NAND Flash的技術(shù)不斷成長(zhǎng)，從單一Cell存儲(chǔ)1bit的SLC，發(fā)展到單一Cell存儲(chǔ)2bit的MLC，再到目前主流的單一Cell存儲(chǔ)3bit的TLC，以及即將普及的單一Cell存儲(chǔ)4bit的QLC，可見(jiàn)NAND Flash的成本隨著每一次技術(shù)革新成指數(shù)倍下降，帶給用戶(hù)的是越來(lái)越便宜的NAND Flash使用成本。讓我們可喜的是，不論是用在個(gè)人電腦中的SSD固態(tài)硬盤(pán)還是用在手機(jī)中的EMMC/UFS今后的數(shù)年，即便的容量即便不斷翻倍，而購(gòu)買(mǎi)成本將會(huì)越來(lái)越便宜。
圖1：全球NAND Flash存儲(chǔ)密度增長(zhǎng)趨勢(shì)（來(lái)源：中國(guó)閃存市場(chǎng)）
對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)，我們一般不會(huì)給手機(jī)換EMMC/UFS。相對(duì)手機(jī)，SSD我們更容易接觸到，也更容易為PC和筆記本更換，而琳瑯滿(mǎn)目的SSD品牌，讓一般消費(fèi)者無(wú)從下手。我們用一般用戶(hù)能抓取到的數(shù)據(jù)，窺探一個(gè)SSD的質(zhì)量好與壞，讓一般用戶(hù)有機(jī)會(huì)根據(jù)這些表面數(shù)據(jù)，來(lái)選擇合適自己的SSD。
▲京東上SSD品類(lèi)有8000多個(gè)商品可供選擇
一、SSD中所用顆粒數(shù)對(duì)固態(tài)硬盤(pán)質(zhì)量的影響
前文我們提過(guò)，NAND FLASH技術(shù)從SLC發(fā)展到MLC再發(fā)展到TLC，目前NAND FLASH主力提供商包括三星、海力士、東芝、鎂光、英特爾和閃迪（被西部數(shù)據(jù)收購(gòu)），大批量提供的NAND為T(mén)LC（3D NAND制程），少量的MLC。每一家Flash供應(yīng)商有自己的戰(zhàn)略布局，例如三星的Flash在性能上表現(xiàn)優(yōu)越，成為高性能手機(jī)EMMC和UFS中的主力供應(yīng)者和首選（華為手機(jī)就曾因三星UFS供應(yīng)問(wèn)題而躺槍?zhuān)?；而Intel的Flash幾乎在手機(jī)里面難覓其蹤，因?yàn)榇罅看钆淦銫PU用在了服務(wù)器領(lǐng)域，以穩(wěn)定性和容量著稱(chēng)，而非性能。
所以我們?cè)诋?dāng)前市面上非原廠品牌的SSD中，三星和海力士的用到的最少，主流較多的以東芝/閃迪和英特爾/鎂光為主。
任何一個(gè)SSD需要兩個(gè)部分的協(xié)作方可穩(wěn)定運(yùn)行，即主控+NAND Flash，如果NAND Flash在SSD市場(chǎng)出現(xiàn)較少，主控對(duì)相應(yīng)的NAND Flash的支持也將有限，主控廠商只有對(duì)NAND的支持越好，他們的價(jià)值才越大，這是基本的商業(yè)邏輯。所以當(dāng)前市場(chǎng)上雖然主控廠聲稱(chēng)支持所有原廠NAND，但實(shí)際上對(duì)韓系支持一般般。
以2015年Intel推出的3D NAND為例，Intel的3D NAND代號(hào)是L06B/B0KB，L06B是MLC產(chǎn)品的代號(hào)，采用ONFI 4.0標(biāo)準(zhǔn)，Die Size 32GB，16k Page Size，使用4-plane設(shè)計(jì)，閃存壽命是3000 P/E。
B0KB則是TLC產(chǎn)品的代號(hào)，采用的是同一芯片，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需求選擇采用MLC模式和TLC模式，Die Size 48GB，閃存壽命是1500 P/E，由于是TLC所以需要ECC標(biāo)準(zhǔn)是更高的LDPC（SMI主控對(duì)Intel提供的LDPC糾錯(cuò)來(lái)提升P/E）。將多個(gè)Die進(jìn)行堆疊封裝為顆粒，單顆顆粒在L06B模式下就能從32G到512G（16層堆疊）可選，而在B0KB模式下，單顆顆?？梢詮?8G到768G（16層堆疊）可選。
圖3：Intel 3D NAND架構(gòu)
通過(guò)多Die封裝的方式，可以讓單顆顆粒容量越做越大，這些顆粒在SSD的使用中，這里存在一個(gè)很基本的邏輯，即質(zhì)量越高的Die，可封裝的層數(shù)越多，容量越大；一個(gè)SSD采用的顆粒數(shù)越少，出問(wèn)題的幾率越低。故在挑選SSD的時(shí)候，顆粒越少同時(shí)容量越大，該SSD的質(zhì)量越高。
圖4：近期從某拆解網(wǎng)站上看到的120G采用了8顆TSOP封裝顆粒
入門(mén)級(jí)120GB，240GB固態(tài)硬盤(pán)，若是兩三年前TLC還未普及的時(shí)候的產(chǎn)品，有可能會(huì)采用多顆顆粒的方式，但是在目前TLC已經(jīng)成為主流的情況下，用戶(hù)在選擇的時(shí)候還需要先掂量掂量。
圖5：近期從某拆解網(wǎng)站上看到的640G SSD采用單顆BGA封裝顆粒
這顆應(yīng)該就是前面談到Intel TLC單顆能做到的最大容量768GB，選擇制作成SSD開(kāi)卡為640GB，這個(gè)為T(mén)LC NAND主流應(yīng)用的典型。
二、OP（Over-Provisioning）預(yù)留空間對(duì)質(zhì)量的影響
OP預(yù)留空間，英文名稱(chēng)Over-Provisioning，是指固態(tài)硬盤(pán)內(nèi)部存在的，由主控芯片控制的，用戶(hù)不可操作的隱藏空間。這部分空間就是用于主控各種優(yōu)化機(jī)制的操作，諸如GC回收，磨損均衡等。通俗來(lái)講，預(yù)留的OP空間越多，越能提高固態(tài)主控機(jī)制，諸如GC回收，磨損均衡的性能，從而提升和保持固態(tài)硬盤(pán)長(zhǎng)久的高速而不掉速。同樣，固態(tài)硬盤(pán)就會(huì)越穩(wěn)定，返修也越低，壽命更長(zhǎng)。
圖6：不同使用容量的OP占比
在MLC時(shí)代，128G/256G/512G容量較為常見(jiàn)，因?yàn)镸LC的單一Cell存儲(chǔ)兩個(gè)bit相較于TLC的單一Cell存儲(chǔ)3個(gè)Bit會(huì)更為穩(wěn)定，在邁入TLC時(shí)代之后，120G/240G/480G更常見(jiàn)一些，Intel在服務(wù)器市場(chǎng)還會(huì)出現(xiàn)360G/800G，而Mircron針對(duì)消費(fèi)類(lèi)更是喜歡推出275G、525G這種奇葩容量。
我們可以推算出來(lái)，用于服務(wù)器的360GB，如果用512GB，OP預(yù)留值達(dá)42%；用于消費(fèi)類(lèi)的275G，如果用192G+96G（與Intel共廠生產(chǎn)的B0KB），則OP值為4.7%?？梢钥吹剑瓘S在制作SSD的時(shí)候，根據(jù)不同市場(chǎng)設(shè)定不同的OP值來(lái)滿(mǎn)足于市場(chǎng)。對(duì)于非原廠類(lèi)的品牌，若是TLC產(chǎn)品，必然是OP值越大越好。
圖7：組裝機(jī)電商用320G做主力硬盤(pán)降低返修率
可以觀察到，國(guó)內(nèi)較大規(guī)模的組裝機(jī)電商經(jīng)常用到320GB，160GB這種容量來(lái)組裝，原因是這類(lèi)產(chǎn)品有較大OP預(yù)留，如果是192GB但是使用160GB，OP值為20%，通過(guò)降低返修率，可以降低其返修帶來(lái)的往返運(yùn)費(fèi)。
圖8：Intel針對(duì)服務(wù)器使用的S3520系列
S3520寫(xiě)采用的是MLC顆粒，入門(mén)級(jí)的150GB如果用256GB顆粒制作，預(yù)留的OP值達(dá)70%。通過(guò)大量的OP值預(yù)留，可以穩(wěn)定的運(yùn)行在服務(wù)器上，這也是印證了前文所提及的Intel的NAND Flash的企業(yè)戰(zhàn)略--滿(mǎn)足于服務(wù)器的需求。
三、不要被SSD速度“誤導(dǎo)”了
一個(gè)SSD的速度取決于兩個(gè)層面，即主控的運(yùn)作方式和所采用的NAND Flash。在NAND FLASH的速度層面，三星一直是Bug般的存在，其速度在同級(jí)別NAND Flash中確實(shí)不可匹敵；而在主控層面，不同的解決方案帶來(lái)以不同的SSD表現(xiàn)。
當(dāng)前所有的SSD的主控均有對(duì)SSD進(jìn)行優(yōu)化，在當(dāng)前的TLC時(shí)代，主控給出廉價(jià)解決方案為：將TLC模擬SLC模式，先讓SLC這部分當(dāng)搬運(yùn)工，數(shù)據(jù)寫(xiě)入SLC，這樣效率最高；SLC寫(xiě)完之后，主控親自上陣當(dāng)搬運(yùn)工，所以體現(xiàn)為T(mén)LC真實(shí)速度。
因?yàn)榍懊嫣岬絋LC是1個(gè)Cell存儲(chǔ)3個(gè)bit，SLC是1個(gè)Cell存儲(chǔ)1個(gè)bit，故TLC模擬SLC模式只能模擬到全盤(pán)的1/3容量，這部分寫(xiě)完后會(huì)體現(xiàn)TLC的本身速度。為了滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求，靠賣(mài)主控吃飯的主控廠，還給出另外一個(gè)解決方案，即：在TLC模擬SLC的同時(shí)，增加一顆DDR緩存顆粒，讓緩存顆粒協(xié)助搬運(yùn)數(shù)據(jù)，一般是1G應(yīng)對(duì)1M的匹配關(guān)系。
圖9：不帶緩存480G SLC模式下的測(cè)試（40G寫(xiě)入）
圖10：不帶緩存480G填充全盤(pán)1/3以上測(cè)試（40G寫(xiě)入）
圖11：帶緩存的500G填充全盤(pán)1/3以上測(cè)試（40G寫(xiě)入）
這個(gè)工具叫做HD Tune Pro，這款工具能讓用戶(hù)實(shí)打?qū)嵉臏y(cè)試出SSD的真實(shí)效能，能不輕易被品牌工廠誤導(dǎo)。之所以沒(méi)有測(cè)試填充后的讀取，是因?yàn)镾SD的讀取基本是不變的，一般我們用到SSD的時(shí)候，比如說(shuō)玩游戲，也是讀取操作，寫(xiě)入操作是僅在于大量拷貝的時(shí)候才會(huì)有，所以作這個(gè)比較是為了讓大家了解一款SSD的寫(xiě)入性能。
通過(guò)上面三張圖的比較我們可以看到以下結(jié)論：
1、不論是帶DDR方案還是不帶DDR方案，就寫(xiě)入比較而言，模擬SLC段的寫(xiě)入都是大同小異的
2、當(dāng)1/3的SLC模式填充完之后，寫(xiě)入會(huì)出現(xiàn)變化。主控帶DDR的解決方案的平均速度是不帶DDR的平均速度的一倍以上。
3、不論是帶DDR還是不帶DDR方案，均會(huì)出現(xiàn)最低速度低于10M的情況，這是因?yàn)橹骺卦诎徇\(yùn)數(shù)據(jù)的時(shí)候的垃圾回收功能決定的。在看一個(gè)SSD的寫(xiě)入的時(shí)候，最好參考值是平均寫(xiě)入速度，最高值和最低值均只能作參考。
大容量SSD時(shí)代來(lái)臨的時(shí)候，我們購(gòu)買(mǎi)SSD不再是用于裝個(gè)操作系統(tǒng)，SSD實(shí)現(xiàn)的功能是存儲(chǔ)功能，用更為穩(wěn)定的SSD取代HDD來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，對(duì)于不同用戶(hù)需求來(lái)說(shuō)，對(duì)寫(xiě)入速度有不同的要求，如果每天需要大量的拷貝，選擇帶DDR的解決方案或者三星的SSD會(huì)是最好的選擇。
四、國(guó)產(chǎn)NAND Flash任重而道遠(yuǎn)。
最后，我們來(lái)看看國(guó)產(chǎn)NAND Flash的趨勢(shì)和進(jìn)度。
在CITE2018展會(huì)上開(kāi)幕式上，長(zhǎng)江存儲(chǔ)宣布32層64Gb 3D NAND Flash存儲(chǔ)器將會(huì)在2018年達(dá)成小規(guī)模量產(chǎn)的目標(biāo)，2019年64層128G 3DNAND Flash儲(chǔ)器則將會(huì)進(jìn)入規(guī)模研發(fā)的階段。
單Die 64Gb即8GB容量，我們?cè)谇拔恼劦絀ntel上一代代號(hào)為B0KB的TLC為單Die 32GB，當(dāng)前量產(chǎn)的代號(hào)為B17的TLC為單Die 64GB，即使國(guó)產(chǎn)NAND FLASH良率與國(guó)際大廠一致，當(dāng)前成本差異也將達(dá)到8倍。若摩爾定律在NAND FLASH中繼續(xù)生效，國(guó)產(chǎn)NAND Flash的成本仍然需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)前中美貿(mào)易戰(zhàn)爭(zhēng)還在繼續(xù)，面對(duì)這種受制于人的局面，只能由衷的祝愿國(guó)產(chǎn)的NAND能夠早日實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新并規(guī)?；慨a(chǎn)，這樣我們也能早日能用上中國(guó)芯的SSD產(chǎn)品。
總結(jié)
NAND技術(shù)還在繼續(xù)發(fā)展，并仍然遵循摩爾定律，可以大膽的預(yù)測(cè)，未來(lái)SSD取代HDD將成為可能。在SSD的選擇上，我們需要掌握一定的基礎(chǔ)知識(shí)，遵循基礎(chǔ)的選購(gòu)邏輯，這才能避免掉入別人的忽悠陷阱。
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