固态硬盘真的能提升电脑速度么？

众所周知的是，随着固态硬盘从被发明的那一天起，机械硬盘就注定会被淘汰掉。就像是当时机械硬盘淘汰掉软盘一样。而由于三星等半导体厂商强行操控价格，过去的两年里固态硬盘的价格一路飞涨，一定程度上缓解了机械硬盘被淘汰的困境。最近看到3-D产能扩大而导致的固态硬盘价格回落，但是也有很多不明真相的小白被忽悠着买了垃圾，我决定以我知道的一些浅薄知识和能查证的一些资料给大家梳理一下选购固态硬盘的点。
首先介绍一下固态硬盘是什么。固态硬盘英文名Solid State Drives，直译就是固态硬盘，简称SSD。它是采用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，由控制单元和存储单元组成，其中储存单元分为FLASH芯片和DRAM芯片两种。现在之所以价格都降下来了，是因为新投产的3D闪存产能上升，导致芯片价格下降。这里我只说一下flash芯片的产品，因为DRAM的产品普及率并不及flash芯片。
当前选购固态硬盘就6个主要属性，容量，缓存芯片，主控芯片，读写速度，颗粒类型，接口类型。但是一般选购的时候，在容量相同的情况下，我们会发现有多个价位的可以选择。比如说现在240G的固态硬盘，上到800下到200，你都能找到相应的产品。除去苹果专用的奇葩SSD，我应该怎样选择相应的产品呢？这里要看的就是其主控芯片，颗粒类型以及接口类型。
闪存芯片的工作温度范围非常宽，商业标准是0~70℃。但是这并不意味着固态硬盘不需要散热，其实SSD正常工作温度应该是在40℃到50℃之间，因为温度如果再高，就会加剧电子跃迁现象，轻则导致损坏引起丢失数据，严重就会损坏硬盘。所以不要说为何外太空甚至是飞机上不采用SSD储存了，SSD很娇贵的。

虽然SSD成本较高，但也正在逐渐普及到DIY市场。由于固态硬盘技术与传统硬盘技术不同，也由于三星等半导体巨头操控市场，所以产生了不少新兴的存储器厂商，上一次SSD价格还只有1元/G的时候，能选择的厂商也就是三星/东芝/联想/闪迪/金士顿等厂家，现在价格重新回归1元/G的时候，我发现市场上多了很多以前从未听说过的牌子，比如建兴/创见/金泰克等等，甚至连曾经做机械硬盘一霸的西部数据也开始涉足SSD制造。
为何现在多了这样多的牌子呢？因为在这个领域厂商只需购买NAND存储器，再配合适当的控制芯片，就可以制造固态硬盘了。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口、SATA-3接口、SAS接口、MSATA接口、PCI-E接口、NGFF接口、CFast接口和SFF-8639接口。大家比较常见的接口就是SATA接口以及PCI-E接口了。同时因为SATA接口的理论速率限制，导致所有的采用SATA接口的固态硬盘都只能限速到600Mb/s以下，这并不是硬盘性能不够好，而是接口本身的限制。但是即使是采用PCI接口，如果不支持最新的Nvme协议，一样也是不能跑到最高速。

在支持最新的NVMe协议和PCI-E接口以及MLC芯片的SSD上，其读写速度最高能跑到3.4G/s，要知道现在多数内存读写速度也就是维持在20GB/s到50GB/s之间。虽然现在最高速度的SSD也就勉强达到了3.4G/s，这也算是内存读写速度的十分之一甚至是五分之一了。如果多块SSD组一个RAID，那样真的会顶到现有硬件支持上限了，所谓的非易失性内存普及的时代估计也就来到了，到时候也就不再区分储存内存和运行内存了。


所谓的电子产品买新不买旧，说的就是接口的限制以及支持协议的限制。
1.闪存芯片
闪存芯片在固态中是储存数据单元，它的好坏直接决定SSD的使用寿命。就像是一个仓库，你的物品放在仓库里，其仓库的稳定性以及使用寿命都是由建材决定的，闪存芯片就是这个仓库的建材。
需要说明的闪存的寿命指的是写入(擦写)的次数，不是读出的次数，因为读取对芯片的寿命影响不大。
注：NOR Flash 和 NAND Flash是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术，彻底改变了原先由EPROM(Electrically Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器)和EEPROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read – Only Memory)一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND Flash 结构，强调降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP ，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR 的传输效率很高，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。NAND的结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理和需要特殊的系统接口。通常读取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的写入速度比NOR快很多，在设计中应该考虑这些情况。
现在的闪存芯片类型为NAND FLASH，而NAND FLASH主要分为SLC（单层单元）、MLC（多层单元）、以及TLC（三层单元)，当然，现在新的技术推广出来的就是QLC。

其中，SLC是最顶级的产品，成本高、容量小、速度快。SLC英文全称(Single Level Cell——SLC)即单层式储存 。主要由三星、海力士、美光、东芝等使用。
其后的就是MLC，成本相对较低、容量大、速度快。MLC英文全称（Multi Level Cell——MLC)即多层式储存。主要由东芝、Renesas、三星使用。
然后是TLC，成本低、容量更大、速度更慢。 TLC = Triple-Level Cell，即3 bit per cell架构。TLC芯片技术是SLC和MLC技术的延伸，最早期NAND Flash技术架构是SLC(Single-Level Cell)。
最后是QLC。 QLC = Quad-Level Cell架构，即4bit/cell，支持16充电值，速度最慢寿命最短，目前中技术上在研发阶段，但是intel、三星电子等厂商都已经取得了不错的进展。但在SSD应用中目前仍不现实 。
相对于SLC来说，MLC的容量大了100%，寿命缩短为SLC的1/10。相对于MLC来说，TLC的容量大了50%，寿命缩短为MLC的1/20。
以前很多玩家认为TLC就是小垃圾，其实不然，如今一般的TLC的寿命大约有1000次P/E（P/E为一次完整的擦写），那1000次P/E看起来少，但是实际是什么样子的？
举个例子：假设固态容量为120G，那么可擦写的总数据量为120*1000 =120000G，假如你喜欢每天疯狂下载电影，用完之后觉得索然无味就删除，这期间使用的数据为100G，则可用天数为120000 / 100=1200，1200 / 365≈3.3年，3年基本就要换电脑了吧？何况正常情况下每天擦写也不会有100G。
虽然能上MLC甚至SLC当然不会选择TLC，但是对TLC请不要有太大偏见，因为，现在这个价格下，能买得起的也就是TLC的了。
目前主要的NAND闪存厂商有：海力士、三星、镁光、TOSHIBA、Intel、SanDisk，这六家占据了NAND闪存近9成供应量，而这六家有能力直接切割晶圆和分离出NAND闪存颗粒的厂商，一般称之为闪存颗粒原厂，相当于机械键盘里面的Cherry的地位。
所以，不同于机械硬盘。前两年固态硬盘一路涨价，只是因为三星的note7爆炸事故导致的财报利润下降之后，利用它自身在半导体市场上的垄断地位强行操控价格，提高售价。当然人家的理由很合适，就是当时2-D工厂退产，3-D产能还没跟上。

当作为原料供应商之一的三星都涨价并且市场上还没有多余的选择的时候，下游厂商能选择的也只有被迫涨价，这个事情与挖矿导致的显卡涨价是完全不同的。近期由于反垄断调查以及3- D产能跟上了，SSD价格自然就回落了。
而芯片又分：正片、白片、黑片。
正片：闪存通过了全部产品测试，然后激光打标了产品信息。也就是有质量保证的闪存片。
白片：在测试时部分测试未通过的闪存芯片。这些闪存芯片再经过一些测试后，如果不影响使用，就打标并和正片一样流向市场，白片在消费市场很普遍，而且正规渠道的白片性能也并不差。
黑片：大多数测试没有通过，基本报废的，连标识也没有的闪存芯片。
所以，在选购SSD的时候，首先看的就是这个牌子到底是不是用的正片。过去两年里固态价格高涨时候，有些无良商家以黑片打磨之后组装低价出售，其中以某Color的新闻尤为引人注目，
选购建议：能买京东就不买淘宝，能买你听说过的牌子就不买你没听过的牌子，能买MLC就不买TLC甚至是QLC。至于更细致的价格及容量选购，就不是我能一一推荐的了。
三：接口类型
当前SSD主要采用SATA-2、SATA-3、MSATA、PCI-E、M.2（NGFF），其他如：SAS、CFast、U.2之类比较小众的接口就不详细说明。 谈各个接口的理论传输速度其实意义不大，使用什么协议和通道才决定有什么样的速度。举个例子：建兴V5G，M.2接口走sata3通道也只有500m/s左右的读取和写入。
但是，能上PCI-E的就上PCI-E吧，毕竟，SATA接口的理论速度都限制了硬盘读写速度。

四：协议类型
目前常见的协议有：AHCI和NVME。
NVMe协议规定了主控和主机的通信的模式，也规定了PCI-Express lane作为通信方式，也就是规定使用PCIE通道作为物理接口，专门为闪存类存储设计的协议，基于同样使用PCI-E通道的M.2接口开发。 AHCI只规定了如何通信，没有规定具体的物理接口。
当然，每个物理接口都有其对应使用的协议，例如SATA接口的SATA协议。
选购建议就是，要是你的电脑支持NVMe协议，那就直选这个，要是不支持的话，那就还是选SATA的，反正没了这个协议，一般的高速性能你也发挥不出来。
五：主控芯片
主控芯片是SSD的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担了整个数据中转。很多玩家在选择SSD时往往只看颗粒类型，忽视了真正决定SSD速度的主控。一个主控的好坏从根本上决定了一块SSD的数据处理能力、算法、对闪存的读写能力以及使用的协议。不同主控之间的区别很大，会直接导致SSD在性能上的差距。
目前主要的主控厂商有：东芝、Marvell、慧荣（SMI）、三星、群联（Phison）、智微（JMicron）等。 其中三星的主控仅供自家的SSD使用。
这个东西决定了是否能够真正发挥你买的颗粒的性能，这也就解释了为什么同一批次的闪存芯片，有的产品速度快价格高，有的产品速度慢价格低。SSD主控其实就是一颗处理器，处理器的运算能力也就决定这颗主控的性能。根据ZOL上面的测评：

入门级SSD主打低价，兼顾主流性能。它的闪存和主控的采购成本受到严格限制，该级别SSD的闪存谈不上尖端性能，却要保证基本的闪存P/E寿命，匹配强力主控更是白搭。
六：缓存芯片
缓存芯片是SSD中最容易被忽视的一块，相比主控和闪存，缓存的作用并不是很大，可以说是锦上添花的作用。缓存最大的意义在于进行随机性读写和碎片文件的快速读写上，尤其是大数量的碎片读写。
SSD有外部缓存优势是性能一致性更好，也就是空盘和满盘性能差距不会太大，缺点是掉电容易丢数据，需要额外的掉电保护电路和在固件中加入掉电保护逻辑
无缓存优势是掉电相对不容易丢失数据，以及更好的成本控制，缺点就是4k性能会比较难看，而且性能一致性不够好，不适合高负载的场合，比如数据库服务器等。不过总之日常家用没有任何区别就是了。
顺便提一句，SSD里面4K对齐指的是什么？

自从SSD普及开始，4K对齐问题的严重性也在再次提升。那么首先我们就要明白4K对齐的原理是什么。我们知道机械硬盘的读写操作一直是以扇区为单位，以前每个扇区的尺寸都是512字节，直到近年来，大容量的机械硬盘的扇区尺寸提高至4096字节（我们所说的4KB），而电脑文件系统（FAT、NTFS等），一直都习惯以512字节的扇区单位来操作硬盘。而SSD的读写操作不同机械硬盘，SSD读写的最小单位叫“页”(常见尺寸为4KB，实际视具体颗粒而定)，闪存颗粒不允许像机械硬盘一样覆盖写入。因此在有数据的地方要写入新数据，就需要先进行擦除操作，而擦除的最小单位是块（每个块都由很多个页组成）。
简单来说写入一个4KB的数据，实际运行时会有两次写入操作，4K对齐就让是操作系统的最小分配单元和闪存的一个页对应起来，这样操作系统写入一个4KB的数据，一次就能完成。分区对齐问题主要影响的就是硬盘的4K存取速度，这也是固态硬盘多线程传输优势的表现之一。在正常的对其情况下，4K读取速度在合理的差值内，但如果不对齐，整体读取以及4K写入弱势十分明显。SSD的性能好不好就是看读写速度够不够快，4K对齐则能够帮助SSD发挥最高性能，让用户能够完全体验到SSD的快捷。
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好了，到这里相信大家对于SSD已经有一个初步的了解，该如何选择应该也不是难事。对于618选购SSD升级自己电脑的时候，首先看自己的电脑支持哪些接口，是只支持SATA还是同时支持M.2，以及这个M.2到底有没有NVMe协议，然后才开始看芯片类型到底是MLC还是TLC，以及到底是黑片还是白片，最后看主控以及缓存。这一套规则下来，想必大家也能在乱象百出的SSD练就一双慧眼买到最适合自己的产品。