3.2 主控:SSD的大脑
典型的SSD架构
典型的SSD结构如上图所示,主控占据了大部分比例,实际上主控在SSD中只是一颗芯片,但是正所谓“秤砣小,压千斤”,正是这么一颗小小的芯片决定了SSD多方面的性能,称之为SSD的“大脑”并不为过。
SSD主控用于连接闪存芯片与内存,接收系统发出的指令以读取或者写入数据,主要负责ECC纠错、耗损平衡、坏块映射、读写缓存、垃圾回收以及加密等,其中的大部分功能我们后面还会专门讲述,这里就一笔带过了。
虽然主要性能跟主控有关,但是主控发挥的水平还要跟firmware固件联系起来,后者相当于SSD的“操作系统”,而固件更新带来的性能变化甚至比SSD主控本身还要明显,最典型的例子就是去年美光M4以及前段时间的OCZ Vertex 4固件升级,性能简直跟坐了火箭一样。
SSD厂商一般都会自己开发固件,当然也有从主控厂商那里购买一揽子方案的。另外SSD主控和闪存一样属于高技术含量,能玩得转的其实没几家,这里简单介绍一下市场上常见的几种SSD主控方案。
1.Marvell
本来SandForce公司的主控数量更多,名气也大一些,不过这两年中Marvell公司的SSD主控发展的很快,性能、可靠性经历了玩家和市场的检验,市面上口碑较好的SSD如美光M4、浦科特M3/M2都使用了Marvell方案,因此这里还是把Marvell列为第一位。
Marvell目前的主控芯片是88SS9174,早期有BJP2步进,第一款支持SATA 6Gbps接口的主控,不过读写速度只有355、215MB/s,表现一般。
主力型号是BKK2步进88SS9174优化了25nm NAND闪存的8KB页面支持,支持TRIM、NCQ以及GC垃圾回收等功能。
使用此主控的产品主要有:Crucial RealSSD M4系列,浦科特M2P、M2S、M3系列,ORICO HM1系列,海盗船Performance Pro系列,Intel 510系列,产品口碑不错。
今年三月份Marvell发布了第三代SSD主控88SS9187芯片,支持8通道并行,最高读写速度可达1.6GB/s,特别是脏盘情况下连续写入速度也能保持在500MB/s,此外在功耗、可靠性等方面进行了优化,是新一代SSD的首选。
不过目前并没有看到采用这款主控的SSD发布,OCZ新近发布的Vertex 4系列主控其实是改进版的Marvell主控,当时都说是基于88SS9174,但是从性能上看更像是88SS9187马甲,只是目前还没有得到证实。
2.SandForce
SF主控是目前市面上使用最多的SSD主控了,因为它提供了包括主控、固件以及PCB设计在内的一揽子方案,说简单点厂商只要自己组装起来加个外壳就能生产SSD了,门槛很低,自然就受欢迎。
SF-2000家族主控主要特性
SF目前的主力是SF-2000系列主控,有针对企业级的SF-2500/2600系列,消费级市场现在主要是SF-2281了,主要的SSD厂商如OCZ、海盗船、金士顿、威刚、博帝及影驰都在使用SF主控,甚至Intel今年的SSD产品如520、330系列也转投SF阵营了,从数量上看SF主控无疑是使用最多的。
SF主控也支持TRIM、NCQ等功能,最知名的技术就是DuraWrite数据压缩了,通过把需要写入的数据压缩处理之后再写入SSD闪存中,SF主控变相提高了写入速度,而且写入放大也减少了,SF宣称其写入放大率小于0.5,最低的甚至只有0.14,极大低延长了SSD使用寿命。
有关垃圾回收处理上,SandForce主控并不会去做主动的垃圾回收,平时通过主控的固件程序算法,SSD会自动为每一个经过擦除处理的“空白”块作一个标记。当SSD整盘的垃圾达到一定数量,需要进行GC垃圾回收的时候。主控芯片会自动寻找到标记等级较低的块进行垃圾回收。这样做可以减少NAND的损耗而且还能降低主控的占用率,让主控腾出大量空余时间来进行压缩数据。不过这样的算法会导致SSD在使用一定时间后性能下降,特别是在连续写入速度上下降10%~20%左右。
SF主控因为入门要求低,开放度高,包括Intel在内的有晶圆厂的厂商已经开始任何SF主控的实力了,从使用数量和支持力度上看,它仍然是最不可忽视的主控。
3.其他SSD主控
本来也想把其他厂商的SSD主控也多多介绍一下的,但是回头看看其他有能力做主控的厂商要么逐渐放弃,要么只有自家在用,影响力和型号明显不如前面这两家,所以集中到一起简单说下好了。
Intel主控:PC29AS21BA0是Intel早期自产自销的主控,当前的性能还是非常强大的,最大读写速度分别为270/220 MB/s,最大读写IOPS分别为39,500/23,000,主要用在Intel 320/311/310/X25-M系列SSD上。
但是Intel显然不愿意在SSD主控上继续下功夫了,今年新出的520、330系列SSD主控使用的都是SF-2281,虽然说是自己开发固件的。无论如何Intel主控也要退出市场了。
三星主控:SSD主控实际上也是ARM处理器,三星也有能力开发性能强大的SSD主控。早期的主控S3C29RBB01也曾在海盗船P系列、OCZ Summit系列、金士顿 V+系列的部分型号上用过,此外还有一些OEM商也用过三星主控。
目前主要是新一代S4LJ204X01主控,多用在三星自家的P830系列SSD上,支持TRIM、NCQ、GC等主要功能,读写速度在520、400MB/s左右,整体表现还不错。
东芝主控:东芝和三星都是Toggle DDR阵营,也有自己的主控产品,比如T6UG1XBG,主要用于金士顿V+系列中编号SNVP325的SSD中,曾经最便宜的SSD--金士顿V系列30GB使用的也是这款主控,读写速度只有180、50MB/s,甚至比HDD还低,当然4K随机性能还是比HDD要好得多。
东芝的主控性能也可以很强
东芝的SSD主控特点就是便宜,但是性能低,不过这不代表东芝做不出高性能SSD主控,之前IO-DATA在日本推出的一款SSD使用的就是新一代东芝主控TC58NC5HJ8GSB-01,读写速度可达440、376MB/s,随机性能也有32MB/s,而且也支持数据压缩,绝对有让人刮目相看的实力。
不过有一点让人怀疑的地方,也有消息称东芝这款新主控其实是SF主控的马甲,因为数据压缩是SF主控的专利,迄今为止也只有SF主控支持。
JMircon主控:JMirco早期的SSD主控有JMF612系列,在威刚S592、海盗船Reactor系列、金士顿V系列部分型号(金士顿V系列真的是万金油,各种低端主控都有用过)以及博帝Zephyr系列有过使用。
JMF612支持TRIM,读写速度230、150MB/s,随机性能也很一般,后来这款主控还被东芝remark为东芝618使用,不过随机性能更低。
目前JMircon的SSD主控为JMF66X,支持SATA 6Gbps、NCQ以及TRIM,读写速度为500、400MB/s,金士顿V200系列中有过使用,从官方公布的数据来看随机性能依然很一般,这也是JMicron主控的通病了。
从现有局面看,SSD主控市场的“玩家”趋于集中,除了SF和Marvell两大豪门之外,其他厂商要么性能表现一般,要么就自产自销,就连Intel也开始使用第三方主控了,看来强者恒强也是SSD主控不可避免的趋势。