固态硬盘怎么越用越慢?固态硬盘也会变慢?固态硬盘变慢原因

固态硬盘怎么越用越慢?固态硬盘也会变慢?固态硬盘变慢原因

软件仓库woniu2024-01-21 0:01:3813A+A-

你家硬盘换固态了吗?


话说如今的硬盘市场,机械硬盘尸骨未寒,固态硬盘(SSD)进入接口混战:SATA 3黯然离场,M.2 NVMe渐成主流,PCI-E 4.0已经在路上……


固态硬盘怎么越用越慢?固态硬盘也会变慢?固态硬盘变慢原因

我们接着上一次和大家分享的《关于固态硬盘,你应该知道这些》,再来一个2.0进阶版!

海盗船PCI-E 4.0的2T固态

售价高达3,699


目前,市面上大部分固态硬盘(SSD)主要由主控、闪存和缓存构成。


和机械硬盘不同的是,SSD依靠电信号传输,主控能在极短的时间内,存/取在不同闪存颗粒上的多个数据,所以比机械硬盘的读写速度快上几百倍甚至更高。


构成是这么个构成,用起来怎么样又取决于“三大件”:主控、NADA闪存(颗粒)、固件算法。


机智的朋友要说了,那成,根据主控和颗粒去买不就完事了!还真不是,尴尬在于,市场已经充分竞争,如此关键的主控和闪存,各家之间都几乎一样!


这导致决定性能和稳定性差异的,主要是固件算法的不同;而这恰好是最难量化成指标、一眼看出个高低的。

群联主控、接口、TLC闪存等一目了然

但你无法比较固件算法


因此,挑选固态硬盘时,选择在这方面知名的品牌是很有道理的。固件的品质越好,整个SSD就越精确,越高效。目前具备独立固件研发的SSD厂商并不多,仅有英特尔、英睿达、浦科特、OCZ、三星等厂商。


注意,海盗船、金士顿这些都很有名,但不在这个列表中,显然不是这方面的“知名品牌”。


主控


主控芯片在SSD中的作用就跟CPU一样,主要是面向调度、协调和控制整个SSD系统而设计的。


主控芯片一方面负责合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷,另一方面承担了整个数据中转,连连接闪存芯片和外部SATA接口。


除此之外,主控还负责ECC纠错、耗损平衡、坏块映射、读写缓存、垃圾回收以及加密等一系列的功能。


主控的技术含量不低,能玩得转的没几家。目前主流的控制器有Marvell、SandForce、三星(自用)、Intel(自用)、JMicron、Indilinx(已被OCZ收购专用)、东芝等主控芯片。


国内的像台湾慧荣,虽然早期靠山寨起家,也一步步越做越好了。


NAND闪存


如果说主控是衡量一款固态硬盘的技术反面,那么颗粒就代表着产品的用料诚意度。目前全球生产NAND闪存芯片的厂商屈指可数:


1三星、2东芝、3闪迪、4镁光(英睿达)、5海力士、6英特尔。

闪存未来的出路:3D NAND


其中三星市场占有率第一,东芝颗粒应用最广泛。所以在最入门的硬盘选择中——比如只是想给老旧的电脑打打鸡血,我会推荐东芝的SATA 3硬盘,价格便宜,颗粒又能保证是东芝自家出品。


SSD用户的数据全部存储于NAND闪存里,它是SSD的存储媒介。SSD成本的80%就集中在NAND闪存上。NAND闪存不仅决定了SSD的使用寿命,而且对SSD的性能影响也非常大。


颗粒的传统分类:SLC、MLC、TLC。颗粒在很大程度上决定了SSD的性能和使用寿命。从“买SSD,七分是在买闪存”这一说法可见一斑。

简单来说,NAND闪存中存储的数据是以电荷的方式存储在每个NAND存储单元内的,SLC、MLC及TLC就是存储的位数不同。如上图,TLC虽然位数最多,但成本最低;SLC虽然位数最少,其实有自身的优点。


这个和内存条上的颗粒是一回事。金士顿能在过去价格死贵的情况下,依然独霸大半壁江山,很大原因在于,金士顿在颗粒上确实用得比较实在、不含糊。其他方面,其实和芝奇等其他牌子还真没区别……


当然,还有更不要脸的,颗粒也不过就是海力士和镁光的……却卖得比自家iPhone还贵:


固件算法


SSD的固件是确保SSD性能的最重要组件,用于驱动控制器。主控将使用固件算法中的控制程序,去执行各种复杂的任务。


和我们熟知的各种固件一样,当厂商推出了新版本的固件,也能通过手动升级,用上最新算法。


各家固件研发不同,所以,就算采用相同主控,各家SSD也可能表现出完全不一样的性能、耐久度。


固件通常是由厂商自行开发,并且会更新,和系统、驱动的更新一样,也会改善SSD性能和解决一些出现过的问题。


如果用数字来说,一块SSD中颗粒对性能的影响大约占60%,而固件与主控的影响会在20%左右。


开发高品质的固件不仅需要精密的工程技术,而且需要在NAND闪存、主控和缓存间完美整合。此外,还必须掌握NAND、半导体和控制器等领域的最先进技术。固件的品质越好,整个SSD就越精确、越高效。


再补充一下,固件在性能上的权重可能确实只有20%,但大厂在主控和颗粒上都无法含糊,导致了固件成了决定性的一环,与我们之前的说法并不冲突。


既然颗粒的权重高达60%

你好奇这里面的秘密吗?


闪存最初诞生于一块硅晶圆——插一句,牙膏厂英特尔最初就是做这个的。闪存芯片厂商根据检测结果切割,筛选出质量合格的晶片,然后进行封装,从而变成了我们熟见、俗称的闪存。


闪存颗粒自诞生以来,共经历了SLC、MLC、TLC、QLC四种类型。按照时间先后关系,SLC最老,QLC最年轻。它们长期并存,但目前应用的领域却大相径庭,这其中的原因与它们自身的特点息息相关。


在SLC闪存中,一个存储单元只能存储1bit(比特)的数据,也就是一个0或者一个1,所以一个存储单元只有两种状态。


在MLC闪存中,一个存储单元可以塞进2bit的数据,0和1可以排列组合,拥有10、11、00、01四种状态。

以此类推,到了最新一代QLC闪存,一个存储单元的存储状态高达16种,存储容量达到了SLC闪存的8倍。


但上帝打开一扇门的同时也为SSD关闭了另一扇们,闪存类型的更新,虽然带来容量上的大幅增长,却是以牺牲速度和寿命换取的。


不同于机械硬盘,SSD的闪存能够擦除和写入的次数有限,而这个次数就是闪存的寿命。当闪存的擦写次数达到极限的时候,闪存就会损坏,其中存储的数据就会丢失。

SLC闪存拥有100000擦写次数,而到了最新一代的QLC闪存,就只有1000次左右。在容量和使用情况相同的情况下,两者的理论寿命相差了整整100倍。


所以可以说,随着科技的发展,新一代闪存的性能反而倒退了。但这其实是市场的主动选择。SSD是最近几年来才开始普及消费级市场,在前面漫长的演进过程中,阻碍SSD普及的毫无疑问是价格。


而作为占据SSD绝大部分成本的闪存,降低它的成本是降低SSD价格的主要突破口,也是推动SSD大规模应用于消费级市场的前提。

能量君认为比较值得买的M.2固态

西数中端型号SN500


如今,可以欣喜地看到,相比搭载SLC闪存的SSD,使用TLC闪存的SSD的售价已经下降到人人都能负担的起。同时,就算寿命被打了折扣,如今的SSD仍能满足普通人使用,轻轻松松使用3~5年不成问题。


所以,如今SSD的主要问题已经不在寿命上,而是当它的容量快要被塞满的时候,运行速度的突然降低。


这个问题产生的原因,与闪存的擦写过程有关。不同于机械硬盘,SSD写入新数据时不能直接覆盖在旧数据上。在有新数据写入的时候,如果空间容量不够,SSD需要把旧数据回收,擦除再写入。这一过程就出现了写入放大。


写入放大意味着更复杂的步骤,更长的耗时以及更多的写入量。所以SSD如果塞得太满,无论是运行速度还是时候寿命,都会受到影响,不同程度下降。

绕不开的当今旗舰:三星970


那如何避免SSD因为数据存储过多

导致的性能下降?


入门级的SSD,通常会缩小其可用容量,通过预留出一部分空间避免SSD完全写满。这也是为什么市面上很多SSD的容量是240G或者480G而不是256G和512G的原因。


中高端SSD,则会另外搭载缓存来降低写入放大。例如影驰HOFPRO M.2 1TB就提供了高达1GB的超大缓存。


当然以上主要是SSD厂商采用的方法,对于我们来说,日常使用也要养成良好的习惯,对于不常用的文件及时清理,保障SSD有足够的空间满足日常的读写需求。


这种简单的“保养”,对于我们长期我的广大朋友来说,那都不是事儿~

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