SSD硬盘具有速率快、发热小、功耗低、无噪音等诸多优势,虽然仍然受到价格贵、存储量小、有效读写次数不足等缺点的限制无法在短时间内普及,但从目前的情况来说也并非是消费不起。
传统硬盘与SSD硬盘对比
相对于机械硬盘,SSD硬盘的结构更为简单,一个PCB基板,数颗FLASH芯片加一颗主控芯片就构成了一个存储结构。正因为SSD硬盘的特殊结构,才使得它具有机械硬盘不可比拟的优势。
第一,数据存取速度快。根据我们的测试,SSD硬盘相比传统机械硬盘来说具备了在性能上有了明显的提升,或许一下的短片更能说明两者的差距。
第二,经久耐用、防震抗摔。因为全部采用了闪存芯片,所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件,这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用,而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。
第三,SSD固态硬盘工作时非常安静,没有任何噪音产生。得益于无机械部件及闪存芯片发热量小、散热快等特点,SSD固态硬盘因为没有机械马达和风扇,工作时噪音值为0分贝。
第四,SSD固态硬盘比常规1.8英寸硬盘重量轻20-30克,可千万别小看这些重量,在笔记本电脑、卫星定位仪等随身移动产品上,更小的重量有利于便携。此外,重量的减轻也使得笔记本搭载多块SSD固态硬盘成为可能。
第五,SSD固态硬盘的可靠性更佳,写入错误缺陷已经得到了很好的解决。几年前,一些高端的闪存也只能承受1000次左右的写操作,然后那些储存单元就会“油尽灯枯”再也不能擦写了。当前SSD硬盘产品每个扇区可以确保至少100,000次的擦写操作,这相当于普通硬盘的1,000,000小时的平均故障间隔时间(MTBF),而这也意味着消费者在正常使用的情况下一块SSD硬盘可以保证10年的寿命。以三星的NAND型固态硬盘为例,它的平均故障间隔时间(MTBF)大概为100到200万小时,而一般的磁介质硬盘的MTBF大概为10~20万小时。由于SSD没有活动的部件,故障的原因多是元件虚焊或者写操作时出现问题。
目前的固态硬盘产品均基于NAND,相对于另一种闪存类型NOR,NAND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要比NOR快得多。另外NAND读和写操作采用512字节的块,这有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。当然,更重要的是NAND的可擦写次数是NOR的10倍!对于硬盘产品来说,这非常重要!NAND的缺点之一是需要复杂的I/O,而这对一固态硬盘设计来说,并不严重。
NAND Flash硬盘产品每个区块可以确保至少100,000次的擦写操作,这相当于普通硬盘的1,000,000小时的MTBF,已经可以满足应用需求。
NAND Flash的基本结构
NAND Flash的基本存储单元结构如上图,是典型的N沟道MOSFET,几个这样的单元组成一个可以存储1bit数据的基础闪存单元,称为SLC。
NAND Flash 的数据是以bit的方式保存在memory cell,一般来说,一个cell 中只能存储一个bit。这些cell 以8个或者16个为单位,连成bit line,形成所谓的byte(x8)/word(x16),这就是NAND Device的位宽。这些Line会再组成Page,,每页528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)),每32个page形成一个Block(32*528B)。具体一片flash上有多少个Block视需要所定。
SSD的主要构造就是闪存,在NAND Flash的底层存储上有两种不同的模式,SLC(Single Level Cell)和MLC(Multi Levels Cell),它们之间各有优缺点,现在在各类产品中都有采用。
SLC全称单层式储存 (Single Level Cell),是指一个Block(块,Flash的基本存储单元,也可称为Cell)只有两种电荷值,高低不同的电荷值表明0或者1,因为只需要一组高低电压就可以区分出0或者1信号,所以SLC最大的驱动电压可以做到很低,传统的双电压卡或者低电压版本卡片肯定采用SLC类型的NAND Flash芯片。
SLC因为结构简单,在写入数据时电压变化的区间小,所以寿命较长,传统的SLC Flash可以经受10万次的读写,因此出现坏Block的几率较小,因为存储结构非常简单,一组电压即可驱动,所以其速度表现更好,目前所有的超高速卡都采用SLC类型的Flash芯片。不过这种一个Block只存储一组数据的模式无法在相同的晶圆面积上实现较高的存储密度,所以只能在工艺制程方面努力进步,才能满足用户在容量方面的要求。
MLC(多层式储存?Multi Leveled Cell)是那种充分利用Block的技术,它采用较高的电压驱动,通过不同级别的电压在一个Block中记录两组位信息(00、01、11、10),这样就可以将原本SLC的记录密度理论提升一倍,这对于曾经工艺制程遇到瓶颈的NAND Flash而言,是非常好的消息。不过MLC除了同制程、同晶圆面积时理论大一倍的记录空间外,存在一些先天的弊端,比如说电压区间更小,Flash就需要更多的CRC校验空间,这会大概占据Block中10%的空间,因此实际使用中同制程同晶圆面积的MLC的容量不到SLC的一倍。因为电压变化更频繁,所以MLC技术的Flash在寿命方面远劣于SLC,官方给出的可擦写次数仅为1万次,也就是说一张512MB的USB闪存盘,你写入512MB的数据1万次(理想状态),它就完蛋了,这可能是MLC最要命的一个缺点。
MLC技术的Flash还有一个缺点,它的读写速度先天不如SLC,一个Block存储两组位数据,自然需要更长的时间,这里面还有电压控制、CRC写入方式等因素需要考虑。综合而言,SLC在寿命和性能方面拥有独特的优势,不过需要更好的工艺制程才能拥有较大的容量。而MLC虽然在容量方面有先天的优势,但在速度和寿命方面存在先天的不足。
总体说来,MLC是低成本解决方案,而SLC高性能高成本的代表者,两者的性能(尤其是随机写入方面)、读写寿命都存在很大差异。
SATA接口发展到今天,已经到了第三代。从SATA1代的1.5Gbit/s,到SATA2代的3Gbit/s再到SATA3的6Gbit/s,每一代的带宽都较前一代翻了一倍。按照换算公式,以SATA3代为例,数据带宽=6Gbit/s×80%÷(8bit/byte)=600MB/s,其中80%是由8b/10b的编码带来的。相对的,前两代的数据带宽分别为150MB/s和300MB/s,就算是SATA1代,带宽也胜过了IDE,而SATA2代则可以应付目前市面上所有的机械硬盘和大部分入门级SSD硬盘。目前市面上几乎所有的笔记本都采用了SATA接口,区别只在2代和3代。此外,SATA接口还支持AHCI(Advanced Host Controller Interface,高级主机控制接口)模式,在此模式之下,硬盘的高级SATA功能比如NCQ(Native Command Queuing,本地指令队列)还有热插拔功能可以被激活,性能更佳。
Mini PCI-E:在Express card在中低端笔记本上潜踪匿迹的今天,Mini PCI-E几乎已经是这些笔记本升级扩展的最后希望,无论是WWAN 3G模块,迅盘还是GPS模块,都需要这个接口来实现加装。同样的,SSD的扩展方向上,也少不了这种接口的身影。国产品牌金胜的Mini PCI-E插槽SSD硬盘已经推出好几年了,虽然性能方面始终不尽如人意(读写速度分别在95MB/s和50MB/s,读写IOPS值分别在5000和2000左右,都属于SSD的低端水平),不过相对大部分机械硬盘还是有明显优势,特别是SSD的强项小文件读写。
ZIF接口的硬盘以1.8?硬盘为主,主要用于非常轻薄的笔记本,比如macbook air,还有富士通等日系的轻薄本。ZIF既可以接SATA接口也可以接IDE接口,共分3种,分别是ZIP-24、ZIP-40、ZIP-50,依次有24、40、50针。此外,在iPod等电子播放设备上,ZIF接口也并不少见。
本次横评我们征集到了共11款SSD硬盘,包括三星470 256GB、金士顿 SV1000S2 128G、威刚S599 100GB、英特尔320 300GB、英特尔310 80GB、威刚S511 120GB、威刚S511 240GB、金士顿 SH100S3B 240G、英特尔510 250GB、博帝 Pyro 120GB、海盗船 ForceGT 120GB和OCZ Vertex3 120GB。前5款产品是SATA2接口,后6款产品采用的是最新的SATA3接口。
测试平台 | |
配件 | 型号 |
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CPU | i7 2600K |
散热器 | 采融变形金刚 |
主板 | 技嘉Z68X-UD7-B3 |
显卡 | 公版GTX570 |
内存 | 威刚DDR3 2200 |
硬盘 | 希捷7200.12 500GB |
电源 | 安肽克TPQ-1000(1000W) |
操作系统 | 简体中文Windows 7 SP1 64bit |
测试软件 |
HD Tack、AS SSD Benchmark、CrystalDiskMark、ATTO Disk Benchmark |
我们这次选用的主板是技嘉的Z68X-UD7-B3,原生SATA 3.0,速度表现还是不错的。但这里要特别说明测试过程中遇到的问题:不是所有原生SATA 3.0主板的读取速度都相同,即便同一品牌同一芯片组。有的A75芯片组主板读取超高写入一般,有的Z68主板写入更快读取一般。
所以你如果换用其他Z68主板,获得的数据可能跟我们不同,但如果你用很多款主板比较,会发现总有某项成绩比我们的测试结果更好,这也是我们所希望看到的。
我们先来说一下官方的标称读写值,如果你长期观察,会发现市面上所有的SSD标称的最高读写值,都与ATTO DISK Benchmark测试得到的结果相近??有些厂商没有明示,但我们可以认为这款软件就是“官方”的测试软件。
说实话,我个人对于厂商的这种说法鄙夷至极,因为这并不是同时的速写速度。我们列出的是最高的读取和写入速度,这个厂商的标称是一致的。大多数SSD硬盘厂商都在包装上标明了这个速度,给从我们测试的结果来看,采用SATA2接口的SSD硬盘最大速度可以接近300MB/s,而在SATA3中,这个数字上升到了560MB/s。后者是一个难以跨越的界限,受限于目前的工艺,这个数值已经算是峰值了。但是从各个产品的表现来看,能够达到这个数字的产品寥寥无几,可以说,超过500MB/s就已经算是出色的表现。
CrystalDiskMark是一个测试你的硬盘或者存储设备的小巧工具,简单易于操作的界面让你随时可以测试你的存储设备,测试存储设备大小和测试数字都可以选择,还可测试可读和可写的速度。
这个数值其实更接近于硬盘在实际表现中的成绩。而从表现来看,SATA2接口下各个产品的读取速度差别不大,这本来就是SSD硬盘的优势;在写入速度中,我们发现最低的是英特尔310系列的80GB产品。一方面是因为这款产品使用的是miniPCIE接口,另一方面也是因为SSD硬盘容量的关系,容量越大的硬盘表现越好。
AS SSD benchmark很明显是针对SSD的测试软件,除了常规读写,还有IOPS测试,另外它的工具选项中可以模拟游戏、镜像、程序的加载速度。
AS SSD benchmark这款软件最大的优势是提供了一个系统得分,这个得分并不仅仅是基于传输速度,同时也有IOps的性能。众所周知,传输速度与硬盘性能虽然关系密切,但并非是衡量硬盘性能的最重要因素。我们在衡量硬盘性能时,IOps才是最终的因素。而从AS SSD benchmark的成绩来看,之前表现不佳的英特尔310性能很突出,这说明硬盘实际的性能并不差;而在SATA3中,金士顿240GB的产品表现最为出色。
HD Tach RW测试软件大家都很了解了,它可以很快地测试出一个存储设备的传输速率的快慢。
虽然不同规格的硬盘在读写速度上有较大的差距,特别是SATA2硬盘中的表现最明显,但是突发速度方面各个硬盘的成绩均差不多。
使用多款软件反而让我们不能够直接看出各个硬盘之间的性能差距,正如我们拥有多块手表就不能够正确分辨时间一样。从这个角度来说,我们只能综合以上4款软件的表现,进行综合的评判。
SATA2接口硬盘推荐:
Intel SSD 320固态硬盘
英特尔最新发布的SSD 320系列硬盘,也是Intel首款采用25nm技术的SSD硬盘。从测试成绩来看,官方宣传的270MB/s读取速度和220MB/s的写入速度所言非虚,而对于SSD这样的产品来说,写入速度的提升才是至关重要的。应该说,新系列产品的发布,的确给用户带来了更好的选择。
金士顿HyperX系列首款SSD SH100S3B 240G采用SandForce第二代SF-2281主控,金士顿这个寿命更长,采用高品质NAND Flash,拥有5000次的擦写周期(常规为3000次)。从我们测试的内容来看,在SATA3接口的产品中,这款SH100S3B 240G表现最为出色,达到了560MB/s的读取速度,写入速度为510MB/s,这个性能已经达到了读取性能的极限。
海盗船Force Series GT(120GB)属于海盗船Force GT系列产品,Force GT系列采用了SandForce最新的SF-2280主控芯片,在我们的测试中它的综合表现也非常出色,同样也可以达到555MB/s读取速度。除此之外,Force GT系列拥有4KB随机读取,最高可以达到85K IOPS,平均无故障时间为200万小时,享受三年质保。
总体看来,在我们测试的11款SSD硬盘中,并非只有以上3款出色的产品,事实上许多SSD硬盘在具体应用中的表现都很不错。而且在实际应用中,我们相信这些数值上的差距并不能对用户带来多大的影响,毕竟从机械硬盘过渡到SSD硬盘已经是巨大的提升,而在厂商的宣传中,标称峰值的传输速度并不能直接表现出实际的读写性能,只能作为性能的参考。
如今,SSD硬盘已经渐入佳境,越来越成为大众选购的对象。我们也希望看到越来越多的SSD出现,最重要的是价格能够降低到平民价位。