2023年，SSD固态硬盘选购指南及技术科普

互推小编 2024-03-30

本文较长，后面含大量技术科普内容，建议点赞收藏，方便后期查阅。

SSD硬盘简介

SSD使用电子芯片存储数据，没有HDD的机械式部件，因此在速度、时延、功耗、抗震等方面，与HDD相比有碾压式优势。

机械硬盘是以磁性存储介质来存储数据的；固态硬盘出现以后，采取的是半导体芯片作为存储介质。

SSD固态硬盘主要包括控制器、闪存和固件，这是SSD的三大核心技术.

HDD，SSD，M.2 NVME开机启动速度对比

SSD技术原理科普

SATA和PCIe的区别

SATA是一种物理接口类型，执行的AHCI协议标准，是目前最为廉价和常见的固态硬盘接口，缺点便是有着6Gbps的极限读写限制，无法满足专业领域对于无延时、极致读写的要求。

PCIe 一直是连接高速外围设备与计算机主板的标准接口。在物理表现上就是主板上那些PCIe接口，能够直接连接CPU，因而几乎没有延时，PCIe还可分为X2/X4/X8/X16。目前主要分为PCIe 3.0和PCIe4.0。PCIe 4.0 数据速率是 PCIe 3.0的两倍。

NVME和AHCI的区别

NVME和AHCI一样，都是逻辑设备接口标准，并不是接口，不是接口，不是接口。

NVMe即Non-Volatile Memory Express，是非易失性存储器标准，是跑在PCIe接口上的协议标准。

对于SATA设备来说，使用AHCI模式是正确的选择，可以在主板BIOS中将SATA控制器模式切换为AHCI，可以发挥更好的性能。

PCIe 3.0和4.0的最大带宽是多少？

PCIe 设备使用“通道”收发数据，因此，PCIe 设备可使用的通道越多，带宽可能越高。PCIe 设备支持的通道数量通常表示方式为：“x4”代表 4 个通道”，“x8”代表 8 个通道，以此类推。

PCIe 4.0 向后兼容吗？

PCIe 4.0 向后兼容，因此，连接 PCIe 3.0 系统的 PCIe 4.0 设备会以 PCIe 3.0 速度运行。这意味，如果你现在购买 PCIe Gen NVMe 4 固态硬盘，即便当前系统不支持 PCIe 4.0，也可以立即在系统中使用。如果你在今后升级为 PCIe 4.0 系统，则可以释放你的 PCIe 4.0 NVMe 硬盘的全部性能。

SSD的外形尺寸与接口

在选购SSD硬盘时，主要考虑哪些？

一，主板支持的接口

1，老电脑升级（主板不支持M.2接口），就可以选择SATA固态硬盘。

2，最近几年的新电脑，主板基本都是支持M.2 NVMe的，预算充足可以直接上M.2接口(NVMe协议) ，PCIe 4.0的固态硬盘。

3，如果对速度没有极致的追求，又想控制成本，可以选择M.2接口(NVMe协议) ，PCIe 3.0的固态硬盘。

如果主板支持M.2接口(红色框中部分)，优先选择M.2接口的硬盘。通常主板上还有几个信息，2280,2260,2242或者有的主板是80,60,42，这是固定硬盘螺丝的位置。对应的是固态硬盘的长度

通常，M.2 SSD宽22毫米，长60毫米或80毫米，不过，卡片的长度会有所不同。卡片大小由四位或者五位数字标识。前两位数字是宽度，其余数字是长度。更长的M.2 SSD通常可以容纳更多的NAND芯片以提供额外的容量。

2280，为宽 22毫米× 长 80毫米

2260，为宽 22毫米× 长 60毫米

2242，为宽 22毫米× 长 42毫米

2230，为宽 22毫米× 长 30毫米

22110，为宽 22毫米× 长 110毫米

M.2接口分两种类型，分别支持SATA通道和NVME通道。

在传输速度上，M.2 SATA的读写速度和2.5英寸SSD差不多，差别只在接口不同而已；NVMe PCIe SSD的读写速度平均高达3500和3000 MB/s，比前面提到的其他类型的SDD快得多。

1，M.2 SATA支持2个key，Key M + Key B。

2，M.2 NVMe将只有一个Key M。

走SATA通道，数据会先从硬盘读取到内存，然后提取数据到CPU内部计算，计算之后写入内存，最后才存储到硬盘中。

但走NVME通道，数据可以直接通过总线和CPU相连，省去了内存调用硬盘的步骤，所以全过程较为通畅，速度也就更快些了。

二、闪存(NAND)颗粒

NAND 是一种非易失性闪存，可在未连接电源时存储数据。断电后保留数据的能力使得 NAND 成为内置设备、外置设备和便携设备的理想选择。

不同类型之间的区别在于每个单元可以存储的位数。位代表电荷，电荷只能存储 0 和 1 两个值（代表开/关）中的一个。

各种 NAND 类型之间的关键区别在于成本、容量和耐久性。耐久性是由一个闪存单元在开始磨损前可以完成的程序擦除 (P/E) 周期数量决定的。一个 P/E 周期是指擦除和写入一个单元的过程，NAND 技术支持的 P/E 周期越多，设备的耐久性越高。

NAND 闪存的常见类型是 SLC、MLC、TLC 和 QLC

SLC（Single Level Cell，简称SLC）

单级单元闪存俗称SLC，这种类型的闪存在读写数据时具有最为精确，并且还具有持续最长的数据读写寿命的优点。

SLC擦写寿命约在9万到10万次之间。这种类型的闪存由于其使用寿命，准确性和综合性能，在企业市场上十分受众。但由于储存成本高、存储容量相对较小，在家用市场则不太受青睐。

优点：

读写速度最快的NAND闪存芯片规格。
与任何其他类型的闪存相比，擦写寿命和读写循环的周期最长。
读取/写入错误的发生几率更小，并可在跨度更大的温度范围内正常运行。

缺点：

市场上最昂贵的NAND闪存类型。
通常只有較小的容量。

建议使用对象： 需要大量读取/写入周期的工业级负载，例如服务器。

MLC（Multi Level Cell，简称MLC）

多级单元俗称MLC，它的命名来源于它在SLC的1位/单元的基础上，变成了2位/单元。这样做的一大优势在于大大降低了大容量存储闪存的成本，因为闪存作为SSD的核心，其生产成本通常都会反映在SSD的价格上并最终转嫁到消费者的身上。

对于消费类SSD，凭借相对合理的容量/价格比，MLC闪存是家用电脑的首选，虽然擦写寿命只有约1万次，但对于家用级别来说已经十分足够。

优点：

扩展的SSD的容量，也拥有合理的性价比。
比TLC闪存表现更加稳定。

缺点： 不如SLC闪存那般耐用可靠。

建议使用对象： 较频繁地使用电脑的用户或游戏玩家。

TLC（Triple Level Cell，简称TLC）

TLC闪存是闪存生产中最低廉的规格，其储存达到了3位/单元，虽然高储存密度实现了较廉价的大容量格式，但其读写的生命周期被极大地缩短，擦写寿命只有短短的500~1000次，同时读写速度较差，只适合普通消费者使用，不能达到工业使用的标准。

优点： 较低的生产成本开启了廉价大容量SSD市场。

缺点：

与SLC、MLC相比，储存SSD颗粒的擦写寿命要短得多。
理论上读写速度与SLC、MLC相比最慢。

建议使用对象： 对存储需求不大的轻度使用需求的电脑用户，比如只使用上网、邮件等简单功能的上网本、平板。

QLC（Quad-level cells，简称QLC）

QLC每个SSD颗粒可储存4bit数据，跟TLC相比，QLC的储存密度提高了33%。 QLC不仅能经受1000次编程或擦写循环（与TLC相当，甚至更好），而且容量提升了，成本也更低。

优点： QLC总成本更低，进行存储时依靠更少驱动器来实现。此外，QLC还具有更多容量，储存密度高，从而获得更好的效益。

缺点：与SLC、MLC相比，QLC的性能和写入寿命有所降低，但与TLC相当。

建议使用对象：比较适合把QLC SSD作为数据仓库的用户。如果你对档案信息存储量的需求较大、平时对电脑进行轻度使用（写入操作少）、或者追求较低价格，建议选用QLC。

3D NAND

近十年来，3D NAND 是闪存市场最大创新之一。闪存制造商开发了 3D NAND 来解决缩小 2D NAND 时面临的问题，从而以更低成本实现更高密度。在 2D NAND 中，用于存储数据的单元水平并排放置。这意味着，可用于放置单元的空间量有限，试图缩小单元则会降低其可靠性。

因此，NAND 制造商决定在另一个维度叠放单元，从而促成纵向叠放单元的 3D NAND 的产生。更高存储密度可实现更高的存储容量，同时不会导致价格大幅上升。3D NAND 还提供更高的耐久度和更低功耗。

三，固态硬盘主控

主控的品牌

主控市场目前可以说被四大品牌垄断，分别是慧荣、群联、Marvell、三星。由于主控相当于电脑的CPU，其通过固件对固态硬盘进行管理，所以主控性能的优劣直接影响了固态硬盘整体的性能表现。所以目前市场上流通的固态产品，基本上都是这四家的主控，其中三星的主控自产自销，所以只能在其对应产品上见到。剩下的三个品牌中，主控Marvell性能比较好，一直是主控市场上性能的佼佼者，当然价格也比较贵，但用过Marvell主控的消费者都称赞其性能及稳定性。其次是慧荣和群联，慧荣主控的市场主要在主流及以下的固态产品上，以不错的性能和低廉的价格为主要特点，整体较为平衡。群联主控则算是这几款主控中的性价比比较好，在中低端市场表现也不错。

主控的作用

主控首先就是一个执行固件代码的嵌入式处理器，用来控制闪存颗粒的存储单元连接到电脑。其具体的作用表现在以下三点：

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在一定的负荷下正常工作，协调和维护不同区块颗粒的协作，减少单个芯片的过度磨损
承担数据中转，负责连接闪存芯片和外部的接口
负责固态硬盘内部的各项指令，比如trim、错误检查和纠正、磨损均衡、垃圾回收、加密等。

四，硬盘性能指标

顺序读写

　　在所有测试软件中，最高的那个速度成绩，一般被叫做顺序（Sequential，简写为Seq）读取/写入速度，也就是数据都集中在一起、排好了队、按照最优化的速度读写，这是SSD最好的状态。在干净SSD里刚装好的操作系统、大型游戏、大型文件等，在前几次使用时应该能有近似的速度。

随机读写

　　与之对应的当然就是随机（Random，简写为Ran）读写了，用了一段时间的SSD，大部分数据都零散地存在各个地方，这时体现出的速度就是随机读写了，它当然比顺序读写差一些。杂牌SSD的软件开发能力差，数据整理做得不好，这项得分在使用后会快速下降。

4K读写

　　4K读写主要指的是小文件，它们都是东一个西一个的，总是让控制器忙得不可开交，所以读写速度当然也最差。有些SSD写入时先数据拷贝到高速缓存里，所以速度比读取要更快。在我们打游戏、写文档、做设计的过程中，硬盘更多的工作都是一些小数据的存取，所以这个速度决定了我们使用中是否会有很小的卡顿。

IOPS值

　　在一些测试中还会看到IOPS值，它是每秒对SSD的操作数，也影响着数据存取会不会卡顿，比如IOPS很高的话，4K读写速度也自然会比较快一些。为了提升IOPS，SSD大都支持多线程和队列，也就是同时处理多个数据，并且让数据排队。所以线程（T）队列深度（Q）越大，通常IOPS和速度也就越高。

五，SSD使用寿命和质保

衡量SSD寿命主要有两个指标：一是DWPD（Drive Writes Per Day），即在SSD保质期内，用户每天可以把盘写满多少次；另一指标是TBW（Terabytes Written），在SSD的生命周期内可以写入的总的字节数。

DWPD

DWPD全称为Drive Writes Per Day，即每日全盘写入次数，指在预期寿命内可每日完整写入SSD固态硬盘所有容量的次数。在企业级固态硬盘产品里DWPD这个参数比较常用。比如intel的企业级P4500这一款，DWPD为4.62，也就是说，按照5年的保修期计算，用户每天可以把硬盘写满4.62遍，足以胜任服务器这种需要大量数据写入的应用场景。

TBW

TBW可以拆开来看，TB代表数据量，W（Written）代表写入，组合起来就是多大的数据写入量，这个写入量不是对闪存的写入量，而是电脑对硬盘的写入量，也就是CDI中的那个“主机写入量总计”。而这个数据一般厂商用来确定保修寿命，以三星970 EVO Plus 500GB这款SSD为例，它的保修条款写的是“5年或300TBW”，也就是说保修条款有2条限制：5年时间、或硬盘总共写入300TB数据，达到任一一条，厂商就不再提供保修服务。