固态硬盘选购指南 & 原理分析

yanxu_cn · 2024-11-09 16:48:22 · 科技·工程

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写在前面

一日，本人观看洛谷文章，偶见一文，其介绍固态硬盘之选购，然此文较为陈旧，难于当今科技发展之势同步，其攻略指示能力亦有所减损，故在此敝人再写一文，希望各位喜欢，对各位固态硬盘购买有所帮助。

由于那篇文章作者已经难以通过洛谷私信等方式联系，故未取得其授权。但此文与那篇文章除话题相似外并无相似之处，并且不会引用上篇文章内容，所以应该不太算是侵犯了上面作者的版权。

那篇文章的作者：https://www.luogu.com.cn/user/127722。

（真正的）写在前面

现在存储设备的更新换代非常迅猛，很可能几年前头头是道的文章现在已经完全失去其参考价值，所以在最后提供的建议以及写的当今的情况并不能长久有效

梳理一下历史

总体上存储设备（外存储器）经历了由软盘及软盘驱动器（FDD，Floppy Disk Drive）到机械硬盘（HDD，Hard Disk Drive，硬盘驱动器）再到固态硬盘（SSD，Solid State Drive）的进化。每一代存储设备的更新都象征着存储密度、存储效率、存储可靠性的提升，以及单位存储空间价格的降低。

如果不太认同本人的观点，[这个云剪切板]()中本人陈述了本人拥有此观点的原因。

在容量上，存储器经历了由软盘的 1.44MB 到早期机械硬盘的 40GB 至 160GB，再到现在 TB 级别的机械和固态硬盘遍地都是的情况。所以十年前拿个 120GB 以下的固态硬盘装个系统，其他全扔机械里头的做法显然不适用。目前对于大多数一般用户（数据量小于 512GB），都可以选择靠谱的固态硬盘来完成所有任务。笔电用户更是如此（机械装在笔电里面会很灵车）。SSD 物理占用空间小、性能优越、没有声音都是机械无法比拟的优点。

原理介绍

此处介绍原理，若不感兴趣可直接跳过。

SSD 的主体由主控芯片、闪存颗粒以及可能存在的缓存（内存）颗粒组成。

闪存颗粒

叠甲：本内容仅适用于一般闪存颗粒，对于英特尔和镁光的黑科技 3D-XPoint 即傲腾之类的不适用。闪存颗粒其实底层上是以 bit 为单位存储数据的，用存储在特定位置的电子的多少来表达这一位/几位存储的数据。具体原理可自行百度。不同厂家的实现略有不同。

这样的原理，使得需要有一层物质将电极和存储电子的层隔开，使其在特定的外加电流下改变内部电子数，但在撤去外部电流下保持绝缘。这一层物质会随着不断地使用而变得越来越薄，用到一定程度，已经无法区分不同电平时这个单元就废了。所以说，SLC、MLC、TLC、QLC、PLC就是使一个单元可以存储不同 bit 的数据。一个单元存储的数据越多，其所需要表达的电平就越复杂（SLC 只有 2 种，而 PLC 多达 32 种，所以每次改写内容对其精确度要求更高，且磨损更明显，所以其寿命较 SLC 会有明显降低）。

理论上来说，每种颗粒的寿命如下：

SLC 90000+ P/E
MLC 10000 P/E 左右
eMLC（MLC 企业版）30000 P/E左右
TLC 3000 P/E 左右
QLC 1000- P/E

那么必然有人要问：现在的固态硬盘大多为 TLC，那是不是我只要将创建一个文件、删除一个文件一次进行 3000 次，那是不是这个单元就被我写废了？

显然不是。在主控芯片的部分有答案。

主控芯片

通俗的讲，主控就是实现文件读出和写入的操作的一个部件。但是实际上其功能远不止这些。

再次叠甲：虽然 U 盘本质和 SSD 是一样的，但是不是所有的 U 盘主控都能做到下面的内容。换言之，刚刚的操作会将比较差的 U 盘写坏。

Tips：下文中的“块”与“单元”不等价，望周知。

众所周知，4 KB 一般是一个块的大小。一个 1 B 的文件在大多数硬盘中也会占据 4 KB 空间，不信随便找个本地文件看下属性。

上面的问题。那个单元一般不会 GG，因为主控的实现。

在实际操作过程中，主控如果发现了这样的~~熊孩子~~行为，会实现这样的过程：比如第一次，将文件写入第一个块，第二次写入第二个块，以此类推，以避免一个块磨损过多（否则可能一个硬盘已经写废了，但是最后一个块没动过一次）。大多数主控，甚至在盘快要被写满的过程中再进行这样的操作，也可以通过迁移此前的冷数据，使得对不同块的磨损也尽量一致。

除此之外，主控还起着维护分区表、文件表、优化性能的作用。

内存颗粒（缓存颗粒）

这里指的是 DRAM 颗粒（就是内存条上的颗粒），不是闪存颗粒（NAND）。

首先辟个谣，内存颗粒主要放的是文件和分区表的备份，所以一般有缓盘中内存和闪存比基本严格控制在 1:1024。基本内存颗粒不做缓存使用（否则文件完整性可能会受影响）。缓存实际上是主控芯片在闪存中开了一块非专用区域，其中存储格式临时改为 SLC 模式，从而使得一些容量较小或者是 TLC 和 QLC 颗粒的硬盘写入不至于太拉跨。无缓盘在一定情况下可以利用 PCIe 借口向主机借点内存用用，行使同样的功能；或者直接在闪存上修改。无缓盘容易 GG 跟无缓无关，大多是因为实现复杂和/或产品低端厂家不重视（那种无缓旗舰盘出问题的概率不比有缓盘高）。

选购原则

部分人认为 SLC 和 MLC 就是好，QLC 就是垃圾。但这个观点其实不太对。

刚刚是说前面两者的耐久非常非常好，但是这是在“理论情况下”。实际上，SSD 挂了 90\% 以上是主控芯片的锅或者是闪存芯片劣质的锅。真的能写到理论刷写次数的 SLC、MLC 或者 TLC 颗粒，肯定挂的不如主控芯片快。与其迷行颗粒类型，不如选靠谱点的厂家的靠谱点的型号来的对耐久有好处。现在 90\% 的 SLC 和 MLC 芯片都是二手货，被企业和前些年的虚拟货币折磨的快死了才出现在了市场上。同时由于闪存技术的改进，新的 TLC 耐久未必比老的 MLC 差。而且如果不是故意折磨硬盘，大多数人 90\% 的天数不会向硬盘写入超过 25 GB 的文件。主流的 512 GB TLC 颗粒硬盘标称寿命大多在 300 TB 以上，那么理论上可以写 12288 天也就是 33.6 年。所以追求高耐久正常情况下没什么必要，稳定性才是第一位的。