企业级SSD固态硬盘行业报告（67页）

机械硬盘（HDD）主要由：磁头臂，磁头, 主轴，磁盘，接口，磁盘控制器组成。工作时，磁盘上有磁性涂层。数据存储在这些盘片上， 并通过安装在控制器上的磁头进行读取。磁头沿着磁盘片的半径方向进行运动，与盘片的高速转动进行配合，然后磁头就可以在盘片上 的特定位置运行，最后达到信息读取的功能。 固态硬盘（Solid State Drive，SSD），固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。基于闪存的固态硬盘是固态硬盘的主要类别，构 造上看，固态硬盘即在PCB板上集成主控芯片，缓存芯片（DRAM，部分硬盘无DRAM）和用于存储数据的闪存颗粒（NAND FLASH）， 工作方法为：主控芯片通过固件算法对闪存颗粒进行数据读写。SSD已经成为消费级和企业级市场存储硬盘的主流选择。SSD 的主要硬件组件包括 NAND Flash、主控芯片和 DRAM， 核心软件为企业级 SSD 的固件。  固件起软件功能；主控芯片(SSD Controller)通过固件技术实现 组件之间的共同运作及数据运维等功能；闪存芯片（ Flash ） 则用于存取数据内容。目前主流的固态硬盘存储介质仍为闪存（Nand Flash），是一种传统的 非易失性存储介质，其浮栅（Floating Gate）晶体管的设计让电荷能存 储在浮栅里，因此掉电之后，数据不会丢失。 

闪存单元根据浮栅内存储的电子数量所表现的电压值表现不同的数据值， 从而起到存储数据的作用。对闪存单元的操作可简化为写入、读取和擦 除。写入、读取的操作最小结构为页（Page），擦除的操作最小结构为 块（Block）。存储介质的发展趋势将持续向更高的读写速度，更大存储容量，低功耗， 更高存储密度等演进。NAND Flash从 bit 形 态 来 看， 可 以 分 为 单级闪存单元 （SLC）、二级闪存单元（MLC）、三级闪存单元（TLC）、 四级闪存单元（QLC），对应性能寿命及可靠性依次下降， 但存储密度和单位成本也依次下降。  SLC：即1bit/Cell，仅有0、1两种电压变化，结构简单，电压 控制也快速，这种结构带来更快的写入速度，其P/E寿命可 达10万次，但电压变化少意味着存储容量低，因此单位成本 也最高； MLC：即2bit/Cell，电压变化有四种——00,01,10,11，写入性 能、可靠性能相较SLC降低，其P/E寿命根据不同制程在 3000-10000次不等； TLC，即3bit/Cell，电压从000到111有8种变化，容量比MLC 再次增加1/3，成本更低，结构复杂，读写速度进一步下降， P/E寿命降低至5000以下。QLC：即4bit/Cell，电压有16种变 化，容量再提高33%，写入速度上，P/E写入时间更长，速 度更慢。 PLC：即5bit/Cell，相对的电平数量从16个增加到32个，额外 25%的容量加成，目前结构最复杂，因此错误率自然更高， 需要性能更强的ECC，需要更强大的磨损平衡算法，需要强 大的主控芯片CPU，技术上即使达到，近几年内要大规模占 据主流市场也并不现实。