什么是固态硬盘？固态硬盘内部结构详解

固态硬盘是什么东西？人都知道SSD的速度比机械硬盘快好几倍，但是你对SSD的内部结构了解不多。如果你感兴趣，可以看看边肖科普给你的SSD内部结构知识。

固态硬盘内部结构详解

下面我们简单讲一下固态硬盘的发展历史和目前固态硬盘行业的市场格局，都是比较大的宏观的东西。今天我们就简单的从微观的角度和固态硬盘本身来分析一下固态硬盘的内外结构，让更多的人知道固态硬盘是什么样子的。

　　SSD是什么？

固态硬盘是由固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，由控制单元、存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)和缓存单元组成。与磁盘、磁头等机械部件组成的机械硬盘不同，整个固态硬盘结构没有机械装置，全部由电子芯片和电路板组成。

　　SSD主要由电子芯片及电路板组成：

根据固态硬盘的定义，我们可以知道固态硬盘的内部结构，它实际上由三个主控芯片、闪存颗粒和缓存单元组成。然后，我们一个一个来看。

　　1、固态硬盘大脑：主控芯片

就像CPU对PC一样，主控芯片其实是整个固态硬盘的核心器件，就像CPU一样。其功能是合理分配每个闪存芯片上的数据负载，并承担整个数据传输，将闪存芯片与外部SATA接口连接起来。

不同的大师在能力上有很大的差异。在数据处理能力和算法方面，闪存芯片的读写控制会有很大的差异，这将直接导致固态硬盘产品的性能有很大的差距。

容晖主控

目前主流的主控芯片厂商包括marvell Maiwei(俗称“马派”)、SandForce、siliconmotion容晖、phison Group Alliance、jmicron智威等。这些主控厂商都有各自对应的特点，应用于不同层次的固体产品。

以台湾厂商siliconmotion容晖为例，这款主控芯片的主要特点是可以提供包括软硬件在内的一体化主控解决方案，包括主控芯片、电路板和存储单元，可以大大提高产品的更新速度和使用寿命，不存在兼容性问题。

　　2、核心器件：闪存颗粒单元

作为硬盘，存储单元绝对是核心设备。在固态硬盘中，闪存颗粒取代了机械磁盘作为存储单元。

闪存本质上是一种长寿命的非易失性存储器(在断电的情况下仍然可以保存存储的数据信息)。数据删除不是基于单个字节，而是基于固定的块。

闪存颗粒占固态硬盘的大部分比例

在固态驱动器中，NAND闪存因其非易失性存储特性，即断电后仍能存储数据而得到广泛应用。

根据NAND闪存中电子单元密度的不同，可将其分为SLC(单级存储单元)、MLC(双级存储单元)和TLC(三级存储单元)。

SLC(单层存储)，单层电子结构，写数据时电压变化区间小，使用寿命长，读写次数超过10万次，成本高，多用于企业级高端产品。

MLC (Multi-layer Storage)，采用高低电压不同的双层电子结构，使用寿命长，成本可接受，多用于民用高端产品，读写次数约5000次。

TLC(三层存储)是MLC闪存的扩展，TLC达到3位/单元。存储密度最高，容量是MLC的1.5倍。成本最低，任务寿命短，读写次数约1000~2000次，是主流厂商首选的闪存颗粒。

海力士16纳米薄层闪存颗粒

目前在固态硬盘市场，主流的闪存颗粒厂商主要包括东芝、三星三星、英特尔、micron、skhynix Hynix、sandisk SanDisk等。

东芝闪存颗粒

由于闪存颗粒是固态硬盘中的核心器件和主要存储单元，其制造成本占总产品的70%以上。在极端情况下，选择固态硬盘实际上就是选择闪存颗粒。

　　3、锦上添花：缓存芯片

缓存芯片是三大固态硬盘中最容易被忽视的一块，也是厂商最不愿意投资的一块。相比主控芯片和闪存芯片，缓存芯片的作用真的没有那么明显，在用户中的认知度也没有那么深，不能作为噱头来提倡。

其实缓存芯片的存在是有意义的，尤其是对常见文件的随机读写和对碎片文件的快速读写。

南亚缓存

由于固态硬盘的内部磨损机制，在读写小文件和常用文件时，固态硬盘会一直写入和缓存整块数据。但是，当导出到闪存粒子时，这个过程需要大量的缓存来维护。特别是在大数量级的碎片文件读写过程中，高缓存的作用更加明显。

这也解释了为什么没有缓存芯片的固态硬盘在使用一段时间后会开始变慢。目前缓存芯片市场不算太大，主流厂商基本集中在南亚、三星、金士顿等。根据最新消息，无外置缓存的SSD产品将在近期问世。虽然sandforce2281很早就有了自己的缓存主控产品，但市场反响并不理想。不知道没有外置缓存的最新SSD会有怎样的表现，请大家拭目以待。

主控芯片、闪存芯片和缓存芯片有机结合在一块PCB板上，构成了固态硬盘的整体形态。在购买或评估固态硬盘时，我们可以从这三个方面来估算产品性能，以免被某些厂商鼓吹的高速读写蒙蔽了双眼。

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