如何从表面数据识别一款固态硬盘是否值得买？

NAND Flash的技术不断成长，从单一Cell存储1bit的SLC，发展到单一Cell存储2bit的MLC，再到目前主流的单一Cell存储3bit的TLC，以及即将普及的单一Cell存储4bit的QLC，可见NAND Flash的成本随着每一次技术革新成指数倍下降，带给用户的是越来越便宜的NAND Flash使用成本。让我们可喜的是，不论是用在个人电脑中的SSD固态硬盘还是用在手机中的EMMC/UFS今后的数年，即便的容量即便不断翻倍，而购买成本将会越来越便宜。

图1：全球NAND Flash存储密度增长趋势（来源：中国闪存市场）

对于手机来说，我们一般不会给手机换EMMC/UFS。相对手机，SSD我们更容易接触到，也更容易为PC和笔记本更换，而琳琅满目的SSD品牌，让一般消费者无从下手。我们用一般用户能抓取到的数据，窥探一个SSD的质量好与坏，让一般用户有机会根据这些表面数据，来选择合适自己的SSD。

▲京东上SSD品类有8000多个商品可供选择

一、SSD中所用颗粒数对固态硬盘质量的影响

前文我们提过，NAND FLASH技术从SLC发展到MLC再发展到TLC，目前NAND FLASH主力提供商包括三星、海力士、东芝、镁光、英特尔和闪迪（被西部数据收购），大批量提供的NAND为TLC（3D NAND制程），少量的MLC。每一家Flash供应商有自己的战略布局，例如三星的Flash在性能上表现优越，成为高性能手机EMMC和UFS中的主力供应者和首选（华为手机就曾因三星UFS供应问题而躺枪）；而Intel的Flash几乎在手机里面难觅其踪，因为大量搭配其CPU用在了服务器领域，以稳定性和容量著称，而非性能。

所以我们在当前市面上非原厂品牌的SSD中，三星和海力士的用到的最少，主流较多的以东芝/闪迪和英特尔/镁光为主。

任何一个SSD需要两个部分的协作方可稳定运行，即主控+NAND Flash，如果NAND Flash在SSD市场出现较少，主控对相应的NAND Flash的支持也将有限，主控厂商只有对NAND的支持越好，他们的价值才越大，这是基本的商业逻辑。所以当前市场上虽然主控厂声称支持所有原厂NAND，但实际上对韩系支持一般般。

以2015年Intel推出的3D NAND为例，Intel的3D NAND代号是L06B/B0KB，L06B是MLC产品的代号，采用ONFI 4.0标准，Die Size 32GB，16k Page Size，使用4-plane设计，闪存寿命是3000 P/E。

B0KB则是TLC产品的代号，采用的是同一芯片，用户可以根据自己的需求选择采用MLC模式和TLC模式，Die Size 48GB，闪存寿命是1500 P/E，由于是TLC所以需要ECC标准是更高的LDPC（SMI主控对Intel提供的LDPC纠错来提升P/E）。将多个Die进行堆叠封装为颗粒，单颗颗粒在L06B模式下就能从32G到512G（16层堆叠）可选，而在B0KB模式下，单颗颗粒可以从48G到768G（16层堆叠）可选。

图3：Intel 3D NAND架构

通过多Die封装的方式，可以让单颗颗粒容量越做越大，这些颗粒在SSD的使用中，这里存在一个很基本的逻辑，即质量越高的Die，可封装的层数越多，容量越大；一个SSD采用的颗粒数越少，出问题的几率越低。故在挑选SSD的时候，颗粒越少同时容量越大，该SSD的质量越高。

图4：近期从某拆解网站上看到的120G采用了8颗TSOP封装颗粒

入门级120GB，240GB固态硬盘，若是两三年前TLC还未普及的时候的产品，有可能会采用多颗颗粒的方式，但是在目前TLC已经成为主流的情况下，用户在选择的时候还需要先掂量掂量。

图5：近期从某拆解网站上看到的640G SSD采用单颗BGA封装颗粒

这颗应该就是前面谈到Intel TLC单颗能做到的最大容量768GB，选择制作成SSD开卡为640GB，这个为TLC NAND主流应用的典型。

二、OP（Over-Provisioning）预留空间对质量的影响

OP预留空间，英文名称Over-Provisioning，是指固态硬盘内部存在的，由主控芯片控制的，用户不可操作的隐藏空间。这部分空间就是用于主控各种优化机制的操作，诸如GC回收，磨损均衡等。通俗来讲，预留的OP空间越多，越能提高固态主控机制，诸如GC回收，磨损均衡的性能，从而提升和保持固态硬盘长久的高速而不掉速。同样，固态硬盘就会越稳定，返修也越低，寿命更长。

图6：不同使用容量的OP占比

在MLC时代，128G/256G/512G容量较为常见，因为MLC的单一Cell存储两个bit相较于TLC的单一Cell存储3个Bit会更为稳定，在迈入TLC时代之后，120G/240G/480G更常见一些，Intel在服务器市场还会出现360G/800G，而Mircron针对消费类更是喜欢推出275G、525G这种奇葩容量。

我们可以推算出来，用于服务器的360GB，如果用512GB，OP预留值达42%；用于消费类的275G，如果用192G+96G（与Intel共厂生产的B0KB），则OP值为4.7%。可以看到，原厂在制作SSD的时候，根据不同市场设定不同的OP值来满足于市场。对于非原厂类的品牌，若是TLC产品，必然是OP值越大越好。

图7：组装机电商用320G做主力硬盘降低返修率

可以观察到，国内较大规模的组装机电商经常用到320GB，160GB这种容量来组装，原因是这类产品有较大OP预留，如果是192GB但是使用160GB，OP值为20%，通过降低返修率，可以降低其返修带来的往返运费。

图8：Intel针对服务器使用的S3520系列

S3520写采用的是MLC颗粒，入门级的150GB如果用256GB颗粒制作，预留的OP值达70%。通过大量的OP值预留，可以稳定的运行在服务器上，这也是印证了前文所提及的Intel的NAND Flash的企业战略--满足于服务器的需求。

三、不要被SSD速度“误导”了

一个SSD的速度取决于两个层面，即主控的运作方式和所采用的NAND Flash。在NAND FLASH的速度层面，三星一直是Bug般的存在，其速度在同级别NAND Flash中确实不可匹敌；而在主控层面，不同的解决方案带来以不同的SSD表现。

当前所有的SSD的主控均有对SSD进行优化，在当前的TLC时代，主控给出廉价解决方案为：将TLC模拟SLC模式，先让SLC这部分当搬运工，数据写入SLC，这样效率最高；SLC写完之后，主控亲自上阵当搬运工，所以体现为TLC真实速度。

因为前面提到TLC是1个Cell存储3个bit，SLC是1个Cell存储1个bit，故TLC模拟SLC模式只能模拟到全盘的1/3容量，这部分写完后会体现TLC的本身速度。为了满足不同用户的需求，靠卖主控吃饭的主控厂，还给出另外一个解决方案，即：在TLC模拟SLC的同时，增加一颗DDR缓存颗粒，让缓存颗粒协助搬运数据，一般是1G应对1M的匹配关系。

图9：不带缓存480G SLC模式下的测试（40G写入）

图10：不带缓存480G填充全盘1/3以上测试（40G写入）

图11：带缓存的500G填充全盘1/3以上测试（40G写入）

这个工具叫做HD Tune Pro，这款工具能让用户实打实的测试出SSD的真实效能，能不轻易被品牌工厂误导。之所以没有测试填充后的读取，是因为SSD的读取基本是不变的，一般我们用到SSD的时候，比如说玩游戏，也是读取操作，写入操作是仅在于大量拷贝的时候才会有，所以作这个比较是为了让大家了解一款SSD的写入性能。

通过上面三张图的比较我们可以看到以下结论：

1、不论是带DDR方案还是不带DDR方案，就写入比较而言，模拟SLC段的写入都是大同小异的

2、当1/3的SLC模式填充完之后，写入会出现变化。主控带DDR的解决方案的平均速度是不带DDR的平均速度的一倍以上。

3、不论是带DDR还是不带DDR方案，均会出现最低速度低于10M的情况，这是因为主控在搬运数据的时候的垃圾回收功能决定的。在看一个SSD的写入的时候，最好参考值是平均写入速度，最高值和最低值均只能作参考。

大容量SSD时代来临的时候，我们购买SSD不再是用于装个操作系统，SSD实现的功能是存储功能，用更为稳定的SSD取代HDD来实现存储，对于不同用户需求来说，对写入速度有不同的要求，如果每天需要大量的拷贝，选择带DDR的解决方案或者三星的SSD会是最好的选择。

四、国产NAND Flash任重而道远。

最后，我们来看看国产NAND Flash的趋势和进度。

在CITE2018展会上开幕式上，长江存储宣布32层64Gb 3D NAND Flash存储器将会在2018年达成小规模量产的目标，2019年64层128G 3DNAND Flash储器则将会进入规模研发的阶段。

单Die 64Gb即8GB容量，我们在前文谈到Intel上一代代号为B0KB的TLC为单Die 32GB，当前量产的代号为B17的TLC为单Die 64GB，即使国产NAND FLASH良率与国际大厂一致，当前成本差异也将达到8倍。若摩尔定律在NAND FLASH中继续生效，国产NAND Flash的成本仍然需要很长的时间才能实现市场化竞争。当前中美贸易战争还在继续，面对这种受制于人的局面，只能由衷的祝愿国产的NAND能够早日实现技术革新并规模化量产，这样我们也能早日能用上中国芯的SSD产品。

总结

NAND技术还在继续发展，并仍然遵循摩尔定律，可以大胆的预测，未来SSD取代HDD将成为可能。在SSD的选择上，我们需要掌握一定的基础知识，遵循基础的选购逻辑，这才能避免掉入别人的忽悠陷阱。

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