焱融全闪系列科普固态存储核心技术SSD

在近期的文章分享中我们看到全闪存储是未来存储的主流趋势焱融追光FX全闪文件存储作为国内全闪分布式文件存储性能旗舰产品在高性能文件存储赛道上一直跑在最前面

为帮助大家更清晰的理解全闪的前沿应用我们将定期分享全闪相关的系列科普从零开始逐步揭开未来存储的神秘面纱

焱融全闪文件存储采用全NVMeSSD、InfiniBand高速网络,支持RDMA,以保证极高的性能充分释放数据潜力。那么问题来了,你知道什么是SSD么?

SSD(SolidStateDrive),即固态硬盘,通常是一种以半导体闪存(NANDFlash)作为介质的存储设备。SSD以半导体作为介质存储数据,用纯电子电路实现,没有任何机械设备,这也是和传统机械硬盘(HardDiskDrive,HDD)最主要的区别。

我们生活在数据大爆炸的时代,发朋友圈、写博客、在社交网站上传图片和分享视频、或是备份信息在网盘等,这些数据无论是云端存储还是本地存储,有数据的地方就会有存储介质。传统的数据存储介质有磁带、光盘、更多的是硬盘HDD。随着数据呈现爆炸式增长,对数据存储介质在速度和容量上有了更高的要求,固态硬盘SSD由此诞生。

一张图看懂SSD存储介质的分类

目前主流的SSD使用闪存(Flash)作为存储介质。Flash技术分为NANDFlash和NORFlash两种。NORFlash传输效率很高,但写入和擦除速度很慢,容量也较小,一般为1Mb-2Gb,常用于保存代码和关键数据。而NANDFlash能提供极高的单元密度,可达到高存储密度,适用于大量数据的存储。NANDFlash具有写入、擦除速度快、存储密度高、容量大的特点,也因此迅速成为了Flash主流技术。除了NANDFlash,现在还有3DXPoint等新型的SSD存储介质,比如:傲腾SSD等。NANDFlashSSD的立体制程经历了从2DNAND发展到了4DNAND的大发展,趋势是硅片单位面积能设计生产出更多的比特(bit),使得每GB成本更低。按存储单元密度来分,NANDFlash可分为SLC、MLC、TLC、QLC等,对应1个存储单元分别可存放1、2、3、4bit的数据。目前NANDFlash主要以TLC为主,不过QLC的比重正在逐步提高,很多知名存储厂商都推出了基于QLCSSD的全闪存储产品。

说了这么多,SSD长啥样呢?

SSD的基本结构组成SSD是用固态电子存储芯片阵列组成的硬盘,所以构造比较简单,主要部件为:控制器和存储芯片。如果进一步细分SSD硬件组成包括:主控、闪存、缓存芯片、PCB(电源、电阻、电容等)、接口(SATA、SAS、PCIe等),整体形态就是一块PCB,如上图所示。而软件部分指的是SSD内部运行的固件(Firmware),主要负责调度数据从接口端到闪存介质端的读写,还包括闪存介质的寿命和可靠性管理调度算法。

总结来说:控制器、闪存颗粒和固件是SSD的三大技术核心。说到这里,我们来看下市面上的HDD产品跟SSD产品有什么不同?

SSD与HDD产品差异

传统的HDD是“马达+磁头+磁盘”的机械结构,而SSD则是“闪存介质+主控”的纯半导体芯片存储结构,两者在数据存储介质和读写方式上有着本质区别,这也使得它们在性能、功耗、抗震、噪声、外形等方面也产生了巨大的差异。

性能对比

毫无疑问,无论是用户主观体验上还是实际测试数据,SSD在性能方面都可以完全碾压HDD。尤其是随机读写的性能(IOPS和延迟),二者的差距可达上千倍。

下表列举了各类主流SSD和HDD的性能数据对比:

功耗对比

关于功耗,业界定义可以分为峰值功耗(PeakPower)、读写功耗(ActivePower)、睡眠功耗(SleepPower)这几类。HDD与SSD的功耗如下表所示:

工作功耗HDD约为6~8W,SATASSD约为5W,待机功耗SSD可以降低到毫瓦(mW)级别。首先,从SSD功耗占比来看,读写功耗主要消耗在闪存上。其次,影响读写功耗的是主控功耗,大约占总功耗的20%。由于SSD具有极高的性能,较比HDD来说,相当于单位功耗产生了成百上千倍的性能,所以从这个角度来说SSD是属于低功耗的产品。

可靠性对比

HDD是机械结构,磁头和磁片在发生跌落时接触碰撞会产生物理损坏,而SSD内部不存在任何机械部件,因此相比HDD更加抗震和可靠。

另外,SSD由于结构上没有马达的高速运转,所以工作状态会比HDD更加安静。从外形上看HDD一般是3.5寸和2.5寸两种形态,而SSD除此之外还有更加小巧的M.2形态。

综上所述,目前HDD和SSD在各个维度的对比之后可以发现只有价格优势。但随着闪存价格的不断降低,有机构预测称在未来5-7年内,SSD的价格有可能和HDD重合。SSD在大数据时代会成为闪亮的主角,那么使用SSD产品的一些接口都有哪些?

一张图GetSSD接口形态

厂商和标准化组织定义了SSD接口形态和尺寸(SSDFormFactor),在不同应用场景下SSD的FormFactor是不同的。常见的SSD接口有2.5寸SATA接口、mSATA接口、M.2接口、PCI-EAIC、U.2接口等。

-SATA接口和电器标准都比较成熟,也是目前大量出货的SSD。包括消费类和企业级产品,其中消费类产品以SATAM.2为主,企业级产品以SATA2.5寸为主。

-mSATA与标准的SATA相比体积大为缩小,主要应用于消费级笔记本领域。但随着M.2的出现,基本上取代了mSATA产品。

-M.2是为超级本量身定制的新一代接口标准,主要用来取代mSATA接口,具有体积小巧,性能好等特点。企业级的服务器通常内置M.2接口,常用于安装操作系统。

-PCIeSSD最开始起步于AIC(AddINCard),采用主板上插卡的形式,后演变到现在又加入了M.2和U.2形态。消费级PCIeSSD主流是M.2形态,而企业级PCIeSSD目前主流是U.2的形态。

-U.2俗称SFF-,采用非AIC的形式,而是以2.5寸盘的形式存在。其开发目的也是统一SAS、SATA和PCIe三种接口。目前U.2NVMeSSD是企业级全闪存储主流的存储介质。

企业级用户除了


转载请注明:http://www.180woai.com/afhhy/2623.html


冀ICP备2021022604号-10

当前时间: