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怎么看哪个盘是固态硬盘(固态硬盘入门之初识主控)

科技杂谈 2021年07月18日 11:06 8 204科技

  怎么看哪个盘是固态硬盘(固态硬盘入门之初识主控)

  在固态硬盘以低价冲击机械硬盘市场的背景下,固态硬盘的结构也在发生变化。除了原本只出现在企业机型中的断电保护电路,由于成本原因,省略了SPI接口的独立ROM芯片和外部的DRAM缓存。

  怎么看哪个盘是固态硬盘(固态硬盘入门之初识主控)

  但无论什么时候发展,主控都是SSD不可缺少的一部分,其地位会随着闪存技术和SSD市场的不断发展而逐步提升。为什么会出现这种现象?主控对SSD有多重要?SSD哪些方面受到影响?我们先来了解一下主控的状态、功能和操作方式。

  主控的地位:

  顾名思义,主控就是固态硬盘的主控制器,硬盘的大脑相当于手机中的CPU。每个硬盘都有主控,即使是机械硬盘也不例外,但机械硬盘的性能已经基本定型,世界上只有希捷、西电、东芝三大厂商对主控的重视程度不及丰富的固态硬盘产品。

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  你认为我们买手机首先考虑的是什么?苹果还是安卓?然后确定阵营之后,就到了确定自己想要的产品档次的时候了。此时,CPU是主要参考点。例如,如果你想要最强的旗舰性能,了解骁龙855的型号。如果想找中端性价比,可以考虑搭载骁龙660和骁龙710的车型。考生的方向可以通过CPU大致确定,然后横向比较价格和系统软件。

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  那么在购买固态硬盘的时候,主控件也是大家关注的焦点,一个主控件可以传递一个性能印象。固态硬盘的主控其实有两个阵营:原厂和其他。目前主要的闪存厂商:三星、东芝、美光、海力士、英特尔,刚从美光分离出来,都是同时生产原装固态硬盘产品。

  他们既是运动员又是裁判,自然占了竞争的便宜。然而,目前许多原始固态硬盘不再使用独立开发的主控芯片,如英特尔545s和660p/760p、美光的BX500和MX500,它们都使用台湾省容晖的主控芯片。再比如东芝的TR200,名义上用的是东芝自己的TC58NC1010GSB。其实你仔细看,还是群PS3111的基础。

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  闪存的原固态硬盘使用第三方提供的公共主并不代表主不重要。相反,随着闪存技术的迭代,固态硬盘的性能提高了,当然还有成本压力的因素,所以制作一个主控和与之匹配的固件是相当困难的。我想让马跑,但我不想为马吃草

  英特尔的一些高端机型会直接使用简化的企业级主控,降低了重复研发的成本,但高标准主控的制造成本并不低。此外,国产固态硬盘和企业级固态硬盘的性能调整方向存在很大差异。企业级企业追求性能一致性,而国产固态硬盘由于读写负载不平衡,需要更高的短期爆发力。所以企业级企业的设计方向在很多情况下并不适合国产固态硬盘的硬件基础和使用。

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  现在除了三星以外,各大闪存厂商都在一定程度上将主控设计和固件开发的工作委托给专门的主控供应商,他们会在原厂商的技术支持下完成相关的主控和固件设计。最终,原始固态硬盘产品将通过定制固件与公共版本产品区分开来。

  除了原厂主控外,常见的固态硬盘主控还有Marvell、群联、Realtek Ruiyu(余)、Maxiotek()等,包括VIA开发SSD主控的消息。

  有易信,

  前面列举了一些常见的主控,现在回到主控功能这个话题。为什么主控在SSD中如此重要?作为SSD的‘大脑’,一方面需要会捏会算,另一方面需要能见两面,更重要的是需要‘不惊讶’。

  听起来是不是挺像古代的谋士呢?

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  先说"能掐会算",这个是对主控最基本的功能需求。主控首先要有一个CPU,但又不仅仅是一个CPU那么简单。

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  需要用到主控计算能力的地方有很多,比如FTL闪存映射表的结构管理、闪存磨损均衡的规划、垃圾回收时控制先读取,再写入,后擦除的步伐。一些定位比较高的主控通常会有多个CPU核心,分别用来执行不同的任务,并且在多个核心之间还需要有一套协同的机制。现在很多主控都使用了ARM的处理器架构,通常选择Cortex-R系列。

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  这个架构和我们平时在手机上见到的A系列不同,R系列用于实时数据处理,在响应速度上更有优势,汽车自动驾驶系统中使用的往往就是R系列,当然我们的硬盘主控也用到了它。

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  再来说主控的左右逢源能力。主控一方面是固态硬盘的大脑,另一方面也处在大脑主机与闪存颗粒之间,起到一个搭桥的作用,一方面要跟主机沟通协作,接受和处理主机发来的命令,另一方面也要跟呆头呆脑缺乏智能的闪存颗粒打交道,搞好底层数据存取的具体实现。对于主机端的沟通,主要难点在于节能特性的把握上,SATA链路节能可以降低功耗,提升笔记本电脑电池续航时间,同时也符合绿色环保的理念。但是SATA链路进出节能状态的过程中需要主机和固态硬盘双方的协同,稍有不注意就会导致卡顿甚至掉盘的恶劣情况出现。现在很多非原厂的主控为了减少麻烦,图省事直接禁用了节能特性,也是一种不太自信的表现。

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  主控与闪存的沟通同样很复杂。固态硬盘中的闪存通常被叫做RAW闪存,智能化程度很低,只能遵循特定的闪存接口,如Toggle或者ONFI进行访问。而不同的闪存芯片在工作特性上有些千丝万别的不同,这就需要主控去主动适应闪存的特点。

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  单单要往闪存芯片中写入一个数据就要通过给闪存芯片不同针脚施加各种高低电位,完成控制和传输指令的发出。这个过程如果仔细研究,绝对是个耗费脑细胞的工作,所以不要小看那些能够自己研发主控或是给主控开发固件的攻城狮,绝对是高智商人群。主控要完成的功能还有很多,譬如温度管理、SMART健康度报告、坏块管理等等,绝非易事。

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  最后的"处事不惊",则是对主控纠错引擎以及断电保护功能的要求。我们平时经常看到固态硬盘标注"支持LDPC纠错"。LDPC纠错实际上包含了硬判决和软判决两部分,前者在主控硬件内有硬件加速实现,后者则需要结合主控的运算能力去加强纠错效果。

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  和很多朋友想象中不同,闪存颗粒并不是只到了寿命末期才会出错的,只是末期的出错率更高一些。所以说主控纠错引擎其实是始终在运作的,每一笔写入和读出的数据,都要经过主控纠错引擎的检验和处理。

  断电保护则是每一个固态硬盘主控都必须考虑的。过去我们讲一颗固态硬盘带不带断电保护,指的是固态硬盘是否有独立的断电保护电路,包括储能电容、监测电路和固件中的保护动作执行逻辑。完整的断电保护应该包括运行时用户数据保护以及DRAM缓存当中元数据的保护。

  怎么看哪个盘是固态硬盘(固态硬盘入门之初识主控)

  消费级的固态硬盘因为成本和定位的因素,在应对意外断电的防护上只做到了防止掉盘的作用。比如在美光MX300上这样一排小电容,容量上比较有限,只能保护FTL闪存映射表的安全,保护固态硬盘不掉盘就算完成使命了。

  怎么看哪个盘是固态硬盘(固态硬盘入门之初识主控)

  还有更多的固态硬盘,连一排小电容都没有的,它们的断电保护也并不是说就不存在。只是执行起来比较被动,比如在闪存中给FTL映射表做多次备份,这样一旦损毁还能有保底不至于彻底掉盘。再比如说定时的刷新FTL映射表到闪存中存储,降低断电产生的影响。

  其他形式的主控:

  除了固态硬盘之外,还有其他地方也会有类似的闪存主控存在,譬如eMMC、UFS闪存,就是自身集成了主控功能的芯片,能够实现闪存的管理和读写指令的排序、解码、执行、回馈。

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  eMMC、UFS大都用于手机、平板当中,因为这些设备运算能力不够强大,需要存储芯片能自己完成闪存管理等众多功能。

  怎么看哪个盘是固态硬盘(固态硬盘入门之初识主控)

  总结:

  硬盘的主要作用就是存储数据,在固态硬盘当中闪存承担着记忆体的作用,而主控则是闪存的直接掌控者,处于头脑的地位。

  固态硬盘正朝着更大更快的方向发展,更大容量需要更新的闪存技术,如堆叠层数增长、TLC转换QLC类型,这些会对主控的纠错能力提出新的要求。更快的速度也要求主控能够在NVMe协议下充分发挥低延迟特点,同时借助优化的SLC缓存算法来最大限度提升爆发读写能力。

  在使用相同主控的不同固态硬盘之间也会存在一定的差异,这是固件的影响力。但不管怎么说,主控为固件提供了一个发挥作用的舞台,如果没有主控的好底子,固件也将巧妇难为无米之炊。识主控看固态,感谢大家关注存储极客,也欢迎大家通过私信告知我你所关心的固态存储话题。

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