SSD應用趨勢與發展關鍵

採USB介面設計的2GB SSD。pqi

前言：隨著SSD固態硬碟(Solid State Drive)的關鍵零組件NAND Flash不斷試探成本底限，SSD裝置在成本上已逐漸趨近消費者可接受的範圍，目前主流容量落在64GB等級，而在專業市場的應用中，例如，伺服器、工業用電腦…等，SSD仍具不可撼動的應用優勢，觀察目前的SSD技術發展趨勢，大容量與高速化再加上導入效能表現更佳的SSD控制器，持續挑戰儲存媒體的效能極限，仍是SSD在主流應用市場上不斷被邊緣化的環境下，積極竄出搶攻市場的競爭關鍵。

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SSD基於架構與原理上的差異，在裝置的應用表現可大幅改善傳統大容量儲存需求所仰賴的硬碟技術，例如，隨機讀寫所耗時間因為採積體電路的架構，透過SATA 2傳輸介面採256KB的資料區塊進行隨機讀取(Random Uncached Read)效能測試，可輕鬆達到90~100MB/Sec，若是同樣的條件進行隨機寫入(Random Uncached Write)，也至少有35~40MB/Sec的表現，相較5,400rpm採SATA 2的硬碟進行對比，其表現不管是隨機讀或寫，測試結果都落在20MB/Sec上下，兩者效能差異最高可達5倍水準。

節能、環保效益為應用優勢

再來觀察PC或NB的實際裝載效益，SSD的節能表現也相當突出，例如，SSD的運作溫度較低，整機系統尤其是機殼內空間相對較小的Notebook，其散熱條件相對較差，SSD的發熱量較低反而是相對較合適的裝載條件。另在筆記型電腦應用中，原本需針對HDD發熱問題
所進行的機構改善或加強散熱風扇散熱機制，都可因裝載SSD而得到簡化設計與壓低成本…等多重效益。

在環保效益部份，SSD亦具備極佳的優勢，例如，主要採用的筆記型電腦平台，在SSD無大量耗電的機械運作能源消耗條件下，電池採用量也可因此相對減少。市場研究機構iSuppli曾針對SSD節能也提出其研究觀察，快閃記憶體架構的SSD若用於筆記型電腦，與採傳統硬碟架構的筆記型電腦進行比較，SSD搭配4 cell的鋰電池的電力表現，則相當於採6 Cell的傳統硬碟筆記型電腦架構，若假設2013全球筆記型電腦出貨達2.5億台，這些電腦都換上SSD並搭配4 Cell電池，則可讓全球筆記型電腦少用了8,000個電池芯，SSD帶來的環保效益相當明顯。

效能與耐用度疑慮 仍是消費市場採行SSD關鍵

SSD相較於價格與容量，雖仍不敵HDD的低成本優勢，(目前市售500GB HDD僅不到100美元)，兩者仍有不小的成本差距，但綜合效能、省電、穩定…等多項優勢考量，選用SSD的C/P值並不會遜於HDD。先前提出的效能比較數據，為一般入門級SSD裝置的效能表現水準，目前主流規格在搭配新型控制晶片與強化資料快取架構，寫入速度已有170~200MB/Sec以上表現，搭配Wear Leveling技術，裝置亦具備200萬MTBF水準上下，應足以消弭使用者對於低價MLC(Multi Level Cell)的大容量SSD應用疑慮。目前市售SSD主流容量，也從64GB~256GB不等，64GB容量市場價格落在148美元，而128GB單價在270美元上下。

由於消費性市場的進入關鍵，仍在「價格」考量為多，因此目前市面上的SSD產品仍是較具容量、成本優勢的MLC型 NAND Flash產品，而MLC基於物理限制，很明顯會隨著製程微縮導致產品穩定度與耐用度表現下滑，SSD業者在追求低成本與高容量的同時，也發展各式技術加以改善。例如，透過控制IC核心支援能力進行修正，例如，針對故障區塊管理(Bad Block Management；BBM)或針對MLC元件特性，採最佳化的平均抹寫(Wear Leveling)、錯誤偵測&修正(Error Checking and Correcting；ECC)…等支援性技術改善裝置的效能表現。

從裡到外的元件技術升級

SSD的裝置效能瓶頸，可以從外部傳輸介面、Flash晶片與控制晶片與Flash晶片本身的效能觀察，針對外部的傳輸瓶頸限制，目前已有業者積極發展控制IC的關鍵技術，例如，採取SATA架構(Serial Advanced Technology Attachment)傳輸介面設計，而控制晶片所應用的為控制器，也會朝32bit處理器架構進行架構上的升級，或採取搭配外部更高速的記憶體(例如DRAM、SRAM)，進行資料讀寫的快取(Cache)應用…等，提升SSD自外部傳輸與內部連結的管控與效能實力。

在發展SSD的關鍵，仍落在NAND Flash晶片技術，目前英特爾已出貨採34nm (3bit-per-cell)的NAND快閃記憶體，也計畫年底推出採25~30nm製程的NAND元件。在Flash晶片方面，多位元(multi-bit)技術仍為NAND Flash的熱門話題，目前將以x3(3-bit-per-cell)與x4(4-bit-per-cell)技術逐漸取代目前應用較成熟的2-bit-per-cell，多位元技術將逐漸發展為主流應用。而一般SSD架構為採控制器搭配raw NAND晶片的方式整合，但隨著高容量與小空間的需求不斷增加，模組廠對NAND特性掌握程度與製造廠仍有段差距，未來的發展趨勢會逐漸朝整合控制晶片的方式製作，再進一步提升SSD的表現性能。

SSD的非技術發展關鍵

導入SSD的關鍵除了SSD本身的應用條件改善外，外部的支援與輔助也是一大關鍵。例如，配套軟體與作業系統的支援能力就相當重要，在微軟的部份，就在即將推出的Windows 7針對SSD特性追加多項最佳化設計，例如針對SSD專用的磁碟重組軟體，可在耐用度與效能進行最佳化設定，而Apple的Mac OS，在早期MacBook Air導入SSD裝載應用時，在Mac OS 10.5對於SSD的最佳化幅度有限，在新版10.6的Snow Leopard在改換64位元系統升級外，也針對SSD進行部份功能最佳化，亦有助提升SSD運作的效益與效能。