SSD：Solid State Drive，固態(tài)硬盤，一種以半導體閃存（NAND Flash）作為介質(zhì)的存儲設備。和傳統(tǒng)機械硬盤 (Hard Disk Drive，下面稱HDD)不同，SSD以半導體存儲數(shù)據(jù)，純電子電路實現(xiàn)，沒有任何機械設備，這就決定了它在性能、功耗、可靠性等方面和HDD有很大不同。其實SSD的概念很早就有，但真正成為主流存儲應用還是最近10年的事情。記得筆者2008年初入SSD行業(yè)，那時候只有很少的幾家公司研發(fā)SSD，如今（2017年），已有成百家大小公司參與其中。無論是在消費級還是企業(yè)級市場，SSD已經(jīng)動了兩家HDD巨無霸公司西數(shù)(WD)和希捷(Seagate)的根基，正在取代HDD成為主流的存儲設備。

在SSD大行其道的今天，從事存儲行業(yè)的人如果不知道SSD，猶如“人不見陳近南，就稱英雄也枉然”。本章節(jié)將帶領大家初識“陳近南”。

1.1引子

先從開機速度說起。

過去，電腦啟動一般需要幾十秒甚至上分鐘。開機，出去倒茶，回來，電腦還在打轉轉。如今，使用了SSD后，開機只要幾秒鐘：開機，正起身準備去倒茶，開機助手就已經(jīng)提示你：本次開機8秒鐘，擊敗全國99%的用戶。算了，茶還是不倒了。

圖1-1 SSD開機時間統(tǒng)計（單位：秒）

速度快，是用戶在使用SSD過程中最為直觀的感受。那是什么成就了SSD的神速呢？除了速度快，相比HDD，SSD還有什么優(yōu)點呢？這就得從SSD的原理說起了。

SSD是一種以半導體為主要存儲介質(zhì)、外形和數(shù)據(jù)傳輸接口與傳統(tǒng)的HDD相同的存儲產(chǎn)品。目前主流SSD使用一種叫閃存的存儲介質(zhì)，未來隨著存儲半導體芯片技術的發(fā)展，它也可以使用更快、更可靠、更省電的新介質(zhì)，例如3D XPoint、MRAM等。由于當前業(yè)界主要使用的還是閃存，所以我們本書討論還是以閃存為主。

外觀上，加上鋁盒的2.5寸的圖樣，和2.5寸HDD外觀基本相同。除了有傳統(tǒng)HDD的2.5寸和3.5寸的外觀，SSD可以有更小的封裝和尺寸，如圖1-2中M.2接口的SSD。（關于SSD的接口形態(tài)，后續(xù)有詳細的介紹）。

圖1-2 SSD外觀（上：2.5寸盤；下：M.2 SSD）

SSD是用固態(tài)電子存儲芯片陣列制成的硬盤，主要部件為控制器和存儲芯片，內(nèi)部構造十分簡單。詳細來看，SSD硬件幾大組成部分：主控，閃存，緩存芯片DRAM（可選，有些SSD上可能只有SRAM，并沒有配置DRAM），PCB（電源芯片、電阻、電容等），接口（SATA、SAS、PCIe等），其主體就是一塊PCB；軟件角度，SSD內(nèi)部運行固件（Firmware, FW），F(xiàn)W負責調(diào)度數(shù)據(jù)從接口端到介質(zhì)端的讀寫，還包括嵌入核心的閃存介質(zhì)壽命和可靠性管理調(diào)度算法，以及其它一些SSD內(nèi)部算法。SSD控制器、閃存和固件是SSD的技術核心，后面章節(jié)會有一定深度的介紹。

圖1-3 SSD結構

前面講了當前SSD存儲介質(zhì)主要是閃存，先講一個基本概念，什么是存儲介質(zhì)?

圖1-4 存儲介質(zhì)分類

按物理材料區(qū)分為三大類：光學、半導體和磁性。光學存儲，就是大家之前都使用過的DVD、 CD等光盤介質(zhì)，靠光驅等主機讀取或寫入；在SSD出現(xiàn)之前，個人和企業(yè)的數(shù)據(jù)存儲還是HDD的天下，HDD是以磁性介質(zhì)存儲數(shù)據(jù)；SSD出現(xiàn)以后，采取的是半導體芯片作為存儲介質(zhì)，更快更可靠和更省電?，F(xiàn)在及未來技術變革最快和主要方向還是半導體存儲，從圖1-4可以看出半導體存儲芯片五花八門，目前可以看得出的主要方向還是閃存、3D XPoint、MRAM、RRAM等等。

當前閃存生產(chǎn)供應商主要有：Micron（美國美光），Samsung（韓國三星），SK Hynix（韓國現(xiàn)代海力士），Toshiba（日本東芝），WD & Sandisk（西數(shù)和閃迪），基本上這幾家壟斷了閃存市場，當然未來會有新的加入者，給用戶以更多的選擇。

1.2 SSD vs. HDD

傳統(tǒng)的HDD是“馬達+磁頭+磁盤”的機械結構，SSD則變成了“閃存介質(zhì)+主控”的半導體存儲芯片結構，完全不同的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)和讀寫方式。對比如下：

表1-1 HDD vs SSD結構對比

再看一下SSD和HDD物理結構的不同。

圖1-5 SSD vs. HDD結構