2023年,SSD固态硬盘技术科普及选购指南

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2023年,SSD固态硬盘技术科普及选购指南

2023-04-17 18:03| 来源: 网络整理| 查看: 265

2023年开始,固态硬盘有了非常大的降幅,入手的好时机。

本文较长,后面含大量技术科普内容,建议点赞收藏,方便后期查阅。

SSD硬盘简介

SSD使用电子芯片存储数据,没有HDD的机械式部件,因此在速度、时延、功耗、抗震等方面,与HDD相比有碾压式优势。

机械硬盘是以磁性存储介质来存储数据的;固态硬盘出现以后,采取的是半导体芯片作为存储介质。

SSD固态硬盘主要包括控制器、闪存和固件,这是SSD的三大核心技。

HDD,SSD,M.2 NVME开机启动速度对比TOP10固态硬盘推荐,不踩坑清单

SSD价格变动频繁,显示的链接价格可能不准,对有兴趣的硬盘,可以点击链接查看实时价格。

PCIe 4.0

三星(SAMSUNG)1TB SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议PCIe 4.0 x4) 990 PRO (MZ-V9P1T0BW)

三星 980 PRO (MZ-V8P1T0BW) 1TB SSD M.2接口(NVMe协议) PCIe 4.0

希捷(Seagate) 1TB SSD固态硬盘 M.2 NVMe PCIe4.0x4 希捷酷玩530 游戏 高速 大容量 FireCuda ZP1000GM3A013

西部数据(Western Digital)1T 笔记本台式机SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议) WD_BLACK SN850X PCIe Gen4

SOLIDIGM P44 Pro 1TB 高性能版SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议 PCIe4.0*4) SK海力士

金士顿KC3000系列 1TB SSD M.2接口(NVMe协议 PCIe 4.0×4)

英睿达(Crucial)美光1T SSD固态硬盘M.2接口(NVMe协议 PCIe4.0*4) P5Plus 游戏高速 美光出品 PS5拓展

京东京造 1TB SSD M.2接口(NVMe协议)PCIe4.0四通道 9系列

PCIe 3.0

三星 980(MZ-V8V1T0BW)1TB SSD M.2接口(NVMe协议) PCIe3.0

三星 970 EVO Plus(MZ-V7S1T0B) 1TB SSD M.2接口(NVMe协议) PCIe3.0

京东京造 1TB SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议)PCIe3.0四通道 5系列(JZ-SSD1T-5)

SATA

三星870 EVO(MZ-77E1T0B) 1TB SSD固态硬盘 SATA3.0

英睿达 MX500系列 1TB SSD固态硬盘 SATA3.0

SSD技术原理科普SATA和PCIe的区别

SATA是一种物理接口类型,执行的AHCI协议标准,是目前最为廉价和常见的固态硬盘接口,缺点便是有着6Gbps的极限读写限制,无法满足专业领域对于无延时、极致读写的要求。

PCIe 一直是连接高速外围设备与计算机主板的标准接口。在物理表现上就是主板上那些PCIe接口,能够直接连接CPU,因而几乎没有延时,PCIe还可分为X2/X4/X8/X16。目前主要分为PCIe 3.0和PCIe4.0。PCIe 4.0 数据速率是 PCIe 3.0的两倍。

NVME和AHCI的区别

NVME和AHCI一样,都是逻辑设备接口标准,并不是接口,不是接口,不是接口。NVMe即Non-Volatile Memory Express,是非易失性存储器标准,是跑在PCIe接口上的协议标准。对于SATA设备来说,使用AHCI模式是正确的选择,可以在主板BIOS中将SATA控制器模式切换为AHCI,可以发挥更好的性能。

PCIe3.0和4.0的最大带宽是多少?

PCIe 设备使用“通道”收发数据,因此,PCIe 设备可使用的通道越多,带宽可能越高。PCIe 设备支持的通道数量通常表示方式为:“x4”代表 4 个通道”,“x8”代表 8 个通道,以此类推。

PCIe 4.0 向后兼容吗?

PCIe 4.0 向后兼容,因此,连接 PCIe 3.0 系统的 PCIe 4.0 设备会以 PCIe 3.0 速度运行。这意味,如果你现在购买 PCIe Gen NVMe 4 固态硬盘,即便当前系统不支持 PCIe 4.0,也可以立即在系统中使用。如果你在今后升级为 PCIe 4.0 系统,则可以释放你的 PCIe 4.0 NVMe 硬盘的全部性能。

SSD的外形尺寸与接口

在选购SSD硬盘时,主要考虑哪些?一,主板支持的接口

1,老电脑升级(主板不支持M.2接口),就可以选择SATA固态硬盘。2,最近几年的新电脑,主板基本都是支持M.2 NVMe的,预算充足可以直接上M.2接口(NVMe协议) ,PCIe 4.0的固态硬盘。3,如果对速度没有极致的追求,又想控制成本,可以选择M.2接口(NVMe协议) ,PCIe 3.0的固态硬盘。

如果主板支持M.2接口(红色框中部分),优先选择M.2接口的硬盘。通常主板上还有几个信息,2280,2260,2242或者有的主板是80,60,42,这是固定硬盘螺丝的位置。对应的是固态硬盘的长度

通常,M.2 SSD宽22毫米,长60毫米或80毫米,不过,卡片的长度会有所不同。卡片大小由四位或者五位数字标识。前两位数字是宽度,其余数字是长度。更长的M.2 SSD通常可以容纳更多的NAND芯片以提供额外的容量。2280,为 宽 22毫米× 长 80毫米2260,为 宽 22毫米× 长 60毫米2242,为 宽 22毫米× 长 42毫米2230,为 宽 22毫米× 长 30毫米22110,为 宽 22毫米× 长 110毫米

M.2接口分两种类型,分别支持SATA通道和NVME通道。在传输速度上,M.2 SATA的读写速度和2.5英寸SSD差不多,差别只在接口不同而已;NVMe PCIe SSD的读写速度平均高达3500和3000 MB/s,比前面提到的其他类型的SDD快得多。1,M.2 SATA支持2个key,Key M + Key B。2,M.2 NVMe将只有一个Key M。

走SATA通道,数据会先从硬盘读取到内存,然后提取数据到CPU内部计算,计算之后写入内存,最后才存储到硬盘中。但走NVME通道,数据可以直接通过总线和CPU相连,省去了内存调用硬盘的步骤,所以全过程较为通畅,速度也就更快些了。

二、闪存(NAND)颗粒

NAND 是一种非易失性闪存,可在未连接电源时存储数据。断电后保留数据的能力使得 NAND 成为内置设备、外置设备和便携设备的理想选择。不同类型之间的区别在于每个单元可以存储的位数。位代表电荷,电荷只能存储 0 和 1 两个值(代表开/关)中的一个。各种 NAND 类型之间的关键区别在于成本、容量和耐久性。耐久性是由一个闪存单元在开始磨损前可以完成的程序擦除 (P/E) 周期数量决定的。一个 P/E 周期是指擦除和写入一个单元的过程,NAND 技术支持的 P/E 周期越多,设备的耐久性越高。NAND 闪存的常见类型是 SLC、MLC、TLC 和 QLC。

SLC(Single Level Cell,简称SLC)

单级单元闪存俗称SLC,这种类型的闪存在读写数据时具有最为精确,并且还具有持续最长的数据读写寿命的优点。SLC擦写寿命约在9万到10万次之间。 这种类型的闪存由于其使用寿命,准确性和综合性能,在企业市场上十分受众。 但由于储存成本高、存储容量相对较小,在家用市场则不太受青睐。优点:

读写速度最快的NAND闪存芯片规格。与任何其他类型的闪存相比,擦写寿命和读写循环的周期最长。读取/写入错误的发生几率更小,并可在跨度更大的温度范围内正常运行。

缺点:

市场上最昂贵的NAND闪存类型。通常只有較小的容量。

建议使用对象: 需要大量读取/写入周期的工业级负载,例如服务器。

MLC(Multi Level Cell,简称MLC)

多级单元俗称MLC,它的命名来源于它在SLC的1位/单元的基础上,变成了2位/单元。 这样做的一大优势在于大大降低了大容量存储闪存的成本,因为闪存作为SSD的核心,其生产成本通常都会反映在SSD的价格上并最终转嫁到消费者的身上。对于消费类SSD,凭借相对合理的容量/价格比,MLC闪存是家用电脑的首选,虽然擦写寿命只有约1万次,但对于家用级别来说已经十分足够。优点:

扩展的SSD的容量,也拥有合理的性价比。比TLC闪存表现更加稳定。

缺点: 不如SLC闪存那般耐用可靠。建议使用对象: 较频繁地使用电脑的用户或游戏玩家。

TLC(Triple Level Cell,简称TLC)

TLC闪存是闪存生产中最低廉的规格,其储存达到了3位/单元,虽然高储存密度实现了较廉价的大容量格式,但其读写的生命周期被极大地缩短,擦写寿命只有短短的500~1000次,同时读写速度较差,只适合普通消费者使用,不能达到工业使用的标准。优点: 较低的生产成本开启了廉价大容量SSD市场。缺点:

与SLC、MLC相比,储存SSD颗粒的擦写寿命要短得多。理论上读写速度与SLC、MLC相比最慢。

建议使用对象: 对存储需求不大的轻度使用需求的电脑用户,比如只使用上网、邮件等简单功能的上网本、平板。

QLC(Quad-level cells,简称QLC)

QLC每个SSD颗粒可储存4bit数据,跟TLC相比,QLC的储存密度提高了33%。 QLC不仅能经受1000次编程或擦写循环(与TLC相当,甚至更好),而且容量提升了,成本也更低。优点: QLC总成本更低,进行存储时依靠更少驱动器来实现。 此外,QLC还具有更多容量,储存密度高,从而获得更好的效益。缺点:与SLC、MLC相比,QLC的性能和写入寿命有所降低,但与TLC相当。建议使用对象:比较适合把QLC SSD作为数据仓库的用户。 如果你对档案信息存储量的需求较大、平时对电脑进行轻度使用(写入操作少)、或者追求较低价格,建议选用QLC。

3D NAND

近十年来,3D NAND 是闪存市场最大创新之一。闪存制造商开发了 3D NAND 来解决缩小 2D NAND 时面临的问题,从而以更低成本实现更高密度。在 2D NAND 中,用于存储数据的单元水平并排放置。这意味着,可用于放置单元的空间量有限,试图缩小单元则会降低其可靠性。因此,NAND 制造商决定在另一个维度叠放单元,从而促成纵向叠放单元的 3D NAND 的产生。更高存储密度可实现更高的存储容量,同时不会导致价格大幅上升。3D NAND 还提供更高的耐久度和更低功耗。

三,固态硬盘主控主控的品牌

主控市场目前可以说被四大品牌垄断,分别是慧荣、群联、Marvell、三星。由于主控相当于电脑的CPU,其通过固件对固态硬盘进行管理,所以主控性能的优劣直接影响了固态硬盘整体的性能表现。所以目前市场上流通的固态产品,基本上都是这四家的主控,其中三星的主控自产自销,所以只能在其对应产品上见到。剩下的三个品牌中,主控Marvell性能比较好,一直是主控市场上性能的佼佼者,当然价格也比较贵,但用过Marvell主控的消费者都称赞其性能及稳定性。其次是慧荣和群联,慧荣主控的市场主要在主流及以下的固态产品上,以不错的性能和低廉的价格为主要特点,整体较为平衡。群联主控则算是这几款主控中的性价比比较好,在中低端市场表现也不错。

主控的作用

主控首先就是一个执行固件代码的嵌入式处理器,用来控制闪存颗粒的存储单元连接到电脑。其具体的作用表现在以下三点:

合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷,让所有的闪存颗粒都在一定的负荷下正常工作,协调和维护不同区块颗粒的协作,减少单个芯片的过度磨损承担数据中转,负责连接闪存芯片和外部的接口负责固态硬盘内部的各项指令,比如trim、错误检查和纠正、磨损均衡、垃圾回收、加密等。三,硬盘性能指标

顺序读写  在所有测试软件中,最高的那个速度成绩,一般被叫做顺序(Sequential,简写为Seq)读取/写入速度,也就是数据都集中在一起、排好了队、按照最优化的速度读写,这是SSD最好的状态。在干净SSD里刚装好的操作系统、大型游戏、大型文件等,在前几次使用时应该能有近似的速度。

随机读写  与之对应的当然就是随机(Random,简写为Ran)读写了,用了一段时间的SSD,大部分数据都零散地存在各个地方,这时体现出的速度就是随机读写了,它当然比顺序读写差一些。杂牌SSD的软件开发能力差,数据整理做得不好,这项得分在使用后会快速下降。

4K读写  4K读写主要指的是小文件,它们都是东一个西一个的,总是让控制器忙得不可开交,所以读写速度当然也最差。有些SSD写入时先数据拷贝到高速缓存里,所以速度比读取要更快。在我们打游戏、写文档、做设计的过程中,硬盘更多的工作都是一些小数据的存取,所以这个速度决定了我们使用中是否会有很小的卡顿。

IOPS值  在一些测试中还会看到IOPS值,它是每秒对SSD的操作数,也影响着数据存取会不会卡顿,比如IOPS很高的话,4K读写速度也自然会比较快一些。为了提升IOPS,SSD大都支持多线程和队列,也就是同时处理多个数据,并且让数据排队。所以线程(T)队列深度(Q)越大,通常IOPS和速度也就越高。

四,SSD使用寿命和质保

衡量SSD寿命主要有两个指标:一是DWPD(Drive Writes Per Day),即在SSD保质期内,用户每天可以把盘写满多少次;另一指标是TBW(Terabytes Written),在SSD的生命周期内可以写入的总的字节数。

DWPDDWPD全称为Drive Writes Per Day,即每日全盘写入次数,指在预期寿命内可每日完整写入SSD固态硬盘所有容量的次数。在企业级固态硬盘产品里DWPD这个参数比较常用。比如intel的企业级P4500这一款,DWPD为4.62,也就是说,按照5年的保修期计算,用户每天可以把硬盘写满4.62遍,足以胜任服务器这种需要大量数据写入的应用场景。

TBWTBW可以拆开来看,TB代表数据量,W(Written)代表写入,组合起来就是多大的数据写入量,这个写入量不是对闪存的写入量,而是电脑对硬盘的写入量,也就是CDI中的那个“主机写入量总计”。而这个数据一般厂商用来确定保修寿命,以三星970 EVO Plus 500GB这款SSD为例,它的保修条款写的是“5年或300TBW”,也就是说保修条款有2条限制:5年时间、或硬盘总共写入300TB数据,达到任一一条,厂商就不再提供保修服务。

SSD推荐区,固态硬盘选购指南

预算充足,对速度有极致的追求,就选PCIe4.0 M.2的固态。不过PCIe4.0需要配套的主板和cpu支持才能发挥最大速度。如果价格比如敏感,可以选择PCIe3.0,现阶段性价比非常合适。主板如果不支持M.2接口就选SATA固态。

PCIe 4.0

三星(SAMSUNG)1TB SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议PCIe 4.0 x4) 990 PRO (MZ-V9P1T0BW)

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC三星PCIe 4.07450MB/s6900MB/s6005年

990 PRO在PCIE 4.0的速度上大幅提升,随机读写速度高达1400K/1550KIOPS,比980PRO快40%和55%。顺序读写速度高达7450/6900MB/s,接近PCIE 4.0的理论峰值。在游戏、视频和3D编辑,数据分析领域都能大展拳脚。

三星 980 PRO (MZ-V8P1T0BW) 1TB SSD M.2接口(NVMe协议) PCIe 4.0

接口类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长质保时长M.2 2280三星PCIe 4.07000MB/s5100MB/s6005年5年

980PRO搭载了三星专为PCIe4.0 SSD定制的内部控制器,对速度进行了优化。顺序读写速度可达7000MB/s和5100MB/s。使用了TLC闪存颗粒,性能暴涨的同时,降低了价格。三星魔术师固态硬盘管理软件,可以提供个性化的固件检查。

希捷(Seagate) 1TB SSD固态硬盘 M.2 NVMe PCIe4.0x4 希捷酷玩530 游戏 高速 大容量 FireCuda ZP1000GM3A013

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC群联(Phison)PCIe 4.07300MB/s6900MB/s12755年

最大连续读取性能7300MB/s,固态存储领域顶尖水准。超长的质保时间,更重要的是,希捷提供3年内原厂数据恢复1次。

金士顿KC3000系列 1TB SSD M.2接口(NVMe协议 PCIe 4.0×4)

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC群联(Phison)PCIe 4.07000MB/s6000MB/s8005年

主控为群联PS5018-E18,控制器PCIe 4.0 x4 NVMe, 闪存颗粒美光的 176L TLC NAND 闪存。顺序读写速度可达7000MB/s和6000MB/s。KC3000 带有石墨烯散热。

西部数据(Western Digital)1T 笔记本台式机SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议) WD_BLACK SN850X PCIe Gen4

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC西部数据PCIe 4.07300MB/s6300MB/s6005年

SN850X通过调整后台功能以很大限度专注游戏,缩短延迟。升级版Game Mode 2.0能够通过监测,自动开启及关闭游戏模式。顺序读取速度 7300MB/s,顺序写入速度 6300MB/s,随机读取速度 800k IOPS,随机写入速度 1100k IOPS,耐久性 600 TBW。

SOLIDIGM P44 Pro 1TB 高性能版SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议 PCIe4.0*4) SK海力士

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280SK hynix 176L TLCSK hynix AriesPCIe 4.07000MB/s6500MB/s7505年

Solidigm是SK海力士收购因特尔NAND闪存和SSD业务后,推出的品牌。整合了因特尔和SK海力士的核心技术。 一样支持 AES-256 加密。P44 PRO优化了固态硬盘的节能和散热效率,有助于避免因为过热而导致的固态硬盘“降速”

英睿达(Crucial)美光1T SSD固态硬盘M.2接口(NVMe协议 PCIe4.0*4) P5Plus 游戏高速 美光出品

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC美光PCIe 4.06600MB/s5000MB/s6005年

采用Micron 美光176层TLC NAND创新技术,更快更耐用。相比于美光96层大容量浮雕型NAND,176层NAND能够降低读写延迟35%,提高传输速度33%。

京东京造 1TB SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议)PCIe4.0四通道 9系列

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC英韧科技(INNOGRIT)PCIe 4.07000MB/s5700MB/s5125年

闪存颗粒依然采用的是美光96层3D TLC,顺序读写速度可达7000MB/s和5700MB/s。内嵌散热控制算法,外部铺以石墨片复合散热贴。

PCIe 3.0

三星 980(MZ-V8V1T0BW)1TB SSD M.2接口(NVMe协议) PCIe3.0

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC三星PCIe 3.03500MB/s3000MB/s6005年

主机内存缓冲区(HMB)技术使SSD能够将主机系统的DRAM用于读写缓存和缓冲。顺序读写速度可达3500MB/s和3000MB/s,980采用了镀镍涂层以提高控制器的散热效率。三星魔术师固态硬盘管理软件,可以提供个性化的固件检查。

三星 970 EVO Plus(MZ-V7S1T0B) 1TB SSD M.2接口(NVMe协议) PCIe3.0

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC三星PCIe 3.03500MB/s3300MB/s6005年

采用新V-NAND技术和固件优化,顺序读写速度可达3500MB/s和3300MB/s。采用三星先进的镀镍控制器和散热片,应用“动态散热保护”技术,可自动监控并保持稳定的工作温度。

京东京造 1TB SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议)PCIe3.0四通道 5系列(JZ-SSD1T-5)

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC英韧科技(INNOGRIT)PCIe 3.03350MB/s2950MB/s6005年

顺序读写速度可达3350MB/s和2950MB/s。美光96层3D TLC,英韧5216主控,性价比高。

西部数据WD Blue SN570 1TB SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议) 四通道PCIe 3.0

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC自研DRAM-less主控PCIe 3.03500MB/s3000MB/s6005年

主控为西部数据自研的DRAM-less主控,拥有低功耗、稳定的特性。闪存颗粒方面则是采用的是SanDisk的3D NAND颗粒,顺序读写速度可达3500MB/s和3000MB/s。拥有软件支持,你可以使用西部数据官方的SSD Dashboard软件对SSD进行管理。

铠侠(Kioxia)1000GB SSD NVMe M.2接口 EXCERIA G2 RC20系列 PCIe 3.0

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280TLC自家TC58NC1202GSTPCIe 3.02100MB/s1700MB/s4005年

铠侠RC20固态硬盘采用单面颗粒设计,硬盘采用TC58NC1202GST主控芯片搭配东芝原厂96层BiCS4 FLASH TLC 3D闪存保证了硬盘的性能与稳定性。顺序读写速度可达2100MB/s和1700MB/s价格便宜,性价比高。

京东京造 1TB SSD固态硬盘 M.2接口(NVMe协议)PCIe3.0四通道 3系列(JZ-SSD1T-3)

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长M.2 2280QLC慧荣PCIe 3.02050MB/s1600MB/s4005年

京东京造3系才用美光96层3D QLC,慧荣SMI2263XT主控,缺点就是QLC颗粒,寿命相比TLC短一点,比如适合写入操作少,做存储盘。京东质保5年,售后还是不错的。

SATA

三星870 EVO(MZ-77E1T0B) 1TB SSD固态硬盘 SATA3.0

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长SATATLC三星SATA560MB/s530MB/s6005年

配备了6代V-NAND技术及MKX主控。支持2.5英寸SATA规格的台式电脑或者笔记本电脑。

英睿达 MX500系列 1TB SSD固态硬盘 SATA3.0

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长SATATLC慧荣SATA560MB/s510MB/s3605年

美光原厂颗粒,性能不错,由于品牌知名度不高,所以性价比很高。

铠侠(Kioxia)960GB SSD固态硬盘 SATA接口 EXCERIA SATA TC10系列

接口类型NAND类型主控总线类型读取速度写入速度TBW质保时长SATATLC群联SATA555MB/s540MB/s2403年

铠侠TC10 SSD采用日本原厂核心技术和高品质闪存颗粒,价格比较低,性价比高一点。

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