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為工業系統選用合適的SSD

上網時間: 2012年04月17日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:固態硬碟  SSD  SLC  TLC  MLC 

作者:Roger Griesemer

Swissbit AG公司

直到最近,過高的入門成本仍然是工業固態硬碟(SSD)普及的最大阻礙,但歸功於價格的持續最佳化,SSD現正成為越來越流行的儲存介質。當決定購買SSD儲存設備時,要考慮幾個關鍵因素;但是,不同的儲存應用將決定使用不同的儲存方案。

過去幾年來,在越來越多的應用中,正越來越普遍地使用SSD,它大有取代傳統硬碟驅動器(HDD)之勢。在許多領域,主要是工業市場,SSD正取代傳統的儲存介質。特別是,小外型的SSD(如CF卡或SD卡),多年來業已在工業環境中證明了自己的價值。

SSD通常由下列關鍵元件組成:印刷電路板、控制器、韌體、記憶體(通常基於NAND快閃記憶體技術)以及可選的緩衝記憶體。對NAND快閃記憶體來說,其不同的儲存單元進入不同狀態,因此儲存了資訊。

SSD以全電子運作,因此與採用磁性旋轉碟片和讀/寫頭的傳統HDD不同,SSD對整個儲存空間的存取速度要快得多。因SSD在工作時沒有活動元件,所以在需要堅固耐用的工業應用中SSD更受青睞。

與HDD相較,SSD噪音低且更可靠、它還有高能效及抗衝擊和防震的特點。除此之外,比之HDD幾年的壽命,SDD的使用週期可達近10年;眼下,SDD的唯一缺點,是其更高的價格/密度比,但該比例在持續下降。例如,兩年前,標準的工業SSD的成本約為27美元/GB;眼下則僅為13美元/GB,且價格仍在下降。這是因為快閃記憶體元件的結構尺寸從60nm微縮至約20至40nm,並可能進一步微縮。雖然HDD的平均成本在0.10美元/GB水準(顯然便宜得多),但從總的擁有成本的角度看,SSD仍更勝一籌。

基於上述優勢,自動化工業界的許多應用都要求採用SSD;SSD最重要的優勢是能提供多年的可靠服務。

三種不同的固態儲存方案

但使用這些新奇的儲存方案,要求設計師考慮幾方面的問題,這是因為不同的SSD有不同的功能特性。作為一般規則,我們將快閃記憶體元件分為:單級單元(SLC)、多級單元(MLC)和新穎的三級單元(TLC)。 SLC型SSD,每個快閃記憶體單元儲存一位元;MLC型SSD,每個快閃記憶體單元儲存兩位元;TLCS型SSD,每個快閃記憶體單元儲存三位元。 因此,就相同的元件面積來說,MLC和TLC元件可比SLC元件保存更多資訊,因為它們的儲存密度更高。因為晶片面積是決定快閃記憶體成本的重要因素,所以MLC和TLC類SSD的價格低於SLC類SSD的。MLC SSD的平均成本是4美元/GB ,而SLC SSD的則約為13美元/GB。

但低成本也有不利的一面。它犧牲了元件的使用壽命週期、可靠性、速度和耐用性。MLC記憶體具有高得多的故障率,因此需要覆蓋範圍廣泛得多且倍加小心設計糾錯方法。

MLC驅動器受限於有限的程式擦除次數。供應商提供的大多數SLC快閃記憶體記憶體擦寫次數是100,000次,而MLC元件的只有1,000至3,000次。兩者在耐用性方面也有顯著差異。SLC方案能將資料可靠地儲存長達10年之久,而MLC方案的資料儲存時間最長才為一年。例如,對資料記錄或諸如用於作業系統開機啟動介質內靜態資料的唯讀應用來說,MLC的資料儲存時間顯然不夠長。

這些差異是技術性的。我們以以下簡化的例子予以說明。只能非滿即空的一玻璃杯水,可簡單清楚地顯示其目前的狀態——就像一個可以是0或1的SLC儲存單元。但像有四種不同“裝水量”的MLC設計,要評估玻璃杯內有0%、33%、66%或100%的水則更困難。而對可有8種狀態的TLC元件來說,狀態評估就變得更加困難(見圖1)。


圖1:單級單元(SLC)有兩種狀態(0或1);多級單元元件(MLC)有四種狀態;三級單元(TLC)則總計有關鍵的八個可能狀態用以評估。


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