HDD?SSD?傻傻分不清楚 初步介紹固態硬碟的儲存原理

 

 

本刊雜誌從這一期開始將會特別企劃「SSD實驗室」這一個單元,對於儲存裝置來說,固態硬碟(SSD)算是一個相當年輕且有發展性的一種商品,雖然說以目前固態硬碟的價格容量比與傳統硬碟(HDD)

相較之下還是偏高許多,但是已經有不少幅度的降價了。對於一般的使用者來說,很多人根本不太了解或是根本不知道固態硬碟到底是一個怎樣子的東西,只知道固態硬碟單價高,不過好像效能比傳統硬碟好,而「SSD實驗室」就是基於這點,未來將會每期都介紹一點不同的概念,以期讓讀者對於這樣的一個產品有更加深入的了解。本期則是先概略的介紹一下固態硬碟的儲存原理及與傳統硬碟不同之處在哪裡,算是一篇基本的入門文章。

 
 
■     傳統硬碟的構造
 
HDD(Hard Disk Drive),也就是一般大眾所認知到的硬碟,而小編為了與固態硬碟能有較明顯的區別而大多稱作「傳統硬碟」。傳統硬碟由塗滿了磁性物質的碟片所構成,藉由讀寫頭去改變磁性物質的極性方式進而去紀錄資料,由圖可知,硬碟的內部構造其實相當的精密,讀寫頭是藉由碟片運轉時產生的氣流,利用白努力定律而「漂浮」在磁碟片上,其中的間隔距離是用奈米來做計算單位,比粉塵還要微小,一但讀寫頭與碟片直接接觸到的話將會毀損到上面的磁性物質,因此對於傳統硬碟來說,最怕的就是震動及撞擊了。不過傳統硬碟技術發展至今,已經有不錯防護措施了,再加上垂直寫入技術的成熟,磁密度大量提升,效能上也增進不少。
 
圖 / 傳統硬碟的內部構造
 
 
 
■     傳統硬碟不死-低價大容量的優勢
 
傳統硬碟至今已經有幾十年的歷史了,在基本架構及各項技術都相當成熟的現在,單位成本不斷地降低,現在零售市場的主流以售價二千元以下的1TB硬碟為主,然而2TB的產品也不過三千出頭,在幾年前,小編根本沒有想過硬碟市場會這麼快地就以「TB」作為計算單位了,實在是進步驚人。然而隨著高畫質影像及設備更加普及的現在,就更需要這種低價格但是高容量的儲存媒體了。因此對於一般使用者來說,低價大容量且效能也表現不錯,新一代的產品都還持續在進步的情況下,傳統硬碟還是儲存裝置上的首選。
 
圖 / 目前2TB的傳統硬碟未稅售價也不過三千台幣出頭而已
 
 
 
■     固態硬碟的儲存原理簡介
 
SSD(Solid State Disk or Solid State Drive),也就是一般所稱的「固態硬碟」。其實大家也不必將固態硬碟想得太複雜,就把它當成有高容量且速度快的大顆隨身碟就可以了,將固態硬碟拆開來裡面也不過是一片鑲有許多晶片的電路板而已。固態硬碟主要由控制器、儲存記憶體(FLASH Memory)所構成,快取記憶體(RAM)的部分則不一定都會有,看控制器本身的設計。固態硬碟是使用改變電壓值的方式來紀錄資料,記憶體顆粒主要有MLC(Multi Level Cell,多層式儲存)及SLC(Single Level Cell,單層式儲存)兩種,大致上來說MLC比起SLC的讀取速度並不會落差太大,但是在寫入上就來得比較慢,使用壽命也較短,不過MLC類型的記憶體顆粒優點是每個儲存單元能儲存多個電壓值,也就是說每個單位上能儲存的資料就更多,因此可以有較低的成本,在市面上的產品大多都是MLC顆粒的產品。而SLC在寫入速度上明顯比MLC要來得更快,且能源使用上更有效率,還能提供比MLC更多次的反覆資料寫入次數,但是單價較高。在記憶體顆粒的部分,日後也會另外特別加以介紹。
固態硬碟的一個儲存槽以4KB作為單位,每個儲存槽有固定的寫入次數限制,當一個儲存槽的壽命到達上限之後,將會產生整個記憶體單元無法被寫入及讀取的情形。而對於傳統硬碟來說雖然也會有磁性物質失效的問題,但是磁性物質失效之後硬碟的內部管理會將那一個磁區標記起來,不讓資料繼續讀寫到那一個磁區,但是其餘部分還是可以正常使用,因此在早期固態硬碟推出的時候,大家在擔憂以及討論的就是在於使用壽命的問題。但是以現在記憶體顆粒的製程以及控制晶片資料管理能力進步的情形下,使用壽命的問題已經不再令人擔憂。
 
 
圖 / 把一個固態硬碟完整拆開之後也只不過如此,構造非常簡單。
 
 
 
■     固態硬碟效能差異大,採購時請注意
 
採購固態硬碟時,通常盒子上標記的都是最大資料傳輸速率,有的也會標記連續傳輸以及4KB IOPS數據,在小編看來4KB的IOPS會比較來得重要,雖然說通常實測之後都達不到廠商宣稱的那個數字,不過會想要購買固態硬碟的使用者大多是想要作為系統碟來使用,這樣每秒進出的4KB資料量就會是一個重點了,畢竟NTFS格式預設的叢集大小以及固態硬碟的儲存單位都是4KB。就算是包裝上並沒有寫,而這些數據在廠商的官方網站也都可以查得到。
然而標示的數據卻不能完全代表這個固態硬碟的好壞,就以小編的經驗而言,控制器管控資料讀寫方式的好壞真的會造成在當做系統碟時效能落差很大,對於使用壽命的掌控上,控制器更是最關鍵的因素,因為控制器必須要將資料分配給還未寫入過或是寫入次數較少的儲存槽上,以平均整體的寫入次數。另外的要點就是必須要將主機板SATA的模式設在「AHCI」的狀態下,這方面請參考本期的另一篇特別企劃:「開機速度誰最快-作業系統碟的最佳選擇」,附帶一提的是,對於有支援NCQ指令集的傳統硬碟,也要在AHCI模式下才能開啟這些進階SATA功能。
 
圖 / 固態硬碟內部必須要有一個控制器存在,而控制器的好壞也影響效能及使用壽命甚大。
 
 
 
小編在這邊擺了兩張測試圖來讓讀者了解一下所謂的標示數據與實際效能上的差異,光以「Seq」連續讀寫效能上絕對是左邊要來得比右邊的產品要好上許多,但是讓我們觀察一下4K QD32這個對於作為作業系統碟影響較大的測試項目,很明顯的右邊的產品卻比左邊的產品要強上許多,在實際安裝完作業系統之後使用的開機速度及順暢度上的表現也絕對是右邊產品要好上許多。然而在產品標示上呢?通常都只會標出第一個數據,這樣一來,沒有看過這一個測試的你,一定會毫不猶豫的買了左邊的產品吧?回家使用之後卻得不到應有的效能,因此在有預算想要購入固態硬碟使用之前,真的要先多做做功課才行。
 
 
/ 由測試軟體可知,固態硬碟的特性落差很大。
 
 
 
■     固態硬碟比較省電?這部分還必須要再被探討
 
想當初Intel這一個強力發展固態硬碟的公司所發布的SSD優勢中有提到,比起2.5吋同樣使用5V電源供應的傳統硬碟來說,固態硬碟在消耗的功率上會要來得節省很多,但是在目前的產品上以及實際使用上卻並不是有那麼大的優勢存在,甚至於有的2.5吋7200轉傳統硬碟在額定的電流消耗上還比固態硬碟要來得少。小編這邊就找了一個例子,以Seagate Momentus 7200.4 500GB的傳統硬碟,轉速高達7200轉的情形下,所需電流竟然只要0.451A而已,比起對照組的Kingston SSDNOW V+ 64GB的0.5A還要來得少。
 
/ 2.5吋傳統硬碟所需電流-0.451A
 
 
 
/ 固態硬碟所需電流-0.5A
 
 
 
■     固態硬碟是儲存裝置中還有相當發展空間的產品
 
整體來說,固態硬碟是一個還有許多進步空間可以發展的產品,就像是當初的記憶體一樣吧,在技術不斷的成熟之後,降價的空間也會非常的大,小編在這邊真的非常地期待未來會有平價固態硬碟時代的產生,然而會能夠完全取代掉傳統硬碟嗎?小編不能夠判定說目前儲存裝置的各項技術在未來會有怎樣突破性的發展,說不定還會有另一種儲存媒體的產生,畢竟世事難預料阿,尤其是科技產品的發展,不過以目前的情形來說,傳統硬碟還是有相當地價格及容量優勢存在,想要完全取代掉,可能要花上許多時間吧。

而前面文章中介紹到的如記憶體顆粒的不同、控制器、AHCI模式對SSD在傳輸上造成的差別,甚至於以4KB為儲存單位在SSD上會產生怎樣的影響,在之後也會一期一期地慢慢做深入的探討,敬請期待。

 

  


 

急速狂飆!超越SATA 6Gbps頻寬的傳輸效能OCZ RevoDrive X2 240GB PCI-E SSD

   

  • 廠商名稱:大衛肯尼有限公司        網  址:www.cyberslim.com.tw       聯絡電話:(02)2571-0580       建議售價:NT$28,900

 

小編於159期曾經報導過OCZ RevoDrive 50GB PCI-E SSD,其驚人的實際資料傳輸效能高達了讀取:500MB/s、寫入450MB/s以上的成績,而建議售價8500元新台幣的價格,實在是讓小編很想敗一張回家玩玩,單價看似高了些,但是有這樣的高效能表現反而算是很超值。而在當初RevoDrive推出的時候就有耳聞會有雙層的版本,畢竟在電路板上預留了四組運作時的燈號,也有空焊的連結槽存在,幾個月之後,小編手上果然就出現了這張RevoDrive X2阿!實在是很令人期待它的效能表現是否會更上一層樓,在本期的特別企劃-「作業系統碟的最佳選擇」中也還有RevoDrive 120GB版本的效能測試數據,讀者們可以加以參考,如此就能夠瞭解到這兩種版本的差異了。

 
 
■     由四個固態硬碟區域來組成RAID 0
 
首先,產品的雙層結構可不是為了組成大容量,但是卻沒有空間擺上那麼多的記憶體顆粒所以才會設計成雙層的方式。小編將它拆開分離之後,可以讓讀者更加地清楚看到的確是有四個SandForce控制器存在,也就是說它是由四個SSD區塊所構成的。在開機的時候會抓到卡片上的磁碟陣列BIOS,使用的RAID晶片為Silicon Image SiI3124,並且可以看到RAID 0的組態下有四個裝置。由之前RevoDrive的經驗可以知道,兩個SSD做成RAID 0已經是效能驚人了,那麼這次更加的使用了四組來架設,相信表現會更佳地亮眼。
 
圖 / 把RevoDrive X2的上層拆離之後的樣子,可以看到總共有四個控制器,也就是擁有四個SSD區塊。
 
 
 
圖 / 上層卡的特寫,多了一片,效能增加快約1.5倍。
 
 
 
圖 / 產品形象貼紙的下面就是Silicon Image SiI3124 RAID晶片
 
 
 
■     SandForce+Intel=效能的保證?
 
RevoDrive X2 240GB官方公布的最高讀取為740MB/s、寫入為720MB/s,4KB隨機存取的IOPS則高達了120000的驚人數據。然而小編在實測之後,最高檔案傳輸的存取效能以及4K QD32、4K-64Thrd方面的確是都有很不錯的數字展現,詳細可以參考測試數據表。而會有這樣亮眼的傳輸成績,除了RAID 0的架設之外,SandForce的控制晶片加上Intel的MLC記憶體顆粒更是關鍵因素,在市面上許多效能表現良好的固態硬碟,都是使用這種的搭配方式。而這一張的四個SandForce控制晶片看得出來都是重新標示為SF-1222TA3-SBH的,仔細觀察其實可以發現原本的數字可是SF-15xx呢!估計是SF-1200系列供不應求,所以才會把更高階的SF-1500系列控制晶片重新標示之後來使用吧。
 
圖 / 看得出來重新標示過的SandForce SF-1222TA3-SBH控制晶片
 
 
 

圖 / Intel的MLC類型記憶體顆粒,型號為29F32G08AAMDB。

 

 

電腦DIY測試平台

處理器

AMD Phenom II X2 555@3.2GHz

主機板

ASRock 890GX Extreme4

顯示卡

GIGABYTE HD5870SOC 1GB RAM

記憶體

Kingston HyperX DDR3-2133@1600MHz 2GB x2

儲存裝置

OCZ VERTEX 2 SSD 40GB

作業系統

Windows 7 Ultimate 64bit

電源供應器

海韻X-650W 80PLUS金牌

測試軟體

ATTO Disk Benchmark v2.46
CrystalDiskMark 3.0.0e
AS SSD Benchmark v1.5.3784

 

 

 

 

■     使用PCI-E x4的介面來獲得更多傳輸頻寬
 
由前面的測試數據可知,最大的檔案讀取效能可達742.217MB/s的成績,這也就是它為什麼要設計成PCI-E x4介面的關係了。一般來說,SATA 6Gbps雖然最大能夠有750MB/s的頻寬,但是因為種種因素影響之下,實際能夠使用到的頻寬大約只有八成左右,也就是600MB/s,如此一來根本無法完全發揮這一個固態硬碟的效能,然而PCI-E x4 Gen1.1的介面提供了雙向2000MB/s的頻寬,這樣的頻寬就非常夠用了。而在PCI-E的部分則是有一個Pericom PI7C9X130的橋接晶片存在,將其實應為PCI-X介面的Silicon Image SiI3124磁碟陣列晶片轉接為PCI-E x4來使用。
 
圖 / Pericom的PI7C9X130 PCI-X轉PCI-E橋接晶片
 
 
 
■     PCI-E介面的固態硬碟是好物,但期待有降價空間
 

從OCZ的官方網站可以看到RevoDrive X2的最高容量產品高達了960GB,相當於是一個1TB傳統硬碟的容量了,但是可想而知的是,售價一定是天價,而且市場上也幾乎買不到,這就是目前高效能固態硬碟的缺點所在,尤其是這樣PCI-E架構的產品。PCI-E x4的傳輸介面不只有更高的頻寬可以使用,也少了SATA傳輸線的影響,小編真的很欣賞這樣子的一種儲存裝置,但是也只能衷心的期盼它有朝一日可以降到一般玩家都可以入手的價格。

 

 

規格

 

容量

240GB

介面

PCI-E x4 Gen1.1

記憶體顆粒

MLC NAND FLASH

SSD控制器

SandForce SF-1222

緩衝記憶體

內建於控制器中

尺寸

181.07×126.39×21.59mm

保固

原廠三年

 

 


 

立刻使用效能改良款的固態硬碟吧!Kingston SSDNOW V100 128GB SSD

 

 

 

  • 廠商名稱:遠東金士頓股份有限公司      網  址:www.kingston.com/taiwan      聯絡電話:0800-666-220       建議售價:NT$待補

 

 

金士頓SSDNOW系列固態硬碟在市場上一直頗受好評,除了挾帶著世界第一大記憶體廠商的名聲以及不錯的性價比之外,在市場上的能見度夠高也是消費者選購的因素之一。眼尖的消費者會或許會在目前的標籤上發現多了一排「100」的標誌,這代表著是新一代的改良款系列,除了2.5吋的V+100及V100之外,上一期也有介紹過1.8吋的V+180。現在就來看看這次送測的V100 128GB有什麼進步之處吧。
 
 
■     日系TOSHIBA的控制器及記憶體
 
SSDNOW系列目前大多使用TOSHIBA的記憶體及控制器,連電路板上的貼紙都直接貼了TOSHIBA的標籤,但早期也有使用SAMSUNG全韓製的產品存在。上一代的控制器為日本製,而小編手上的這款V100則全是台灣製的晶片,連整體封裝都在台灣,不過控制器本身與上一代不同,型號為TC58NCF618GBT,改良了部分的傳輸效能。
 
圖 / 台灣製的TOSHIBA固態硬碟控制器
 
 
 
圖 / 使用正反兩面各八顆記憶體的配置
 
 
 
■     新的V100系列改良了小檔案寫入效能
 
V100與上一代V系列的快取記憶體同樣保持在64MB的大小,手上的產品為MIRA P3R12E4JFF-G8E記憶體顆粒,新控制器對於連續讀寫效能上都增進不少,但是對於在4K QD32、4K-64Thrd的寫入速度及IOPS表現都比擁有128MB快取的上一代V+還要強,V+寫入方面測試數據為4K QD32:15.89MB/s、4K-64Thrd:6.30MB/s、4K-64Thrd IOPS:1612,讀者可以與這次的測試數據表相做比較。金士頓SSDNOW V100系列可以說是市場上平價固態硬碟的好選擇,64GB單顆無任何配件的版本,零售未稅價才3500以下,在這邊供作採購的參考。
 

圖 / 快取記憶體與上一代同樣為64MB的大小

 

 

電腦DIY測試平台

處理器

AMD Phenom II X2 555@3.2GHz

主機板

ASRock 890GX Extreme4

顯示卡

GIGABYTE HD5870SOC 1GB RAM

記憶體

Kingston HyperX DDR3-2133@1600MHz 2GB x2

儲存裝置

OCZ VERTEX 2 SSD 40GB

作業系統

Windows 7 Ultimate 64bit

電源供應器

海韻X-650W 80PLUS金牌

測試軟體

ATTO Disk Benchmark v2.46
CrystalDiskMark 3.0.0e
AS SSD Benchmark v1.5.3784

 

 

 

 

 

規格

 

容量

128GB

介面

SATA 3Gbps

記憶體顆粒

MLC NAND FLASH

SSD控制器

TOSHIBA

緩衝記憶體

64MB

尺寸

69.85x100x9.5mm

保固

三年

 

 

 

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