體積小、容量持續擴增 SSD固態硬碟應用可期

前言：
多數電腦大多採行HDD作為系統硬碟運用，但HDD畢竟是機械式搭配電磁原理進行讀/寫，以目前的主流應用規格大多具備7,200rpm~10,000rpm的碟片運轉速度，但為求高速讀/寫持續加速的磁碟運轉速度，也造成HDD不穩定的潛藏危機，而在同時講究效能與穩定性的商業運轉中，SSD也找到新的切入點...

本文：
固態硬碟SSD推出時，業界多數認為極可能成為取代硬碟機HDD的次世代儲存裝置，因為SSD採異於硬碟機的磁性讀/寫原理處理資料，為利用半導體技術，將資料透過電子電路讀出或寫入NAND Flash快閃記憶體中，在元件應用方面即具備了低功耗、體積小、耐摔/抗震...等技術先天優勢，整體特性更適合應用於筆記型電腦、可攜式電子產品或是講究穩定表現的商用伺服器中運轉。

SSD全名為Solid State Drive，採取半導體製程技術有相當多的優點！例如，可改善傳統HDD，因運作必須透過碟盤上循序讀/寫，簡省HDD無法或缺的機械結構、伺服馬達，但實際讀/寫效能即由電子電路的控制器、線路設計與Flash元件的物理讀寫極限所控制，只要採行的控制器與Flash具備一定的效能表現，均可達到超越硬碟機的表現水準。

SSD並非絕對省電 其節電效益有限

一般業界的說法，大多認為在系統中導入SSD，對於整體節電的設計也會有幫助，其實採行硬碟機或是SSD對於整體系統的功耗並未有大幅的差異，若光就硬體設計觀察SSD，其架構與讀寫原理似乎因為少了機械結構、伺服馬達，可在運行功耗降低，但實際透過測試分析，主流SSD模組在測試的結果卻不是如此，SSD在功耗的表現上仍有改善空間，因為應付頻繁讀寫和快取記憶體的耗電量，仍會產生一定的能源消耗。

在部份SSD模組，省電效益仍呈現不如預期狀況，雖SSD元件功率與傳統硬碟相較略小，但SSD畢竟發展較早，多數SSD模組多採公版設計，或是性能受控制晶片所限制，而NAND Flash元件架構的SSD模組產品又有不同表現與功耗條件，影響了整體SSD的省電效益。

即便採快閃記憶體元件為主的SSD元件功耗會比DRAM小許多，但多數SSD模組功耗普遍落在1~3w左右，而HDD在近來的環保節能改善，早在量產產品中加入多種節能設計手段，例如，待機睡眠、低量存取驅動磁盤降速運轉等手段，都可讓主流硬碟機的功耗大幅壓低，以7,200rpm轉速的2.5吋硬碟機為例，若是5V/0.45A的運作功耗計算，實際HDD的功耗僅使用2W上下的能源，實際上SSD經實測比較，並未具備省電與節能效果。

SSD控制IC為整體效能關鍵

在SSD成本比重最高的應屬Nand Flash，控制晶片也是SSD的關鍵零組件。效能與省電特性的表現關鍵，全由SSD控制晶片品質所左右！更是運作效能的重要環節，因為SSD控制晶片可決定平均讀/寫效能，如果想針對Nand Flash提升使用年限，必須搭配Wear Leveling演算法減輕所使用的模組讀/寫負荷，但若一昧追求效能而忽略Wear Leveling設計，又會讓耐用度大受影響，權衡設計關鍵條件成為各家控制IC大廠的核心技術。

不同NAND Flash的元件特性，即便是同廠推出產品，可能在讀/寫驅動方式都略有差異，必須針對各個元件特性進行讀/寫最佳化調整，此也是控制IC扮演的重要角色。

SSD耐震、低熱、高效能

即便SSD省電表現不夠亮眼，但是SSD關鍵優勢就在減省馬達減少碟片機械結構複雜度，亦可讓SSD運作過程產生的廢熱，要比HDD來得低許多，也因此，應用SSD的場合就可避免需透過風扇這類主動散熱機制來強制氣冷，讓桌上型電腦或筆記型電腦應用場合，可減省主動散熱機制的功耗，沒影硬碟運轉噪音與減少主動散熱風扇設計，將換來更安靜的運作效益。

至於系統導入SSD的另一大優勢，也是其對於系統讀/寫效能具顯著提升效果！目前電腦系統應用開機過程需由磁碟讀取大量開機文件，以微軟的Windows XP、Vista等雖未針對SSD進行最佳化，在系統載入的傳輸效能可達35~40MB/s，雖然表現並未大幅勝出，但實際上已可提升開機效能甚多。若採Linux平台搭配EXT4檔案系統，採主流SSD進行測試，也可達到10~15秒即可開機進入圖形化桌面。

企業用途SSD發展逐漸明朗

當NAND Flash隨SSD需求挹注，使SSD模組成本不斷探底，SSD控制晶片技術亦持續提升，目前可用的NAND Flash技術下，也有多種可將Flash的效能與耐用度提升至極限的設計方法，消費性產品在單位成本要求前提，多採行較具價格優勢的MLC(Multi- Level-Cell)Flash架構，企業用途在耐用、穩定要求前提，則多採行高成本SLC(Single-Level-Cell)型產品，成為目前SSD市場的兩大應用範疇。

NAND Flash為採電子式讀/寫、儲存的應用架構，重量可減至僅剩硬碟1/5，雖然在存取壽命表現仍有限制存驗，但SLC技術的NAND Flash具至少可應付10萬次資料存/取，若是MLC結構，SLC均有近三倍的讀/寫效能差距，唯獨成本也是居高不下，目前多為伺服器或是專業商用應用，而消費性應用多採行具大容量的MLC架構製作，搭配控制晶片的平均讀/寫技術(Wear Leveling)改善MLC產品壽命。

SSD整體儲存容量、元件耐用性...等，雖現況與HDD的規格表現仍有差距，製作成本較高，作業系統對SSD的支援現況仍然需要如Microsoft或Apple...等主流作業系統開發商，嘗試在系統核心提供更完善的SSD支援特性，目前SSD相關應用較著重於重視產品輕量的高單價機型，而在Flash製程不斷微縮、提升良率與持續改進模組/元件設計。