企业级和消费级固态硬盘的区别和实际应用现状

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  • 2021-09-01 11:18:53

得益于固态存储优越的性能和特点,固态硬盘的应用场景非常广泛,除了日常中常见的电脑笔记本,它也被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等诸多领域。

例如在互联汽车应用中,固态驱动器(SSD)被用于满足高性能图形、数据存储和通信的要求,并提供闪存解决方案,帮助交付高性能存储和可靠性在多种车载应用,包括司机辅助技术、娱乐系统、导航系统和3D地图等,在车联网和信息娱乐乘用车中得到了广泛应用。

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可以说,但凡涉及到大数据、大流量、大业务交互方面都能广泛地用到SSD。按照应用领域来划分的话,SSD可分为普通消费级、企业级和军工级。三者应用产品的本质差别主要体现在三点:可靠性、稳定性、客制化。

总体来说就是企业级、消费级产品的用户对数据的安全性非常宽容,对于产品的容错度也较高,更看重的是成本和性能表现。而军工级产品往往需要追求极限指标,因此,功耗和成本都会远超企业级、消费级产品。这期我们主要讲的是企业级和消费级固态硬盘的区别和实际应用

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(三者不同参数对比 仅供参考)

要了解各级 SSD 之间的区别,首先应先了解SSD的两个关键组件,即主控芯片和用于储存数据的非易失性 NAND 闪存(前三期文章有详细讲解)。

在当今市场上,SSD和NAND 闪存消费主要分为三大类别:

Ø 消费设备(平板电脑、拍照机、移动电话);

Ø 客户端(上网本电脑、笔记本电脑、Ultrabook、AIO、台式个人电脑);

Ø 嵌入式/工业(游戏信息终端)与企业计算(HPC、数据中心服务器)。

企业级SSD的应用需求和技术要求与消费级SSD有着很大的不同,对主控和闪存的要求也不相同,因而两者的组成部分在制成的时候也有所差别。其差别主要体现在四个方面:成本、性能、可靠性、耐久性

成本高低不同

企业级SSD更多地面向企业单位,相对于消费级SSD,企业级SSD对成本的要求较低,更加注重数据的完整性,也就是对数据的安全性有苛刻的要求。相反,消费级更加看重的是成本,对数据的完整性要求并不那么严苛,因为个人电脑对SSD有一定的容错度,价格才是主导市场的关键因素。

性能比较

企业级SSD一般作为大数据或是单位平台使用,对产品的实时反应以及数据安全稳定性具有较高要求,同时对SSD的读写速度以及快速响应等都具备一定的要求。消费级SSD主要是针对个人用户,而个人电脑等产品则没有这么高的需求,更多的是对容量、价格、速度等因素有需求,更注重使用体验,因此企业级SSD在性能方面也要优于个人消费级SSD。

可靠性区别

SSD有几个关键指标来衡量其可靠性:UBER、RBER和MTBF。

UBER: Uncorrectable Bit Error Rate,不可修复的错误比特率;

RBER: Raw Bit Error Rate, 原始比特错误率;

MTBF: Mean Time Between Failure, 平均故障间隔时间。

RBER反映的是闪存的质量,所有闪存出厂时都有一个RBER指标,企业级闪存和消费级闪存的RBER显然是不同的,价格当然也有所不同。

UBER指标描述的是出现数据错误的概率,给用户以直观的概率数据描述错误数据的可能性,当然越低越好。

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(企业级和消费级SSD UBER值对比 仅供参考)

影响SSD可靠性的原因包括SSD闪存的自身预测寿命以及自然发生的错误率问题这两点。

耐久性对比

通常情况下,企业级SSD必须能够承受需全天24小时访问数据的数据中心服务器的常见情形中繁重的写入活动,而个人消费级SSD每天大概只有不超过12小时的充分利用时间,所以企业级SSD一般采用SLC或者MLC储存,消费级一般采用TLC或者MLC往后或许可以采用QLC储存。

究其根本原因为前二者(SLC、MLC)的颗粒稳定性较高;其次,企业使用级SSD对成本的要求一般都在可控范围内,虽说买贵不一定能买好(闪存颗粒),但是好的(闪存颗粒)肯定不便宜。

而消费类SSD一般以TLC、QLC颗粒为主,相同内存的前提下,动辄上千的MLC、SLC显然不能适应占据庞大存储市场的个人消费人群。

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(企业级SSD组成分布 仅供参考 )

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(消费级SSD组成分布 仅供参考 )

从图中可以看出,企业级更加注重数据的完整性,也就是对数据的安全性有苛刻的要求,而成本的比重只有5%。

相反,消费级更加看重的是成本,对数据的完整性并不那么的看重,因为个人电脑对SSD有一定的容错度,价格才是主导市场的关键原因。

对于企业级用户来说,除稳定性之外,安全性是最敏感的地方,断电保护、一键擦除等功能使用在一定程度上让数据安全有了更好的保障。

稳定可靠简简单单四个字,做起来却需要长时间的产品打磨和超过数万片的出货量才能实现。这就要求这个行业的企业拥有一个非常强的固件开发团队,芯片的硬件只能提供SSD的性能基础,SSD开始使用之后,需要进行大量后台的数据搬运和任务调度,这时候就是固件在发挥作用,SSD由于没有机械部件,稳定性上更强。

如下图,是一个SSD的内部构造和功能划分。SSD的基础是闪存芯片阵列,企业级SSD需要挑选优质的闪存颗粒才能提供高可靠性,当然主控芯片的品质也很关键。主控芯片主要分为芯片硬件和固件(Firmware,基于主控芯片工作的软件)两部分,从工作量和重要性来说,芯片硬件和固件各占50%。

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(部分SSD内部构造示意图 仅供参考)

固件的任务是固态硬盘的各种管理算法:包括NVMe协议实现,FTL(Flash Translation Layer)映射表管理,垃圾回收、磨损均衡算法,性能优化、稳定性优化等技术,各种异常处理,开机启动和关机保存数据,异常掉电数据恢复,不同闪存颗粒适配等。

目前国内有成熟的SSD固件开发能力的公司并不多,比较知名并且出货量较大的公司包括Memblaze(企业级,PMC方案)、至誉科技(工业级,Marvell方案),江波龙(消费级,Marvell方案)、佰维(消费级,Marvell方案)、海康威视(企业级+消费级,联芸、Marvell方案)、华为(企业级,海思方案)等、紫光得瑞(企业级,Dera方案),以上公司的存储方案在业内都有不错的口碑。

SSD固态硬盘的普及就是大趋势,其更新换代所带来的市场机会和利润空间十分巨大。根据IDC调查研究表明,从2010年开始,固态盘采用率呈明显增长趋势,出货量基本实现54%的年复合增长率,其中企业级存储应用将在I/O密集型应用中扮演关键角色,到2022年将增长到518亿美元,这一增长将主要得益于企业级SSD市场,年增长率为15.7%。SSD在消费市场和企业级市场的应用已成为主流。

在消费级SSD市场群体中,价格是最主要考虑的一个因素,需要高性价比的产品,其次才是产品的品牌和产品的性能要求,三星、影驰、西部数据、金士顿等是这个市场群体中的佼佼者,此外,包括镁光、Intel、Sandforce、威刚、铠侠等品牌皆有不错的市场影响力。

而应用于Industrial/Embedded PC市场的SSD,对技术和性能的要求更高,需要能够为客户提供定制化服务。

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(消费类SSD在笔记本电脑上的搭载率)

企业级SSD主要面向互联网、企业数据中心、服务器、云计算等企业级用户,随着数据应用要求的不断提高,IT厂商们也在纷纷建立自己的数据中心。由于数据中心规模庞大,成千上万台服务器所带来的存储数量和能耗成本的压力给SSD带来了巨大的生存发展机会。

SSD存储的是用户最重要的数据,存储行业是一个对产品品质要求极高的行业,这块市场需要的是绝佳的效能表现,比如高效能、低功耗、运作稳定、超高耐用度以及数据的绝对正确性。

随着云计算时代的到来,固态硬盘以其所带来的高效的存储性能优势和节约的能耗成本将使其是未来存储领域中数据中心和云计算的首选配置。

从市场现状来看,目前SSD市场需求持续升温,TrendForce集邦咨询表示,自今年第二季以来,受惠于服务器出货量向上攀升,enterprise SSD采购量也同步增长。其中又以资料中心8TB容量出货占比成长最为明显,推估此一成长趋势将延续至第三季。然受限于晶圆代工产能吃紧,SSD相关零部件可能出现供应不及的情况,实际市场需求仍未得到实质提升。

近年来SSD的爆发式增长也推动了相关技术的进步,在企业级SSD领域,涌现出了不少新技术,比如3D XPoint、QLC等新型存储介质,以及Open Channel SSD、定制化SSD等新产品。如今的存储产业正发生着翻天覆地的变化,而随着新技术的发展与广泛应用,也为闪存行业带来了新的机遇与挑战。

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(全球NAND Flash 存储密度增长趋势 仅供参考)

最直观的就是SSD出货量的增长,消费类、数据中心以及行业应用需求持续增加,2018年全球SSD的出货量达到2.05亿台,其中企业级市场SSD出货量达到2900万台,消费类SSD市场出货量达1.76亿台,价格下滑正刺激市场需求持续增长。

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(全球SSD出货量走势 仅供参考)

企业级/消费级SSD的应用增长也促进了NVMe SSD生态的发展,NVMe协议也正在快速更新,然而硬件产品最重要的是标准化,有了标准之后,便能通过批量出货和各种优化把可靠性和性能稳定性做到最佳,更重要的是,标准化可以降低成本,加速产品导入。

早在2018年,原厂三星、东芝/西部数据、美光/英特尔3D NAND生产比重已超过80%,美光甚至可以达到90%,未来在SSD的应用中,这一比例仍将保持持续增长的趋势,其中,数据中心和PC市场是主要驱动力,尤其是数据中心领域,发展潜力最大。

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(NAND Flash 产品应用分布)

面对SSD应用市场,尤其是数据中心领域,三星、铠侠、西部数据、SK海力士、英特尔均在发力抢占市场,不断投资建设新项目以提高产能,应对SSD市场需求的增长。与此同时,国内的存储厂商也在不断加大研发投入,长江存储、中芯国际、长电科技等企业也在存储领域占有一席之地。随着硬件设备和软件技术的更新迭代,相信未来SSD的应用和技术也会更上一层楼。

以上就是关于SSD不同市场的应用详情,随着SSD在我们的日常生活中的应用范围不断扩大,它的各项性能也在不断优化完善,那么它的具体应用又会给大家带来什么样的新体验呢?接下来芯达人将会为大家带来SSD在各领域的实际应用介绍,期待更多干货!

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