芯科普 | 固态硬盘（SSD）的发展方向及应用解析

随着新兴技术的发展，信息存储形态多样化，数据量呈爆炸式增长，存储系统面临的挑战猛增。在嵌入式领域移动设备和工业自动化控制、联网汽车等严苛环境下，传统硬盘机械结构已经无法满足要求。固态存储（SSD）是摒弃传统磁介质，采用电子存储介质进行数据存储和读取的一种技术，突破了传统机械硬盘的性能瓶颈，拥有极高的存储性能，被认为是存储技术发展的未来新星。

固态硬盘的全集成电路化、无任何机械运动部件的革命性设计，从根本上解决了在移动办公环境下，对于数据读写稳定性的需求。全集成电路化设计可以让固态硬盘做成任何形状。与传统硬盘相比，SSD固态电子盘具有以下优点：

第一，体积小，读写速度快。SSD不需要机械结构，完全的半导体化，不存在数据查找时间、延迟时间和磁盘寻道时间，数据存取速度快，读取数据的能力在100M/s以上，最高的目前可达300M/s。

第二，重量轻。SSD比常规1.8英寸硬盘重量轻20-30克，使得便携设备搭载多块SSD成为可能。同时因其完全半导体化，结构限制，可根据实际情况设计成各种不同接口、形状的特殊电子硬盘。

第三，抗震性强。SSD全部采用闪存芯片，经久耐用，防震抗摔，即使发生与硬物碰撞，数据丢失的可能性也能够降到最小。

第四，功耗低。得益于无机械部件及FLASH闪存芯片，SSD没有任何噪音，功耗低。

回顾SSD的发展史，可从四个方面进行分析：

一是Flash，从早期的SLC发展到现在的1ynm MLC、TLC和QLC。从1bit/cell的SLC到2bit/cell的MLC、3bit/cell的TLC，单个存储单元记录的数据量增加，提升了单位面积Flash芯片的存储密度，降低了单位容量Flash晶圆的成本，但与此同时带来的是Flash使用寿命减少、可靠性下降等问题。MLC在成本和品质上较为平衡，当前SSD 70%～80%的市场被MLC所占据。

二是SSD控制芯片，随着Flash制程的不断发展，存储密度的不断增加，为保证其良好的性能、足够的寿命和可靠性，就需要不断增加SSD控制芯片和固件的复杂程度，如控制芯片的ECC纠错能力从早期的1bit/512Byte(适用于50nm SLC Flash)发展到现在的72bit/1KB(适用于1ynm MLC Flash)。

三是SSD存储接口，从早期的IDE接口133MB/s(UDMA 6)发展到如今的SATA 6Gbit/s (Gen3)，后续还会发展到以PCIe接口为主流，读写带宽将突破SATA 6Gbit/s的限制，以PCIe Gen 3×4为例，可以达到4GB/s的带宽。

四是SSD的存储容量，随着单颗Flash存储密度的不断增加，SSD存储容量从早期的32GB发展到现在的4TB，后续还会不断增大。

综上，SSD下一代产品将朝TLC /PCIe方向发展。

随着人类进入云计算、物联网时代，让固态硬盘的应用更加广泛。除了在传统的消费电子、嵌入式设备外，固态硬盘也逐渐应用在商业显示、工业、汽车、安防、金融电子、企业存储、军事、航天等领域。

倍受关注的物联网，将各种信息传感设备，如RFID装置、红外传感器、GPS系统、激光扫描其等装置与互联网结合起来，形成一个巨大的传感网络。每台接入互联网的嵌入式设备都具有智能化的功能，对电子盘要求更是是多种多样的。

安防行业，现阶段开始大规模部署高清和网络化视频监控系统，以呈现更高品质的视频图像以及精准的智能数据分析和挖掘，产生海量高清的视频数据存储，对固态硬盘的需求庞大。

在金融行业，银行、证券以及各类普惠金融项目正在为我们提供着越来越多样的服务。高效、多样化服务的背后，金融IT系统的数量、规模及复杂度的增长速度惊人。固态硬盘已经在数据库、分布式存储系统、海量数据检索等应用场景中有着广泛的应用。

固态存储驱动(SSD)在联网汽车和信息娱乐乘用车中得到广泛应用，推动了固态驱动器市场的增长。在互联汽车应用中，固态驱动器被用于满足高性能图形、数据存储和通信的要求。此外，SSD还提供了闪存解决方案，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。