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快閃SSD是低階技術還是超級明星？

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最近，記憶體界流傳著許多關於固態磁碟(SSD)的說法，說它們能夠極大地加快計算環境的速度。但有一件事很少被人提到，那就是不同固態技術之間的差別。SSD 中使用兩種基本的記憶體種類：DRAM 和快閃記憶體（flash memory）。電腦界的一般看法是，只有DRAM才具備企業應用的強大性能。這種意見對快閃記憶體持不太信賴的態度。其實兩種不同的技術各有優勢。本文將討論兩者間的差異，希望有助於判斷哪種 IT 環境下較適合採用哪一種 SSD。 速度 眾所周知，快閃記憶體的寫入速度比 DRAM 慢得多。速度是否是使用 SSD 的主要目的呢？答案是肯定的。然而，籠統地說快閃記憶體“慢於 DRAM”則過於輕率。首先，從快閃記憶體讀取資料的速度與 DRAM 的速度相當。其次，較好的快閃記憶體 SSD 製造商都在固態磁碟中整合了一個 DRAM 緩衝記憶體，以提高寫入速度。更好的固態磁碟製造商還有各種演算法，可以將從緩衝記憶體中刷新資料的工作放在後臺完成，而不會影響效性。我們把兩種 SSD 和傳統旋轉硬碟的性能用圖形來表示，如下頁下方的圖所示。 各種技術的典型存取時間分別為：DRAM SSD：10-50μs，快閃記憶體 SSD：35-100μs，旋轉式硬碟：5000-10000μs（5-10ms）。從圖中我們可以看到：DRAM 的 SSD 確實要比快閃記憶體 SSD 快，大約要快 3 倍。但是，我們要問一個問題：“這種差異很明顯嗎？”考慮到每種 SSD 技術都比旋轉式硬碟快很多，答案或許是否定的。也許對多數IT環境來說，下面這些差異更為重要。 壽命/使用期限 與 DRAM 不同的是，快閃記憶體晶片的使用壽命是有限的。此外，不同的快閃記憶體晶片在開始出現錯誤前的寫入次數也是不同的。一般快閃記憶體晶片的寫入次數為30萬次，現在最好的快閃記憶體晶片寫入次數為每一區塊1百萬次（每個晶片有8千個區塊）。雖然快閃記憶體晶片有固定的寫入次數，但並不意味著一旦寫入次數達到這個閾值，晶片就會自毀。實際上，當一個快閃記憶體晶片達到 1 百萬次擦除/寫入次數的閾值時，只有0.02%會成為壞的區塊。較好的 SSD 廠家採用兩種方式來提高驅動器的壽命。 首先，使用一種“均衡“演算法。這一演算法監控每一個區塊的寫入次數。它可以極大地提高驅動器的壽命。更好的廠家還有“磨損等級”(wear-leveling)演算法，可以對資料寫入進行智慧平衡，既防止區塊磨損的惡化，也防止對磁碟的過度使用。當某個特定區塊的寫入次數超過某個百分比閾值時，SSD 將此區塊中的資料與另一個呈現“唯讀”特性的區塊進行交換（這種操作在後臺進行，不會造成性能下降）。其次，如果出現壞區塊，它們會像旋轉式硬碟一樣被映射到其他位置。在每天寫入千兆位元組資料的應用下，每個快閃記憶體 SSD 應該能維持幾百年的壽命。如果它帶有 DRAM 緩衝記憶體，則壽命會更長。 本圖是一個近似的尺規，其中一個點的寬度代表10微秒（μs）。 資料完整性 多數快閃記憶體 SSD 製造商採用錯誤檢驗演算法，能夠在一個 512 位元組區塊中糾正幾個位元組的錯誤。一些功能不太強的糾錯演算法會有 20% 的機率會誤糾正（miscorrect）三位元組的錯誤。最好的 SSD 供應商可以糾正一個512位元組區塊中的6個隨機位元組錯誤（檢測到9個），而且永遠不會出現誤糾正三位元組錯誤的情況。這種糾錯標準保證了資料的安全性，使資料完整性的保持時間超出所有 IT 專家擔憂的期限。 揮發性 與 DRAM 不同，快閃記憶體天生是非揮發性的。過去有句俗話說“電腦的注意力超不出電源線。”這句話也適用於 DRAM。快閃記憶體無需電源就可以將資料保存十年，而哪怕小於10毫秒的斷電也會失去 DRAM 中的資料。 為防止斷電期間丟失資料，採用 DRAM 的 SSD 廠商必須在其中內建電池和硬碟。雖然這些電池是可充電的，但仍必須定期維護（即更換，維護週期各不相同，需要諮詢 SSD 的製造商），這樣才能保證它們有足夠的電源來保持 SSD 中的資料。 電池要能維持對記憶體和硬碟的供電，以確保從DRAM向非揮發性儲存設備的資料傳送。這裡要考慮兩件事：首先，有些斷電事故是快速連續發生的，使得SSD備份操作不斷起動，造成電池電量過早耗盡。這意味著電池電量無法維持一個完整的備份週期。第二，資料的備份和恢復都需要時間。這個時間大約在30至60分鐘之間或更高。 備份時間通常不太重要，但恢復時間則會延長停機週期。如果斷電後資料成功地備份到硬碟上，而電源恢復時，伺服器要等待很長一段時間，資料才能從備份硬碟上回存到SSD 中。這就意味著伺服器在相當長的時間內無法使用。在不同應用情況下，這種影響的結果可大可小，小到只招致一些不滿，大到可能會對公司營運造成嚴重威脅。 外形尺寸 大多數採用 DRAM 的 SSD 都比較大，是機架安裝型設備。它們需要較大的內部電源、風扇、電池和硬碟驅動器以保證非揮發性。與之相比，快閃記憶體 SSD 就小得多，一般與普通硬碟的大小相當。 彈性 由於快閃記憶體 SSD 的外形尺寸小得多，它們在應用方面也更靈活。快閃記憶體 SSD 經常可以替換存儲陣列或伺服器內建硬碟槽中的傳統硬碟。嵌入式應用或行動系統則需要更小尺寸的快閃SSD。 可靠性 兩種 SSD 都相當可靠，因為它們幾乎不包括會移動的部件（moving part）。即使是內建備份硬碟的DRAM SSD，在正常工作狀況下，硬碟是不運轉的。這說明兩種類型 SSD 的可靠性都強過傳統的硬碟。然而，對外形更小、更堅固的快閃SSD 的需求通常會更強烈。因為一般來說，它們比 DRAM SSD 能承受更大的振動以及溫度變化。有些快閃SSD 被美國太空總署和軍隊考慮用來當作“加固”碟。這些驅動器可以承受極端的環境。 功耗／散熱 快閃記憶體的另一個好處是它的功耗比 DRAM 晶片小得多。因此，快閃SSD的熱也比 DRAM SSD 低得多。這也意味著它們不需要風扇，而DRAM的SSD 則需要風扇。而且，由於風扇佔用空間，自身也需要電源，從而會產生更多的熱量和雜訊。 成本 沒有哪個 IT 部門會不看價格標籤就購買一個解決方案。DRAM 晶片和快閃記憶體晶片的價格基本上是相當的，但一般快閃 SSD 的每百萬位元組總成本較低。這是因為它的設計比較簡單，不需要備份電池和備份硬碟，以及安裝它們的外殼。DRAM SSD 的成本還包括安裝電池和硬碟的附加金屬板，以及把它們裝配起來的人力成本。 結論 現在我們已經深入探討了各種固態磁碟不同的功能與性能，顯然，對消費設備來說，快閃記憶體型固態磁碟更加適用，同時它也能充分地適應企業應用。當然，一種類型的 SSD 會比其他種類 SSD 更加適合你的應用需求與 IT 環境。但顯然，快閃記憶體有能力成為適合許多 IT 組織的“超級明星”技術。 Keyy Cash曾在系統性能領域工作超過15年，特別擅長於伺服器與儲存設備的最佳化。在其職業生涯中，他曾任職於Sun Microsystems公司、Data General 以及AIM Technology公司，擔任專注於效能表現的工程師之職位。他還在IT產業擔任一些其他的職位，如 Cadence 設計系統公司的首席 UNIX IT 技術專家。 產品新聞 Google釋出Chrome作業系統原始碼 24/11/2009 恩智浦半導體Plus CPU晶片協助中國達實智能全面升級門禁管理產品 24/11/2009 快捷半導體MicroFET採用薄型封裝以電池充電和功率多工應用為目標 24/11/2009 德州儀器推出全新離線式綠色環保模式脈衝寬度調變控制器23/11/2009 Epson於InterBEE 2009發表超小型的高解析度HTPS TFT彩色液晶面板 23/11/2009 Pigeon Point Systems展示最佳xTCA產品的符合標準與互通性23/11/2009 訂閱免費印刷版 適合列印版本 將本文寄給朋友