主控芯片和闪存芯片详解——带你一起走进SSD硬盘的世界 (主控芯片和闪存芯片区别)
编辑:rootadmin
说起SSD硬盘，首先想到的是SSD硬盘比传统机械硬盘快，主控芯片、闪存芯片是SSD硬盘的重要组成部件，谁能决定它的性能呢？主控芯片还是闪存芯片呢？下面小编就大家一起认识主控芯片和闪存芯片，一探神秘的SSD硬盘内部世界。
主控芯片和闪存芯片图2 SSD硬盘之所以快，是相对于传统HDD机械硬盘的慢而言，SSD硬盘和HDD机械硬盘的巨大差距来源于它们的结构，SSD硬盘为全电子结构，采用集成电路存储技术，使用存储芯片加上寻址*来组成的硬盘，类似于U盘技术，没有任何机械运动部件。 而传统的HDD机械硬盘，采用高速旋转的磁盘来存储数据，通过磁头来读写，这一机械运动过程中带有延迟、并且无法同时迸发多向读写数据。 主控芯片和闪存芯片 SSD硬盘由主控芯片、闪存芯片、缓存芯片等三大核心部件组成，其中主控芯片和闪存芯片是SSD硬盘中最为重要的两个原件，是影响SSD硬盘性能的主要因素，主控芯片的作用最大。其中主控芯片是SSD硬盘的大脑，而闪存芯片则是SSD的数据仓库。所以要走进SSD硬盘的内部世界，我们就要详细了解主控芯片和闪存芯片的作用。主控芯片和闪存芯片图3 1、主控芯片——SSD硬盘中的“CPU” 主控芯片是主板或者硬盘的核心组成部分，是联系各个设备之间的桥梁，也是控制设备运行工作的大脑。 主控芯片在SSD硬盘中的作用就跟CPU一样，主要是调度、协调和控制整个SSD硬盘*的。主控芯片一方面负责合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，另一方面承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。除此之外，主控还负责ECC纠错、耗损平衡、坏块映射、读写缓存、垃圾回收以及加密等一系列的功能。在典型的SSD硬盘架构中，主控芯片占据了相当重要的位置。主控芯片和闪存芯片图4 SSD硬盘的主控芯片本质是一颗处理器，主要基于ARM架构，也有部分SSD硬盘厂家的主控采用R*C架构，使其具备CPU级别的运算能力。主控芯片和闪存芯片图5 目前来说，SSD硬盘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。核心工艺基本停留在nm，个别在nm；核心的数量从单核到最多四核。 SSD硬盘中主控芯片的厂商主要有Marvell、英特尔、三星、OCZ、SandForce、Jmicro等。主控芯片性能的好换主要取决于主控芯片厂商的技术实力，以及拥有什么样的绝技，不同厂商推出的主控芯片在数据处理能力、算法、对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数十倍。所以在挑选SSD硬盘时，首先得挑选主控芯片，这是SSD性能的基础。 主控芯片性能的发挥和firmware固件有关，后者相当于SSD硬盘的“*作*”，而固件更新能给性能带来大幅的提升。 2、闪存芯片——数据的仓库 SSD硬盘的性能取决于主控芯片，同时受制于闪存芯片。闪存（FlashMemory）是一种非易失性存储器，由于其断电时仍能保存数据。相对于主控芯片的核心重要性，闪存芯片对性能影响有限。 闪存芯片主要有两类，即SLC(SingleLayerCell单层单元)闪存芯片和MLC(Multi-LevelCell多层单元)闪存芯片。 1.SLC闪存芯片 SLC即SingleLevelCell的缩写，名为单层单存储单元。存取原理上SLC闪存芯片架构是0和1两个充电值，即每Cell能存放1bit数据（1bit/Cell），有点儿类似于开关电路，就算其中一个Cell损坏，对整体的性能也不会有影响，因此性能非常稳定，同时SLC闪存芯片的最大的驱动电压可以做到很低。 SLC闪存芯片的特点是寿命长，理论上极限擦写次数可以达到万次，因此SLC闪存芯片是目前可靠性最高的闪存芯片，一直是企业级SSD硬盘的首选。因其高可靠性，采用SLC闪存芯片的SSD硬盘*偏高。主控芯片和闪存芯片图6 2.MLC闪存芯片 MLC即Multi-LevelCell缩写，名为多层式存储。MLC闪存芯片在存储单元中实现多位存储能力，典型的是2bit。它通过不同级别的电压在一个单元中记录两组位信息（、、、），将SLC的存储密度理论提升一倍。由于电压更为频繁的变化，所以MLC闪存芯片的使用寿命、读写速度不如SLC闪存芯片，由于一个浮动栅存储2个单元，MLC闪存芯片比SLC闪存芯片需要更长的时间。 MLC闪存芯片的编程/擦除次数较少，每单元2位的闪存编程擦除次数是1万次，每单元3位的闪存擦除次数是~次，MLC闪存芯片成本低，通常作为消费级SSD硬盘使用。主控芯片和闪存芯片图7 通过以上介绍，我们了解了SSD固态硬盘的构造和工作原理，当选购SSD硬盘时，要根据自己的预算、容量需求，从主控芯片、闪存芯片进行挑选。希望本文的分享能帮助到大家。 我是《家电维修》技术的编辑：欢迎大家来学习，或发邮件，邮箱：zll@chinafix**，谢谢！
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主控芯片和闪存芯 图1 主控芯片和闪存芯片——什么是SSD固态硬盘？ 固态硬盘（SolidStateDrives），简称固盘，SSD硬盘用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。主控芯片和闪存芯片图2 SSD硬盘之所以快，是相对于传统HDD机械硬盘的慢而言，SSD硬盘和HDD机械硬盘的巨大差距来源于它们的结构，SSD硬盘为全电子结构，采用集成电路存储技术，使用存储芯片加上寻址*来组成的硬盘，类似于U盘技术，没有任何机械运动部件。 而传统的HDD机械硬盘，采用高速旋转的磁盘来存储数据，通过磁头来读写，这一机械运动过程中带有延迟、并且无法同时迸发多向读写数据。 主控芯片和闪存芯片 SSD硬盘由主控芯片、闪存芯片、缓存芯片等三大核心部件组成，其中主控芯片和闪存芯片是SSD硬盘中最为重要的两个原件，是影响SSD硬盘性能的主要因素，主控芯片的作用最大。其中主控芯片是SSD硬盘的大脑，而闪存芯片则是SSD的数据仓库。所以要走进SSD硬盘的内部世界，我们就要详细了解主控芯片和闪存芯片的作用。主控芯片和闪存芯片图3 1、主控芯片——SSD硬盘中的“CPU” 主控芯片是主板或者硬盘的核心组成部分，是联系各个设备之间的桥梁，也是控制设备运行工作的大脑。 主控芯片在SSD硬盘中的作用就跟CPU一样，主要是调度、协调和控制整个SSD硬盘*的。主控芯片一方面负责合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，另一方面承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。除此之外，主控还负责ECC纠错、耗损平衡、坏块映射、读写缓存、垃圾回收以及加密等一系列的功能。在典型的SSD硬盘架构中，主控芯片占据了相当重要的位置。主控芯片和闪存芯片图4 SSD硬盘的主控芯片本质是一颗处理器，主要基于ARM架构，也有部分SSD硬盘厂家的主控采用R*C架构，使其具备CPU级别的运算能力。主控芯片和闪存芯片图5 目前来说，SSD硬盘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。核心工艺基本停留在nm，个别在nm；核心的数量从单核到最多四核。 SSD硬盘中主控芯片的厂商主要有Marvell、英特尔、三星、OCZ、SandForce、Jmicro等。主控芯片性能的好换主要取决于主控芯片厂商的技术实力，以及拥有什么样的绝技，不同厂商推出的主控芯片在数据处理能力、算法、对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数十倍。所以在挑选SSD硬盘时，首先得挑选主控芯片，这是SSD性能的基础。 主控芯片性能的发挥和firmware固件有关，后者相当于SSD硬盘的“*作*”，而固件更新能给性能带来大幅的提升。 2、闪存芯片——数据的仓库 SSD硬盘的性能取决于主控芯片，同时受制于闪存芯片。闪存（FlashMemory）是一种非易失性存储器，由于其断电时仍能保存数据。相对于主控芯片的核心重要性，闪存芯片对性能影响有限。 闪存芯片主要有两类，即SLC(SingleLayerCell单层单元)闪存芯片和MLC(Multi-LevelCell多层单元)闪存芯片。 1.SLC闪存芯片 SLC即SingleLevelCell的缩写，名为单层单存储单元。存取原理上SLC闪存芯片架构是0和1两个充电值，即每Cell能存放1bit数据（1bit/Cell），有点儿类似于开关电路，就算其中一个Cell损坏，对整体的性能也不会有影响，因此性能非常稳定，同时SLC闪存芯片的最大的驱动电压可以做到很低。 SLC闪存芯片的特点是寿命长，理论上极限擦写次数可以达到万次，因此SLC闪存芯片是目前可靠性最高的闪存芯片，一直是企业级SSD硬盘的首选。因其高可靠性，采用SLC闪存芯片的SSD硬盘*偏高。主控芯片和闪存芯片图6 2.MLC闪存芯片 MLC即Multi-LevelCell缩写，名为多层式存储。MLC闪存芯片在存储单元中实现多位存储能力，典型的是2bit。它通过不同级别的电压在一个单元中记录两组位信息（、、、），将SLC的存储密度理论提升一倍。由于电压更为频繁的变化，所以MLC闪存芯片的使用寿命、读写速度不如SLC闪存芯片，由于一个浮动栅存储2个单元，MLC闪存芯片比SLC闪存芯片需要更长的时间。 MLC闪存芯片的编程/擦除次数较少，每单元2位的闪存编程擦除次数是1万次，每单元3位的闪存擦除次数是~次，MLC闪存芯片成本低，通常作为消费级SSD硬盘使用。主控芯片和闪存芯片图7 通过以上介绍，我们了解了SSD固态硬盘的构造和工作原理，当选购SSD硬盘时，要根据自己的预算、容量需求，从主控芯片、闪存芯片进行挑选。希望本文的分享能帮助到大家。 我是《家电维修》技术的编辑：欢迎大家来学习，或发邮件，邮箱：zll@chinafix**，谢谢！ 
