1.1 引子

先從開機速度說起。

過去，電腦啟動一般需要幾十秒甚至1min以上。開機，出去倒茶，回來，電腦還在打轉轉。如今，使用了SSD后，開機只要幾秒。開機，正起身準備去倒茶，開機助手就已經提示你：本次開機用時8秒，擊敗全國99%的用戶。算了，茶還是不倒了。不同硬盤的開機時間對比如圖1-1所示。

速度快，是用戶在使用SSD過程中最為直觀的感受。那是什么成就了SSD的神速呢？除了速度快，相比HDD，SSD還有什么優點呢？這就得從SSD的原理說起了。

SSD是一種以半導體為主要存儲介質，外形和數據傳輸接口與傳統的HDD相同的存儲產品。目前主流SSD使用一種叫閃存的存儲介質，未來隨著存儲半導體芯片技術的發展，它也可以使用更快、更可靠、更省電的新介質，例如3D XPoint、MRAM等。由于業界當前主要使用的還是閃存，所以本書的討論以閃存為主。

外觀上，加上鋁盒的2.5in[1]的SSD和2.5in的HDD基本相同。除了有傳統HDD的2.5in和3.5in的外觀外，SSD還可以有更小的封裝和尺寸，圖1-2所示為使用M.2接口的SSD。（關于SSD的接口形態，后續有詳細介紹。）

SSD是用固態電子存儲芯片陣列制成的硬盤，主要部件為控制器和存儲芯片，內部構造十分簡單。詳細來看，SSD的硬件包括幾大部分：主控、閃存、緩存芯片DRAM（可選，有些SSD上可能只有SRAM，并沒有配置DRAM）、PCB（電源芯片、電阻、電容等）、接口（SATA、SAS、PCIe等）。SSD的主體其實就是一塊PCB，如圖1-3所示。從軟件角度看，SSD內部運行固件（Firmware，FW）負責調度從接口端到介質端的數據讀寫，包括嵌入核心的閃存介質壽命和可靠性管理調度算法，以及其他一些SSD內部算法。控制器、閃存和固件是SSD的三大技術核心，后面章節會依次深度介紹。

前面講了當前SSD的存儲介質主要是閃存，故首先講一下什么是存儲介質。

存儲介質按物理材料的不同可分為三大類：光學存儲介質、磁性存儲介質和半導體存儲介質。光學存儲介質就是大家之前都使用過的DVD、CD等光盤介質，靠光驅等主機讀取或寫入數據。在SSD出現之前，個人和企業的數據存儲市場是HDD的天下，HDD是以磁性存儲介質來存儲數據的。SSD的出現打破了這一格局，它采用半導體作為存儲介質。現在及未來技術變革最快的無疑是半導體存儲。從圖1-4可以看出，半導體存儲介質五花八門。目前可以看出的主要方向是閃存、3D XPoint（PCM）、MRAM、RRAM等。

當前閃存生產供應商主要有三星（Samsung）、SK海力士（SK Hynix）、鎧俠（Kioxia）、西數（WD）、長存（YMTC），這幾家主宰了閃存市場，當然未來可能會有新的加入者，給用戶更多的選擇。