SSD主控芯片和闪存芯片详解

认识SSD固态硬盘，主控芯片和闪存芯片详解

SSD（Solid State Disk ）俗称固态硬盘，相对原来的主轴旋转，并无机械部分，所以被人称为固态硬盘，就是用闪存芯片替代磁盘介质制造出来的硬盘。在接口规范和定义、功能以及使用方法与传统硬盘完全相同。

主控芯片和闪存芯片是SSD中最为重要的两个原件，也是影响SSD性能的主要因素。其中主控芯片是SSD的大脑，而闪存芯片则是SSD的数据仓库。

固态硬盘中的“CPU”

除了存储部分由闪存芯片负责之外，固态硬盘的功能、工作方式等都由主控芯片负责。主控芯片在SSD中的作用就跟CPU一样，主要是调度、协调和控制整个SSD系统。主控芯片一方面负责合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，另一方面承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。除此之外，主控还负责ECC纠错、耗损平衡、坏块映射、读写缓存、垃圾回收以及加密等一系列的功能算法。

由于SSD主控的技术含量不低，能玩得转的其实没几家，主要有Marvell、英特尔、三星、OCZ、SandForce、Jmicro等几个厂商。主控性能的好换主要取决于这些主控厂商的技术实力。不同的厂商推出的主控芯片在数据处理能力、算法、对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数十倍。所以在挑选SSD，首先得挑选主控，这是SSD性能的基础。

数据的仓库

在SSD中，另一个重要角色就是闪存芯片了。它的作用简单来说就是SSD的数据仓库，反正“主控芯片”交待存放的东西都要往这里装。市场上的闪存芯片主要有两类，即SLC(Single Layer Cell 单层单元)闪存芯片和MLC(Multi-Level Cell多层单元)闪存芯片。SLC的特点是寿命长，理论上极限擦写次数可以达到10万次，因此SLC是目前可靠性最高的闪存芯片，一直是企业级SSD的首选。但是，高可靠性也带来了高成本，采用SLC闪存芯片的SSD最大的问题在于价格偏高。相比之下，MLC的编程/擦除次数较少，每单元2位的闪存编程擦除次数是1万次，每单元3位的闪存擦除次数是3000~5000次，但MLC胜在成本低，通常作为消费级SSD使用。

影响SSD系统性能和稳定性的因素大致有以下几种：

控制器的性能、闪存性能（MLC、TLC、SLC）、通道数量、接口、PCB（工艺、层数、电子元器件等）。

SSD日益庞大的市场内充斥着大大小小很多设计、制造厂商，良莠不齐。其中对市场影响较大的几家厂商有：

Flash设计制造

三星、镁光、东芝、英特尔、海力士

由于flash价格昂贵可靠性不强，这成为限制SSD未来发展的重要因素 SSD主控方案设计

sandforce、mavell、intel、samsung、indilinx等。其中sandforce和mavell主控由于其良好的性能受到很多OEM厂商青睐，国内尚无比较突出的主控芯片推出。

同步闪存与异步闪存

我们顺便谈一下同步闪存与异步闪存。同步闪存、异步闪存并不是闪存的两种类型——两者主要区别是工作模式不一样。同步模式是ONFI（Open NAND Flash Interface）2.0标准引入的新功能，通过加入同步时钟发生器，主控可以通过发送同步指令激活闪存上的同步时钟信号，以实现更大的带宽。打个比方，如果异步模式闪存的带宽为50MB/s，而同步模式下闪存带宽可达到133MB/s以上。当然，同步模式下的高传输率对闪存芯片的品质也提出了更高的要求，当闪存芯片通过同步检测时就被标为“同步闪存“，通过不过则被标为”异步闪存”。可以说，同步与异步闪存也是同一生产线上下来的，颗粒品质差异才产生“优等生”与“差等生”的区别。

SSD的性能指标

1、顺序读写速度（带宽）；

2、随机IOPS（以4KB大小为单位衡量）；

3、写放大（越小越好）；

4、工作温度范围；

5、抗冲击振动；

6、寿命（算法+Flash类型决定，FTL、GC、WL）；

7、ECC校验（错误纠正）：page中存放的校验位数+BCH/LDPC校验算法；

8、Raid保护（通过异或机制恢复校验算法不能恢复的数据）：Raid5保护、Raid6保护。