浅谈固态硬盘存储技术

一、引言
就像俗语说的，最好的I/O(输入/输出)就是你不需要为I/O做什么，但是现实是即使拥有I/O虚拟化和虚拟I/O技术，还是需要一定方式才能使I/O更有效地存储和访问数据。之所以需要更有效的I/O性能还是因为长期以来而且还将持续的服务器数据恢复设备与存储之间的I/O性能落差。硬盘驱动器(HDD)的存储性能发展速度没有赶上服务器处理能力的可靠性及能力的增长速度和服务器成本的下降速度。你可以在这里看到更多的关于数据中心瓶颈和服务器/存储性能的I/O落差的信息。随着人们越来越开始关注能源、冷却、占用空间以及与它们相联系的生态经济(生态的和经济的)问题(这些问题正在影响着IT数据中心和存储)，固态硬盘(SSD)已经重新崛起成为应对这些问题的一个解决方案。SSD并不是一个新的技术，它已经存在几十年了，但是直到最近两年，人们才对SSD开始有了新的认识和兴趣。
二、什么是固态硬盘
固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive），也称作电子硬盘或者固态电子盘，是由控制单元和固态存储单元（DRAM或FLASH芯片）组成的硬盘。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳。同样是得益于没有物理动作，采用了SSD硬盘的系统在读取以及写入的时候也不会发出任何的噪音。固态硬盘是一种基于永久性存储器，如闪存，或非永久性存储器，同步动态随机存储器（SDRAM）的计算机外部存储设备。固态硬盘是用来在便携式计算机中代替常规硬盘。虽然在固态硬盘中已经没有可以旋转的盘状结构，但是人们的命名习惯，这类存储器仍然被称为“硬盘”。
三、固态硬盘的分类
（一）易失性存储器（RAM）
由易失性存储器制成的固态硬盘主要用于临时性存储。因为这类存储器需要靠外界电力维持其记忆，所以由此制成的固态硬盘还需要配合电池才能使用。易失性存储器，例如SDRAM，具有访问速度快的特点。利用这一特点，可以将需要运行的程序首先从常规硬盘复制到固态硬盘中，然后交由计算机执行，这样可以避免犹豫硬盘的起停延迟、寻道延迟对程序性能造成的影响。此外，由易失性存储器制成的固态硬盘还用于应急备份。当电源意外中断时，靠电池驱动的这类固态硬盘可以有足够的时间将数据转移到 常规硬盘中。当电力恢复后，再从常规硬盘中恢复数据。
（二）非易失性存储器（NVRAM）
非易失性存储器的数据访问速度介于易失性存储器和常规硬盘之间。和易失性存储器相比，非易失性存储器一经写入数据，就不需要外界电力来维持其记忆。因此更适于作为常规硬盘的替代品。闪存是最常见的非易失性存储器。小容量的闪存可以被制作成带有USB接口的移动存储设备，亦即人们常说的“闪存盘”、“U盘”。随着生产成本的下降，将多个大容量闪存模块集成在一起，制成以闪存为存储介质的固态硬盘已成为可能。
四、固态硬盘的优点
固态硬盘鱼普通硬盘比较，拥有以下优点:
1.启动快，没有电机加速旋转过程。
2.不用磁头，快速随即读取，读延迟极小。根据相关测试：两天电脑在同意配置的情况下，搭载固态硬盘的笔记本从看机到出现桌面只用了18秒，二搭载传统硬盘的笔记本总共用了31秒，两者几乎有将近一半的差距。
3.相对固定的读取时间，由于寻址时间与数据存储位置无关，因此磁盘碎片不会影响读取时间。
4.既无DRAM的固态硬盘写入速度几快。
5.无噪音。因为没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝。某些高端或大容量产品装有风扇，因此仍会产生噪音。
6.低容量的基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低，但高端或大容量产品能耗会较高。内部不存在任何机械活动部件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞是能够将数据丢失的可能性降到最小。
7.工作温度范围更大。典型的yi那个片驱动器只能在5到55℃范围内工作。二大多数固态硬盘可在-10~70℃工作，一些工业级的固态硬盘还可在-40~85℃甚至更大的温度范围下工作。
8.低容量的固态硬盘比同容量硬盘体积小、重量轻。但这一优势随容量增大而逐渐减弱。直至256GB，固态硬盘仍比相同容光亮的普通硬盘更轻。
五、固态硬盘的缺点
1.成本及使用寿命是限制固态硬盘普及的最大问题。目前无论是永久性存储器还是非永久性存储器，其每百万字节成本都远远高于常规硬盘。因此只有小容量的固态硬盘的价格能够被大多数人所承受。
2.由于不像传统硬盘那样屏蔽于法拉第笼中，固态硬盘更容易受到某些外界因素的不良影响，如断电、磁场干扰、静电等。
3.由于Flash RAM都有一定的写入寿命、而且寿命届满后数据会读不出来，因此成为大众接受固态硬盘的另一个障碍；解决方案是固态硬盘采用SLC颗粒，其使用寿命较长，但价格也较高，未来必须等待成本进一步的降低、或SSD架构改良，有效增加固态硬盘的使用寿命。

4.数据损坏后难以恢复。一旦在硬件上发生损坏，如果是传统才磁盘或者磁带存储方式，通过数据恢复也许能挽救一部分数据。但是如果是固态存储，一旦芯片发生损坏，要想在碎成几瓣或者被电流击穿的芯片中找回数据那几乎就是不可能的。
六、发展前景
现今，SSD固态存储市场已经从存储市场中细分出来，技术逐步成熟和完善，而且已经在笔记本电脑及大型主机等领域得到应用。商业领域也已经涉及到金融、电信、医疗、电力、航空、邮电等行业。随着SSD固态存储器的应用逐步扩大，医疗领域也开始应用相关产品。
国外著名调查报告曾显示：2004年，全球增长速度最快的存储厂商中（年收入增长高于31%的公司）中，有30%是SSD固态存储器的制造商。这预示着SSD固态存储时代即将到来！然而，目前阻碍SSD固态存储器普及的最主要因素就是产品售价，以32GB为例，最便宜的产品价格也在2000元人民币以上。虽然在短时间内SSD固态存储器不会取代硬盘成为主流存储设备，但SD、MMC等存储卡的大获成功，使我们有理由相信同样基于FLASH技术的SSD固态存储器拥有一个美好的未来。在克服了成品较少，技术标准不统一后，相信2010是SSD固态存储器从幕后走向前台的重要历史时期，笔者也祝愿它一路走好。
参考文献：
[1]小和尚.彻底弃机械硬盘—新一代固态硬盘全面看,现代计算机：上半月版,2009.10
[2]李丽馨.什么是固态硬盘,电脑入门,2009.8
[3]陈明达.固态硬盘（SSD）产品现状与展望，移动通信—11，2009.11.1
[4]n次方,告别机械存储，全新SSD固态硬盘解析,现代计算机：上半月版,2007.3
[5]Mindon，“存”着冷静—初识SSD固态硬盘,电脑自做—7,2005.7
（作者单位：1.江汉大学文理学院,2.武汉商贸职业学院）