如何從表面數據識別一款固態硬碟是否值得買

NAND Flash的技術不斷成長，從單一Cell存儲1bit的SLC，發展到單一Cell存儲2bit的MLC，再到目前主流的單一Cell存儲3bit的TLC，以及即將普及的單一Cell存儲4bit的QLC，可見NAND Flash的成本隨著每一次技術革新成指數倍下降，帶給用戶的是越來越便宜的NAND Flash使用成本。讓我們可喜的是，不論是用在個人電腦中的SSD固態硬碟還是用在手機中的EMMC/UFS今後的數年，即便的容量即便不斷翻倍，而購買成本將會越來越便宜。

圖1：全球NAND Flash 存儲密度增長趨勢（來源：中國快閃記憶體市場）

對於手機來說，我們一般不會給手機換MMC/UFS。相對手機，SSD我們更容易接觸到，也更容易為PC和筆記本更換，而琳琅滿目的SSD品牌，讓一般消費者無從下手。我們用一般用戶能抓取到的數據，窺探一個SSD的質量好與壞，讓一般用戶有機會根據這些表面數據，來選擇合適自己的SSD。

圖2：京東上SSD品類有8000多個商品可供選擇

一、SSD中所用顆粒數對固態硬碟質量的影響

前文我們提過，NAND FLASH技術從SLC發展到MLC再發展到TLC，目前NAND FLASH主力提供商包括三星、海力士、東芝、鎂光、英特爾和閃迪（被西部數據收購），大批量提供的NAND為TLC（3D NAND製程），少量的MLC。 每一家Flash供應商有自己的戰略布局，例如三星的Flash在性能上表現優越，成為高性能手機EMMC和UFS中的主力供應者和首選（華為手機就曾因三星UFS供應問題而躺槍）；而Intel的Flash幾乎在手機裡面難覓其蹤，因為大量搭配其CPU用在了伺服器領域，以穩定性和容量著稱，而非性能。所以我們在當前市面上非原廠品牌的SSD中，三星和海力士的用到的最少，主流較多的以東芝/閃迪和英特爾/鎂光為主。

任何一個SSD需要兩個部分的協作方可穩定運行，即主控+NAND Flash，如果NAND Flash在SSD市場出現較少，主控對相應的NAND Flash的支持也將有限，主控廠商只有對NAND的支持越好，他們的價值才越大，這是基本的商業邏輯。所以當前市場上雖然主控廠聲稱支持所有原廠NAND，但實際上對韓系支持一般般。

以2015年因特爾推出的3D NAND為例，Intel的3D NAND代號是L06B/B0KB，L06B是MLC產品的代號，採用ONFI 4.0標準，Die Size 32GB，16k Page Size，使用4-plane設計，快閃記憶體壽命是3000 P/E。B0KB則是TLC產品的代號，採用的是同一晶元，用戶可以根據自己的需求選擇採用MLC模式和TLC模式，Die Size 48GB，快閃記憶體壽命是1500 P/E，由於是TLC所以需要ECC標準是更高的LDPC（SMI主控對Intel提供的LDPC糾錯來提升P/E）。將多個Die進行堆疊封裝為顆粒，單顆顆粒在L06B模式下就能從32G到512G（16層堆疊）可選，而在B0KB模式下，單顆顆粒可以從48G到768G（16層堆疊）可選。

圖3：Intel 3D NAND架構

通過多Die封裝的方式，可以讓單顆顆粒容量越做越大，這些顆粒在SSD的使用中，這裡存在一個很基本的邏輯，即質量越高的Die，可封裝的層數越多，容量越大；一個SSD採用的顆粒數越少，出問題的幾率越低。故在挑選SSD的時候，顆粒越少同時容量越大，該SSD的質量越高。

圖4：近期從某拆解網站上看到的120G採用了8顆TSOP封裝顆粒

入門級120GB，240GB固態硬碟，若是兩三年前TLC還未普及的時候的產品，有可能會採用多顆顆粒的方式，但是在目前TLC已經成為主流的情況下，用戶在選擇的時候還需要先掂量掂量。

圖5：近期從某拆解網站上看到的640G SSD採用單顆BGA封裝顆粒

這顆應該就是前面談到Intel TLC單顆能做到的最大容量768GB，選擇製作成SSD開卡為640GB，這個為TLC NAND 主流應用的典型。

二、OP（Over-Provisioning）預留空間對質量的影響

OP預留空間，英文名稱Over-Provisioning，是指固態硬碟內部存在的，由主控晶元控制的，用戶不可操作的隱藏空間。這部分空間就是用於主控各種優化機制的操作，諸如GC回收，磨損均衡等。通俗來講，預留的OP空間越多，越能提高固態主控機制，諸如GC回收，磨損均衡的性能，從而提升和保持固態硬碟長久的高速而不掉速。同樣，固態硬碟就會越穩定，返修也越低，壽命更長。資料參考Kingston官網（https://www.kingston.com/tw/ssd/overprovisioning）

圖6：不同使用容量的OP佔比（來源於Kingston官網）

在MLC時代，128G/256G/512G容量較為常見，因為MLC的單一Cell存儲兩個bit相較於TLC的單一Cell存儲3個Bit會更為穩定，在邁入TLC時代之後，120G/240G/480G 更常見一些，Intel在伺服器市場還會出現360G/800G，而Mircron針對消費類更是喜歡推出275G、525G這種奇葩容量。我們可以推算出來，用於伺服器的360GB，如果用512GB，OP預留值達42%；用於消費類的275G，如果用192G+96G（與Intel共廠生產的B0KB），則OP值為4.7%。可以看到，原廠在製作SSD的時候，根據不同市場設定不同的OP值來滿足於市場。對於非原廠類的品牌，若是TLC產品，必然是OP值越大越好。

圖7：組裝機電商用320G做主力硬碟降低返修率

可以觀察到，國內較大規模的組裝機電商經常用到320GB，160GB這種奇葩容量來組裝，原因是這類產品有較大OP預留，如果是192GB開卡為160GB，OP值為20%，通過降低返修率，可以降低其返修帶來的往返運費。

圖8：Intel針對伺服器使用的S3520系列

S3520寫採用的是MLC顆粒，入門級的150GB如果用256GB顆粒製作， 預留的OP值達70%！通過大量的OP值預留，可以穩定的運行在伺服器上，這也是印證了前文所提及的Intel的NAND Flash的企業戰略--滿足於伺服器的需求。

三、不要被SSD速度「誤導」了

一個SSD的速度取決於兩個層面，即主控的運作方式和所採用的NAND Flash。在NAND FLASH的速度層面，三星一直是Bug般的存在，其速度在同級別NAND Flash中確實不可匹敵；而在主控層面，不同的解決方案帶來以不同的SSD表現。

當前所有的SSD的主控均有對SSD進行優化，在當前的TLC時代，主控給出廉價解決方案為：將TLC模擬SLC模式，先讓SLC這部分當搬運工，數據寫入SLC，這樣效率最高；SLC寫完之後，主控親自上陣當搬運工，所以體現為TLC真實速度。因為前面提到TLC是1個Cell存儲3個bit，SLC是1個Cell存儲1個bit，故TLC模擬SLC模式只能模擬到全盤的1/3容量，這部分寫完後會體現TLC的本身速度。為了滿足不同用戶的需求，靠賣主控吃飯的主控廠，還給出另外一個解決方案，即：在TLC模擬SLC的同時，增加一顆DDR緩存顆粒，讓緩存顆粒協助搬運數據，一般是1G應對1M的匹配關係。

圖9：不帶緩存480G SLC模式下的測試（40G寫入）

圖10：不帶緩存480G填充全盤1/3以上測試（40G寫入）

圖11：帶緩存的500G填充全盤1/3以上測試（40G寫入）

這個工具叫做HD Tune Pro，這款工具能讓用戶實打實的測試出SSD的真實效能，能不輕易被品牌工廠和媒體誤導。之所以沒有測試填充後的讀取，是因為SSD的讀取基本是不變的，一般我們用到SSD的時候，比如說玩遊戲，也是讀取操作，寫入操作是僅在於大量拷貝的時候才會有，所以作這個比較是為了讓大家了解一款SSD的寫入性能。時至今日，仍有人誤導用戶說機械硬碟比固態硬碟好，也有人說SSD性能不如U盤，實在是貽笑大方。

通過上面三張圖的比較我們可以看到以下結論：

1、不論是帶DDR方案還是不帶DDR方案，就寫入比較而言，模擬SLC段的寫入都是大同小異的

2、當1/3的SLC模式填充完之後，寫入會出現變化。主控帶DDR的解決方案的平均速度是不帶DDR的平均速度的一倍以上。

3、不論是帶DDR還是不帶DDR方案，均會出現最低速度低於10M的情況，這是因為主控在搬運數據的時候的垃圾回收功能決定的。在看一個SSD的寫入的時候，最好參考值是平均寫入速度，最高值和最低值均只能作參考。

大容量SSD時代來臨的時候，我們購買SSD不再是用於裝個操作系統，SSD實現的功能是存儲功能，用更為穩定的SSD取代HDD來實現存儲，對於不同用戶需求來說，對寫入速度有不同的要求，如果每天需要大量的拷貝，選擇帶DDR的解決方案或者三星的SSD會是最好的選擇。

四、國產NAND Flash任重而道遠。

最後，我們來看看國產NAND Flash的趨勢和進度。

在CITE2018展會上開幕式上，長江存儲宣布32層64Gb 3D NAND Flash存儲器將會在2018年達成小規模量產的目標，2019年64層128G 3DNAND Flash儲器則將會進入規模研發的階段。

單Die 64Gb即8GB容量，我們在前文談到Intel上一代代號為B0KB的TLC為單Die 32GB，當前量產的代號為B17的TLC為單Die 64GB，即使國產NAND FLASH良率與國際大廠一致，當前成本差異也將達到8倍。若摩爾定律在NAND FLASH中繼續生效，國產NAND Flash的成本仍然需要很長的時間才能實現市場化競爭。當前中美貿易戰爭還在繼續，面對這種受制於人的局面，只能由衷的祝願國產的NAND 能夠早日實現技術革新並規模化量產，這樣我們也能早日能用上中國芯的SSD產品。

總結

NAND技術還在繼續發展，並仍然遵循摩爾定律，可以大膽的預測，當QLC時代正式來臨，SSD取代HDD將成為可能。在SSD的選擇上，我們需要掌握一定的基礎知識，遵循基礎的選購邏輯，這才能避免掉入別人的忽悠陷阱。

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