在近期的文章分享中我们看到，全闪存储是未来存储的主流趋势。焱融追光 F8000X 全闪文件存储，作为国内全闪分布式文件存储性能旗舰产品，在高性能文件存储赛道上，一直跑在最前面。为帮助大家更清晰的理解全闪的前沿应用，我们将定期分享全闪相关的系列科普，从零开始逐步揭开未来存储的神秘面纱。
焱融全闪文件存储采用全 NVMe SSD、InfiniBand 高速网络，支持 RDMA，以保证极高的性能充分释放数据潜力。那么问题来了🤔️，你知道什么是 SSD 么？
SSD （Solid State Drive），即固态硬盘，通常是一种以半导体闪存（NAND Flash）作为介质的存储设备。SSD 以半导体作为介质存储数据，用纯电子电路实现，没有任何机械设备，这也是和传统机械硬盘（Hard Disk Drive，HDD）最主要的区别。
我们生活在数据大爆炸的时代，发朋友圈、写博客、在社交网站上传图片和分享视频、或是备份信息在网盘等，这些数据无论是云端存储还是本地存储，有数据的地方就会有存储介质。传统的数据存储介质有磁带、光盘、更多的是硬盘 HDD。随着数据呈现爆炸式增长，对数据存储介质在速度和容量上有了更高的要求，固态硬盘 SSD 由此诞生。
一张图看懂 SSD 存储介质的分类
目前主流的 SSD 使用闪存（Flash）作为存储介质。Flash 技术分为 NAND Flash 和 NOR Flash 两种。NOR Flash 传输效率很高，但写入和擦除速度很慢，容量也较小，一般为 1Mb-2Gb，常用于保存代码和关键数据。而 NAND Flash 能提供极高的单元密度，可达到高存储密度，适用于大量数据的存储。NAND Flash 具有写入、擦除速度快、存储密度高、容量大的特点，也因此迅速成为了 Flash 主流技术。除了 NAND Flash，现在还有 3D XPoint 等新型的 SSD 存储介质，比如：傲腾 SSD 等。NAND Flash SSD 的立体制程经历了从 2D NAND 发展到了4D NAND 的大发展，趋势是硅片单位面积能设计生产出更多的比特（bit），使得每 GB 成本更低。按存储单元密度来分，NAND Flash 可分为 SLC、MLC、TLC、QLC 等，对应 1 个存储单元分别可存放 1、2、3、4bit 的数据。目前 NAND Flash 主要以 TLC 为主，不过 QLC 的比重正在逐步提高，很多知名存储厂商都推出了基于 QLC SSD 的全闪存储产品。
说了这么多，SSD 长啥样呢？
SSD 的基本结构组成SSD 是用固态电子存储芯片阵列组成的硬盘，所以构造比较简单，主要部件为：控制器和存储芯片。如果进一步细分 SSD 硬件组成包括：主控、闪存、缓存芯片、PCB（电源、电阻、电容等）、接口（SATA、SAS、PCIe 等），整体形态就是一块 PCB，如上图所示。而软件部分指的是 SSD 内部运行的固件（Firmware），主要负责调度数据从接口端到闪存介质端的读写，还包括闪存介质的寿命和可靠性管理调度算法。
总结来说：控制器、闪存颗粒和固件是 SSD 的三大技术核心。说到这里，我们来看下市面上的 HDD 产品跟 SSD 产品有什么不同？
SSD 与 HDD 产品差异
传统的 HDD 是“马达+磁头+磁盘”的机械结构，而 SSD 则是“闪存介质+主控”的纯半导体芯片存储结构，两者在数据存储介质和读写方式上有着本质区别，这也使得它们在性能、功耗、抗震、噪声、外形等方面也产生了巨大的差异。
性能对比
毫无疑问，无论是用户主观体验上还是实际测试数据，SSD 在性能方面都可以完全碾压 HDD。尤其是随机读写的性能（IOPS和延迟），二者的差距可达上千倍。
下表列举了各类主流 SSD 和 HDD 的性能数据对比：
功耗对比
关于功耗，业界定义可以分为峰值功耗（Peak Power）、读写功耗（Active Power）、睡眠功耗（Sleep Power）这几类。HDD 与 SSD的功耗如下表所示：
工作功耗HDD 约为 6~8W ，SATA SSD 约为 5W，待机功耗 SSD 可以降低到毫瓦（mW）级别。首先，从 SSD 功耗占比来看，读写功耗主要消耗在闪存上。其次，影响读写功耗的是主控功耗，大约占总功耗的 20%。由于 SSD 具有极高的性能，较比 HDD 来说，相当于单位功耗产生了成百上千倍的性能，所以从这个角度来说 SSD 是属于低功耗的产品。
可靠性对比
HDD 是机械结构，磁头和磁片在发生跌落时接触碰撞会产生物理损坏，而 SSD 内部不存在任何机械部件，因此相比 HDD 更加抗震和可靠。
另外，SSD 由于结构上没有马达的高速运转，所以工作状态会比 HDD 更加安静。从外形上看 HDD 一般是 3.5 寸和 2.5 寸两种形态，而 SSD 除此之外还有更加小巧的 M.2 形态。
综上所述，目前 HDD 和 SSD 在各个维度的对比之后可以发现只有价格优势。但随着闪存价格的不断降低，有机构预测称在未来 5-7 年内，SSD 的价格有可能和 HDD 重合。SSD 在大数据时代会成为闪亮的主角，那么使用 SSD 产品的一些接口都有哪些？
一张图 Get ✅ SSD 接口形态
厂商和标准化组织定义了 SSD 接口形态和尺寸（SSD Form Factor），在不同应用场景下 SSD 的 Form Factor 是不同的。常见的 SSD 接口有 2.5 寸 SATA 接口、mSATA 接口、M.2 接口、PCI-E AIC、U.2 接口等。
- SATA 接口和电器标准都比较成熟，也是目前大量出货的 SSD。包括消费类和企业级产品，其中消费类产品以 SATA M.2为主，企业级产品以 SATA 2.5寸为主。
- mSATA 与标准的 SATA 相比体积大为缩小，主要应用于消费级笔记本领域。但随着M.2 的出现，基本上取代了 mSATA 产品。
- M.2 是为超级本量身定制的新一代接口标准，主要用来取代 mSATA 接口，具有体积小巧，性能好等特点。企业级的服务器通常内置 M.2 接口，常用于安装操作系统。
- PCIe SSD最开始起步于 AIC （Add IN Card），采用主板上插卡的形式，后演变到现在又加入了 M.2 和 U.2 形态。消费级 PCIe SSD 主流是 M.2 形态，而企业级 PCIe SSD 目前主流是 U.2 的形态。
- U.2 俗称 SFF-8639，采用非 AIC 的形式，而是以 2.5 寸盘的形式存在。其开发目的也是统一 SAS、SATA 和 PCIe 三种接口。目前 U.2 NVMe SSD 是企业级全闪存储主流的存储介质。
企业级用户除了关注 SSD 的性能参数以外，还会关注它的使用寿命和可靠性。那么以下几个指标可以为企业评估带来一定的参考。
SSD 使用寿命与可靠性如何？
尤其是企业级用户除了会关注 SSD 的性能参数外，还会关心它的使用寿命和可靠性。
衡量 SSD 寿命有两个主要的指标：
- DWPD（Drive Writes Per Day），即在 SSD 保质期内，用户每天可以把硬盘写满多少次。比如 DWPD 是1，指的是每天满盘写入 1次 ，以此类推。从应用角度出发，多数应用读多写少，少数应用写多读少，应用不同，对 SSD 的寿命要求也就不同。所以根据应用负载模式又将 SSD 分为读密集型（Read Intensive）和写密集型（Write Intensive）两种。一般来说，DWPD 越高对应硬盘的单价也就越高，需要用户根据实际应用选择。
- TBW（Terabytes Written），在 SSD 的生命周期内可以写入的总的字节数。
SSD 还有几个衡量其可靠性的指标：
- UBER：Uncorrectable Bit Error Rate，即：不可修复的错误比特率。该指标描述的是出现数据错误的概率，这个值是越小越好。
- RBER：Raw Bit Error Rate，即：原始错误比特率，该指标反映的是闪存的质量。所有的 SSD 出厂的时候都会有一个 RBER 指标，企业级 SSD 和消费级 SSD 这个指标是不同的。影响 UBER 最核心的因素就是 RBER，后者越低，前者就越低。
- MTBF：Mean Time Between Failure，平均故障间隔时间。该指标反映的是产品的无故障连续运行时间，也是衡量产品可靠性的重要指标。
以上就是本期关于 SSD 最基本内容，通过性能、功耗、可靠性几个维度理解 SSD 与 HDD 产品最大的不同。作为专门为 SSD 开发的软件存储协议， NVMe 正在快速占领 SSD 市场。那么，下期我们将继续分享焱融全闪文件存储采用全 NVMe 协议的 SSD 背后的逻辑。
