业都互换使用这些术语，但随着引入了SCM（存储类内存），这一术语正在发生变化。

SSD硬盘如何工作？

SSD硬盘将数据读写到互连闪存芯片的芯片层。多个芯片层实现不同的密度。SSD硬盘的两个最重要的组件是闪存控制器和闪存芯片，通常是NAND闪存。控制器为驱动器添加智能存储功能。

HDD硬盘由多个移动部件构成，随着时间的推移，它们会磨损并停止工作。相比之下，具有集成电路的SSD硬盘没有移动组件，因此也更能抵抗物理冲击，以更低的能耗安静运行，并提供比HDD硬盘更高的性能和更低的延迟。

SSD硬盘电源和冷却成本明显低于HDD硬盘，因为SSD硬盘没有移动部件，因此产生的热量远远低于HDD硬盘。而且由于SSD硬盘运行速度更快，因此它们比HDD硬盘的能耗更少。

SSD硬盘运行速度也比HDD硬盘更快，如果它们具有一致的电源，则更耐用。尽管如此，SSD硬盘存储更依赖于连接到比HDD硬盘或磁带更一致的电源。短暂的电源中断不是主要问题，因为SSD硬盘采用浮栅晶体管（FGR）构建以保持电荷。但是，长时间的断开会导致数据泄漏。由于无电源SSD硬盘无法无限期保留完整性，因此不适合存档。

SSD硬盘的类型

•SATA和SAS是存储和主机之间的接口。可以肯定的是，有些人看到了SAS与SATA的争论，但两者都有自己的用武之地。传统上它们是为HDD硬盘开发的，而且仍在发挥作用。 SSD硬盘的开发适用于相同的接口，因此用户可以更轻松地切换存储阵列以共享SSD硬盘和HDD硬盘。由于并行处理，SaaS硬盘比SATA硬盘快得多，但两种接口都比NAND等新存储技术要慢。

•NAND是非易失性闪存存储，其芯片格式适合SSD硬盘介质，适用不同的格式，包括SSD硬盘。NAND闪存是SSD硬盘中最常见的闪存。较新的3D NAND垂直堆叠单元层，可显著提高密度和耐用性，降低功耗，并加快读/写时间。

•NOR闪存执行到位，无需先复制到内存中。这使它具有非常高的传输速度。但它的门数比NAND少，写入和擦除速度也相应较低。

•NVMe是使用PCIe总线访问闪存存储的接口。这使得该接口能够支持数千个并行队列，每个队列支持数千个并发命令。在双端口系统中使用NVMe可在企业SSD硬盘系统中提供向上扩展和向外扩展功能。NVMe-oF（NVMe-over Fabric）是一种主机端接口，可通过光纤通道结构或远程直接内存访问（RDMA）扩展NVMe功能。

•SCM（存储级内存）是一种包含存储的非闪存持久性内存技术。它确实是一种颠覆性技术。与内存一样，SCM连接到主板上的内存插槽。它稍微缓慢但更持久，其读/写技术比闪存快许多倍，并且不会受到存储单元的磨损。

SSD硬盘的工作寿命

浮栅晶体管（FGR）和磨损均衡等新技术降低了SSD硬盘的故障率。然而，SSD硬盘架构影响工作寿命，这取决于NAND单元的存储位数：单级单元（SLC）、多级单元（MLC）和三级单元（TLC）。正如人们可能已经猜到的，SLC保存一位，MLC保存两位，TLC在一个单元中保存三位。

其面临损耗问题：随着时间的推移， SSD硬盘单元也会造成损坏。读取似乎不会影响持久性，但写入和删除会影响持久性。单元存储的位越多，写入造成的损坏越少。但重要的是：较大的硬盘单元可以提高单元耐久性，但不会改善潜伏期。三级单元（TLC）读取延迟比单级单元（SLC）慢4倍，写入延迟更差6倍，三级单元（TLC）上的擦除延迟也较慢。

通过在单元间扩展写入操作来平衡整体磨损和SSD硬盘耐用性，磨损均衡提高了所有芯片级别的耐用性。尽管SSD硬盘不具备长期归档数据的耐久性，但预计它们可以持续至少2 -3年而不会出现数据泄漏或组件故障。

闪存和SSD硬盘存取速度

多年来，闪存和SSD硬盘速度已经提高了很多倍。在2018年，三星公司和东芝公司都推出了采用2.5英寸和3.5英寸的30.72TB固态硬盘。SAS接口速度比SATA更快，比NVMe要慢，但比NVMe的硬盘的价格要低得多。三星公司还推出了速度为3500MB/s的M.2固态硬盘。

SSD硬盘传输速率

SSD硬盘写入速度以兆字节/秒为单位。这说明虽然SSD硬盘传输速度很快，但还有一些SSD硬盘的传输速度要快得多。

由于不同的SSD硬盘提供了非常不同的性能、传输和延迟指标，因此很难将SSD硬盘性能测量归为一类。一般来说，SSD硬盘访问时间只是HDD硬盘访问指标的一小部分，可以提供6000到100万的IOP，并且消耗大约5瓦的电能，而不是HDD硬盘的6-15瓦。

加速应用程序性能是SSD硬盘的主要优势。闪存的性能是HDD硬盘的20倍，使其特别适用于高事务数据库，VDI或大数据分析存储等I/O密集型应用程序。当SCM（存储级内存）上市时，这种处理速度将大大提高。企业存储环境中采用的SSD硬盘和闪存将会更多。

采用SSD硬盘值得吗？

在数据中心，由于价格下降和存储智能的增加，闪存阵列正在稳步增长。降低SSD硬盘价格趋势将提高数据中心基于闪存存储的经济性，尤其是存储区域网络（SAN）。存储区域网络（SAN）是一项成本昂贵的存储方式，而IT部门则拒绝通过从HDD硬盘转向SSD硬盘而支付更多费用。然而，随着价格的下降和性能远远超过HDD硬盘驱，更多的数据中心正在以可以接受的价格购买全闪存存储区域网络（SAN）以获得非常高的性能。

最终，最佳的闪存存储对于企业来说是最好的：对于网络流媒体企业来说，需要了解当今市场上最好的M.2、SATA和PCIe SSD列表，以满足不同的业务需求。

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