固态硬盘颗粒、主控知识科普
2020-12-15
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固态硬盘自流入市场以来，就一直被用户尤其是游戏玩家所追捧，其出色的读写性能让许多大量加载贴图的游戏进图变成秒读，让玩家们告别了漫长的等待。不过在体验的过程中，一部分用户又开始研究起固态硬盘的主控和颗粒了，SSD最基本的组成部件分为：主控芯片、闪存芯片、固件算法，下面给大家科普一下固态硬盘主控、颗粒的相关知识。
1、主控
常见主控品牌：慧荣、群联、Marvell、三星、瑞昱
SSD主控本质是一颗处理器，主要基于ARM架构，这和手机处理器有相似的一面。也有部分SSD厂家的主控采用RISC架构，使其具备CPU级别的运算能力。
目前来讲，SSD主控芯片的运算能力由制造工艺、核心面积的大小（晶体管数量）、核心的数量、频率决定。
其具体作用表现在，一是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能够在一定负荷下正常工作，协调和维护不同区块颗粒的协作，二则是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口，三则是负责固态硬盘内部各项指令的完成，诸如trim、CG回收、磨损均衡。
可以说，一款主控芯片的好坏直接决定了固态硬盘的实际体验和使用寿命。
主控芯片的技术门槛较高，所以主控品牌比较少，目前主流主控品牌有慧荣、群联、Marvell、三星。
慧荣/群联：慧荣和群联是两家台湾主控公司，其主控成本低廉，受到很多国产SSD的欢迎，涉及厂家包括但不限于：浦科特、七彩虹、影驰、台电、光威、铭瑄等。
Marvell主控：Marvell隶属于高端系列，早期产品只用于企业级，现在应用在浦科特、闪迪、英睿达固态硬盘中。技术实力雄厚，主控质量稳定，但是相应的固态硬盘的价格也比较昂贵。
三星主控：三星主控只用在自家的SSD产品中，技术实力强悍。可以这么说，在SATA接口SSD中，三星860PRO读写速度最快，在NVMe固态硬盘中，三星960PRO读写速度最快。
瑞昱主控：同样是台系品牌，是一家新晋主控品牌，七彩虹部分SSD采用瑞昱主控方案。
2、颗粒
简单来说，固态硬盘的分类有两个方向，一个是从其质量上区分，一个是从技术上区分，这两个区分的方向大家都讨论的热火朝天，一边是SLC\MLC\TLC等颗粒，一边是原厂颗粒、白片、黑片等颗粒。我们先来讲讲技术上分类的颗粒。
根据NAND闪存中电子单元密度的差异，又可以分为SLC（单层次存储单元）、MLC（双层存储单元）、TLC(三层存储单元)以及最新推出的QLC（四层存储单元）。固态硬盘依靠闪存芯片来存储数据，里面存放数据最小单位叫作“Cell”，SLC每个cell可以存放1bit数据，MLC每个cell可以存放2bit数据，TLC每个cell可以存放3bit数据，而QLC可以存放4bit数据。
为了小白更好的理解其中的意义，我来举个例子，我们将芯片可以看做一张画满格子的纸张，cell相当于纸张上的一个个的格子，数据看做是一个黄豆。也就是说，SLC方案每个格子中只能放入一颗黄豆，所以存储空间较小，MLC方案每个格子可以放入两颗黄豆，TCL方案每个格子可以放入三颗黄豆，而QLC方案每个格子可以存放四个黄豆，成本不变的情况下，存储空间较大。要知道这个纸张（芯片晶圆）价格也十分昂贵的，也就是说同样的晶圆如果做成SLC只有128G，做成MLC就有256G了，做成TLC的话变成512G，而做成QLC我们可以做成更大容量，而成本是相同的。
QLC颗粒
QLC、SLC、MLC、TLC颗粒区别对比
SLC（单层存储单元）
全称是Single-Level Cell，单层电子结构，每个cell可以存放1bit数据，SLC达到1bit/cell，写入数据的时候电压变化区间小，P/E寿命较长，理论擦写次数在10万次以上，但是由于成本最高，所以SLC颗粒多数用于企业级高端产品中。
MLC（双层存储单元）
全称是Multi-Level Cell，使用高低电压的而不同构建的双层电子结构，MLC达到2bit/cell，P/E寿命较长，理论擦写次数在3000-5000次左右，成本相对较高，但是对于消费级来说也可以接受，多用于家用级高端产品中。
TLC（三层存储单元）
全称是Trinary-Level Cell，三层式存储单元，是MLC闪存延伸，TLC达到3bit/cell，由于存储密度较高，所以容量理论上是MLC的1.5倍，成本较低，但是P/E寿命相对要低一些，理论擦写次数在1000-3000次不等，是目前市面上主流的闪存颗粒。
QLC（四层存储单元）
全称是Quad-Level Cell，四层式存储单元，QLC闪存颗粒拥有比TLC更高的存储密度，同时成本上相比TLC更低，优势就是可以将容量做的更大，成本上更低，劣势就是P/E寿命更短，理论擦写次数仅150次。
QLC、SLC、MLC、TLC颗粒对比
QLC颗粒为什么不好？
每一个Cell单元存储数据越多，单位面积容量就越高，但是同时会导致不同电压状态越多，并且越难控制，所以采用QLC颗粒的固态，虽然容量更大价格更便宜，但是稳定性较差，并且P/E寿命较低，速度最慢。
QLC NAND最大的优势就是在于成本更低，相同的成本下能够做出更大容量的SSD，容量将不再受到限制，1TB容量对于QLC颗粒来说，都是小意思，几十到上百TB才是主流，大容量固态硬盘时代开始了。但是对于P/E寿命和速度来说，这是QLC颗粒最大劣势之处。P/E寿命的公式是擦写次数*容量/每天擦写量/365，但是QLC颗粒的固态硬盘容量都很大，假设1个1TB的QLC颗粒的固态硬盘，每天擦写100G，也就是它的寿命=1024*100/100/365，约2.8年，还有这个最大写入次数也是理论上的，超出不一定就100%坏了，关键电脑不可能每天打开，也有休息的时候，加之每天不可能都擦写100G，所以它的寿命也是不用太担心的，等待固态硬盘坏了，整台电脑也淘汰了。
QLC颗粒相信不少用户会说是技术倒退，但是对于厂商来说，目前用户对存储容量需求随之提高，目前TLC和MLC颗粒大容量的固态硬盘价格偏贵，更低成本更大容量才是未来趋势，相信QLC颗粒会使得固态硬盘进入大容量廉价时代。
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