固态硬盘的优点:速度和性能

固态硬盘(SSD)的好处很多:闪存是企业数据存储快速增长的推动力,SSD硬盘是NAND闪存最受欢迎的存储介质。NAND不限于SSD硬盘介质:存储器单元架构驻留在电路板上,电路板可以容纳在SSD硬盘中或直接嵌入到服务器或其他设备中。尽管如此,大部分NAND闪存都是通过存储阵列中的固态硬盘提供的,存储阵列是企业非易失性闪存存储的核心。

闪存和SSD硬盘也不可互换。NAND闪存是一种非易失性存储器,其中存储器芯片可以持久地存储数据。SSD硬盘并不仅限于NAND闪存。他们还拥有像易失性DRAM这样的内存技术。

在数据中心,SSD硬盘是企业工作负载的答案,其性能受到基于机械硬盘(HDD)的存储阵列和服务器存储子系统的影响。随着混合和全闪存阵列的增长,SSD存储为具有极高I/O性能的密集型工作负载提供服务。SSD硬盘具有低能耗的额外优势,这有助于数据中心控制能源预算项目。

什么是SSD硬盘?

SSD硬盘是一种存储设备,它没有移动的机械部件来容纳闪存和控制器。SSD硬盘使用与HDD硬盘相同的形状和大小,因为它们可以作为HDD硬盘替代品。使用相同的外形尺寸不需要在工厂或数据中心级别对存储阵列进行大规模的重新设计。

由于SSD硬盘没有移动部件,因此运行起来更加安静,访问时间更快,硬盘能耗更低。更高的可靠性开发使SSD硬盘像HDD硬盘一样耐用。

NAND闪存SSD硬盘的工作原理

SSD硬盘将信息存储在嵌入在电路板上的存储器单元阵列中。存储器单元基本上是具有浮动栅极的晶体管。每一个晶体管都有两个栅极:一个是可容纳电流的源极,另一个是将电流排出的漏极。存储单元充当开关来控制源极和漏极之间的能量流。

被称为浮栅(FG)晶体管的半导体产生电荷到存储器单元,无论是否连接到外部电源(随着时间的推移,断电之后的SSD硬盘将会逐渐损失电荷)。而只要浮栅(FG)有足够的电荷,数据就会保持完整性。

存储器单元可以容纳每个单元一个位或多个位。在单级单元(SLC)中,控制栅极(CG)将检测浮栅是否带电。作为响应,控制门将记录0或1个字节。多级单元(MLC)以类似的方式工作。

SSD硬盘不仅容纳互连的存储器单元和电路板,还为闪存控制器增加了一些智能功能。

SSD硬盘的优点:为什么比HDD硬盘更好?

在比较SSD硬盘与HDD硬盘时,SSD硬盘确实更加出色。

•更高的性能。即使是速度最快的15K RPM硬盘也无法与NAND闪存SSD硬盘的性能竞争。NAND I/O通常达到1GB/s,而3d NAND达到1.4GB/s。最新的发展将3D NAND提高到3.0 GB/s。这是其物理原因:具有机械部件的HDD硬盘如果持续使用,其故障将比没有机械部件的SSD硬盘更多。由于没有机械臂和读取头,SSD硬盘使用电力来产生数据存储响应。更快的性能意味着更快的启动时间、更快的数据移动和更高的带宽。

•低能耗。移动机械部件的HDD硬盘需要比通过SSD硬盘存储器单元穿梭的微小电流更多的能量。SSD硬盘还可以避免数百个机械磁盘在数据中心产生的高热量。

•相称的耐用性。SSD硬盘和HDD硬盘的耐用性比较复杂。HDD硬盘的机械部件和磁盘表面比SSD硬盘更容易受到环境破坏,尽管采用了针对物理跌落的防震硬盘新技术,HDD硬盘可以在可控的环境中持续使用数十年。然而,由于添加到控制器的存储智能等功能,SSD硬盘的耐用性正在增长。这些技术可保护SSD硬盘免受数据泄露或损坏,并包括纠错码(ECC)、垃圾收集以及读写缓存。

SSD硬盘的缺点:面临速度的挑战

在数据存储领域,没有完美的产品,SSD硬盘也不例外。其缺点包括比HDD硬盘更高的费用、有限的存储容量,以及更短的删除生命周期。

•成本更高。在过去的几年里,SSD硬盘单位存储的价格已大幅下降,HDD硬盘定价也是如此。尽管如此,闪存的成本已经降低到足以使其更高性能变得更具成本效益。性能确实是关键:如果HDD硬盘正在减慢事务数据库和其他密集型应用程序的速度,那么为了节省成本而购买HDD硬盘是一种错误。

•降低数据存储容量。由于NAND的存储单元写入限制,NAND SSD容量落后于HDD硬盘。电路上的存储单元越多,SSD硬盘的密度就越大。然而,平面(2D)NAND在单元开始失效之前只能容纳有限数量的存储单元。为了应对这种情况,研究人员通过垂直和水平堆叠存储单元来开发3D NAND。这使3D NAND技术能够以更低存储成本实现更高的密度、更低的功耗、更好的耐用性和更快的读/写速度。

•寿命比HDD硬盘更短。在发生故障之前,SSD硬盘的写周期比HDD硬盘要少得多。主要原因是,SSD硬盘不能覆盖现有块,但必须先擦除块,然后再写入新数据。这个过程最终会影响内存单元的完整性。NAND写入根据每个单元的位数不同而不同:单级单元NAND闪存支持50000到100000个写入周期,多级单元通常需要3000个写入周期,EMLC(Enterprise MLC)支持10000个写入周期,三级单元在300到1000个写入周期时较低,3D NAND可实现1500到3000个写入周期。

•档案存储介质质量差。企业希望能够访问和分析数据档案并从中获利。由于写入周期有限,SSD硬盘不适用于活动归档和对相同数据集的重复分析。由于活动归档的概念是随意访问数据的能力,这超过了存储器单元可以承受的写入周期的数量。

SSD硬盘有哪些好处?

鉴于这些优点和缺点,SSD硬盘是密集型企业工作负载(如高事务性数据库、Web流)和密集型环境(如VDI)的最佳选择。

此外,SSD硬盘的快速读写速度使他们能够以当今现代业务所需的极快速度处理数据。实际上,企业很难回到速度较慢的HDD硬盘来获取其利润数据。

采用SSD硬盘是否值得?

虽然企业采用SSD硬盘有更多的好处,但这会提高存储介质的购买价格,并且需要比HDD硬盘介质更多的SSD硬盘。那么SSD硬盘是否值得花费额外的时间和成本?

在高性能环境中,由于SSD硬盘尺寸与HDD硬盘相同,因此用SSD硬盘替换HDD硬盘并不是一项主要的技术更新。由于其更高的性能和更低的价格,SSD硬盘仍然是数据中心中极具竞争力的存储介质。

SSD硬盘的优势之一是故障率低得多,访问时间也快得多。

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