固态硬盘技术简介

时至今日，在笔记本电脑中采用固态硬盘技术已有惊人的斩获：虽然在2005年几乎寥寥无几，但是Gartner预估到2010年，将会有2,900万台计算机采用。这代表不管是消费性或商用笔记本电脑，都将采用固态硬盘。

固态硬盘是一种采用NAND闪存的数据储存装置，用以取代传统机械式硬盘藉由旋转磁盘记录数据。如（图一）所示，不论是1.8吋或2.5吋的外型，固态硬盘的大小都和传统硬盘一样，但不同处在于固态硬盘由闪存和控制器组成，得以将固态硬盘的功能优化，因应笔记本电脑的需求。闪存和控制器嵌在一块电路板上，加上标准的平行ATA（PATA）或序列ATA（SATA）接口，因此固态硬盘得以充分取代传统硬盘。

《图一 固态硬盘内部的固态组件》

在笔记本电脑中采用固态硬盘优于传统硬盘之处包括：

接下来再一一检视，上述的优点将如何影响每日必须仰赖笔记本电脑的工作者。

固态硬盘技术的优点

高可靠性

由于没有会移动的组件，因此固态硬盘本质上来说就非常坚固耐用。即使在极度险恶的温度、湿度、震动、摇晃或高度等条件下，闪存不会有传统硬盘常见的失误，例如会导致数据部分或全部遗失的磁头撞毁。极度的震动或温度变化，亦是传统硬盘失误的主要原因，例如在写入数据时，进行偏离轨道的读取；另外由于在高温下会挥发气体，易形成磁头和磁盘表面的颗粒；在运送途中承受的水气，亦可能导致传统硬盘受到些微的腐蚀。

Gartner指出，笔记本电脑中的主板和硬盘，是最容易发生错误的硬件组件（占所有错误比重的25%到45%之间），同样也是桌面计算机发生错误的最大根源。这个发现将对笔记本电脑的总持有成本发生重大影响。Gartner表示，NAND闪存的高可靠性，是个人计算机采用固态硬盘最大的驱动力。因为对IT主管和消费者而言，意味着可以降低总持有成本（total cost of ownership, TCO)。但是，并不是所有类型的NAND闪存都可靠。

硬盘读写头短暂或持续接触硬盘磁盘，导致磁头撞毁的严重程度不一。磁头撞毁的原因有许多：包括实体震荡、系统移动、电力变换等。以内存为基础的数据储存装置可以在摄氏0度至70度的温度下运作；相较之下，硬盘仅能在摄氏5度至55度下运作。

精细的闪存管理软件能具有电力管理功能，即使在供电发生错误时，亦能确保数据的可靠性。以内存为基础的储存解决方案的系统发生错误的时间距离（mean time to failure／MTTF）远于传统硬盘。举例而言，典型的传统硬盘 MTTF是30万个运作小时，而SanDisk固态硬盘约为2百万个运作小时，是前者的6倍。

最近一些第三单位对传统硬盘错误的研究报告指出，传统硬盘厂商所做的测试报告远低于实际发生错误的机率。

更快的效能

固态硬盘的本质特性，可在不影响笔记本电脑使用周期的情况下，立即提升前者的效能表现。

与传统硬盘不同，固态硬盘不使用旋转后依靠机械手臂去移动转动的磁盘来寻找数据，因此读取档案的速度远快过传统硬盘，随机读取小档案的效能亦高于传统硬盘。用户可以在计算机开机执行容量在4KB左右或者以下的应用程序时，感受到两者的差别。事实上，由于传统硬盘的机械延迟，因此浪费了95%的时间在转换这些小型档案。SanDisk 固态硬盘平均只需要0.11分钟来读取数据，相较之下传统硬盘需要14分钟。如(图二)所示，两者的差距高达127倍。

《图二 由于机械延迟，传统硬盘急遽拉低了访问时间和IOPS》 - BigPic:699x302

更甚者，如(图三)所示，在传统硬盘效能持续减低的同时，固态硬盘仍能维持稳定的效能表现。有两项主要原因导致上述结果：第一个原因是档案破碎。经过时间，档案会变得越来越支离破碎，因此传统硬盘需要花更多的时间去找寻和重组完整的档案。这降低了传统硬盘的实际效能表现。于此同时，固态硬盘只需要最少的找寻时间就能达成以上目的。第二个原因就是数据以何种状态存进传统硬盘里有关。倘若数据是首次写入传统硬盘，它将存在最靠近转动磁盘的外围，移动的速度远高于靠近磁盘的中心位置。当传统硬盘写入的数据持续增加时，数据就会写入比较慢速移动的中心位置。读写速度的降低幅度高达50%。固态硬盘则正好相反，由于没有移动的组件，所以不论有多少数据写入，效能仍然如同使用固态硬盘的第一天般快速。

《图三 连续读取比较：经过一段时间之后，传统硬盘的效能持续降低，固态硬盘仍能维持稳定》 - BigPic:667x287

更高的节电效益

传统硬盘消耗的电力明显高过固态硬盘。每分钟转速（revolutions per minute, RPM）越高的传统硬盘，就要消耗更多的电如(图四)。固态硬盘消耗的电力仅有5400 RPM硬盘的50%，和7200 RPM的硬盘相比，则为前者的75%。延长电池的使用寿命对外出工作者尤其重要，让他们能够在旅程中保持生产力。电池实际节省的电力存放在系统中，还必须视系统架构为何。

DRAMeXchange对SanDisk 固态硬盘所做的独立研究评估指出，在对笔记本电脑同时执行多个应用程序软件中的测试发现，传统硬盘的电池使用时间大约为2小时35分钟；于此同时，SanDisk为2小时52分钟，多了将近10%。

《图四 SDD和传统硬盘的耗电量比较，显示当RPM增加时，耗电量也随之增加（注11）》 - BigPic:699x293

对环境友善

在环保方面，固态硬盘还具有数个传统硬盘所没有拥有的优点：

这些优点让闪存持续进军消费性电子市场，包括进入USB快闪碟、MP3播放器、移动电话、全球定位系统（GPS），和数字相机的记忆卡。其广泛的应用，加上其他的特质，让快闪记忆的价格和容量深深吸引消费者。

突破成本限制

既然已经有了这一长串的优点，何以闪存尚未渗透到所有的笔记本电脑市场？历经一个世纪以来，以闪存为基础的固态硬盘已证实能应用在这个领域，为军事和航空领域带来可靠和坚固的数据储存解决方案，前者对闪存需求远胜于其他领域。

成本，就是让闪存难以为笔记本电脑广泛使用的原因。这个产业才刚开始让高容量闪存的成本，下滑到足以和相对应容量的传统硬盘抗衡。IDC的数据指出，60/64GB和 120/128GB的价格差距呈现出交集的趋势，如(图五)所示。

《图五 60/64GB 的硬盘和固态硬盘的成本（以美金计算）比较，显示正在交集》

无论如何，固态硬盘的优势已经具有足够吸引力。在估量导入闪存进入笔记本电脑的成本时，总持有成本必须永远都被计算进去。IDC在近期的一个报告中强调，以同等容量来比较固态硬盘和传统硬盘的价格，在衡量笔记本电脑是否需要采用固态硬盘时变得不必要。因为购买固态硬盘多出的价格，已被其能撙节的总持有成本抵销。所以可以预见的，在便携计算机端，传统硬盘将陆续转变为固态硬盘。

在检验固态硬盘和传统硬盘的总持有成本时，有几点必须列入考虑：

T人力成本。包括传统硬盘的维修成本和IT人员设定（以及重新设定）笔记本电脑的时间成本

使用固态硬盘增加的生产力：

根据预估，平均三年的时间，就能够回收固态硬盘的购买成本。

导入闪存管理功能

要让固态硬盘容量和成本比足以吸引笔记本电脑用户，必须考虑到由于其采用NAND闪存，不易产生读写错误。而在导入更好的生产制程和更高密度的技术后，可进一步降低生产成本。因为其能节省硅芯片——闪存最昂贵的组件，需要更多有效的算法来克服转换到新的生产制程的限制，让储存媒介更幸免于错误。因此，闪存的管理专家面临的下一步挑战是让NAND闪存可提供数据可靠性、高效能，以及笔记本电脑用户所需要的电力效率。

SanDisk采用结合软件驱动程序与控制器的闪存管理技术，安装在操作系统和闪存储存媒介之间。提供操作系统完全的阻隔装置功能，从操作系统看来，闪存装置就如同一个标准的传统硬盘。

于此同时，SanDisk闪存管理功能，透明化地管理闪存媒介，使其免于原始NAND闪存的的本质问题。这项技术是克服OEM挑战的重要元素，因为它能应付需要大容量数据储存装置的高效能应用，也能顺利启动操作系统和应用程序。

SanDisk闪存管理功能利用下列结构克服生产NAND闪存中的限制：

满足笔记本电脑的需求

在企业笔记本电脑市场，众多用户如外出工作者的需求，仅需要32或64GB的储存容量。在各式各样的笔记本电脑中，都已经以1.8吋和2.5吋规格提供上述容量。上述用户不需要将所有的数据带上路以完成工作。他们主要的考虑点在于与典型的消费电子装置，例如一定要下载流行多媒体的青少年产品做出区隔。企业用户需要笔记本电脑坚固耐用，确保数据可以在办公室以外的环境中存取。他们需要快速存取数据已确保能够及时响应客户，他们也需要较长的电池使用时间，确保即使在外也能够保有生产力。

如(表一)所示，32GB的储存空间是企业用户储存关键程序、档案，甚至许多个人资料在笔记本电脑中所需要的最少容量。于此同时，32GB亦能确保员工不会利用工作时间从事个人活动，令IT部门确保大部分的数据存放在企业的服务器，能够同时维持机密数据和安全层级的控制。

展望未来

依据不同的需求，数据储存解决方案可以有多种应用。已经有许多的市场区块出现：例如闪存正在取代硬盘做为更小、更坚固数据储存方案的消费性电子。笔记本电脑则正要开始经历这项转变。

是否采用固态硬盘技术的原因不一，不仅是端视依靠成本。其他的主要因素还包括了：需要的储存空间、坚固耐用、高效能和低电力消耗。除此之外，传统硬盘到SDD技术的典范转移还需要市场教育，而这还需要时间。但是就如35公厘胶卷为快闪记忆卡取代，和磁盘片被USB快闪碟取代一样，预期笔记本电脑产业也将寻类似的轨迹转变。

闪存的成本是采用固态硬盘技术的关键原因。闪存市场变化多端，供需以及技术进步决定成本的变化，提供给在外工作者的商用笔记本电脑市场，将是第一个开始转变到固态硬盘的市场。固态硬盘的总持有成本远低于采用传统硬盘。除此之外，这块市场也能充分领会固态硬盘的高生产力和更佳用户经验。

倘若一如预期，闪存价格能维持过去几年来持续下滑的趋势，我们预期固态硬盘的坚固可靠、高效能和节电效益将会变得更为吸引人，加入商用笔记本电脑市场的采用速度。其他的市场也预期会依循这个模式，例如：

一个全新的笔记本电脑世代正要到来，提供固态硬盘新的机会。举例而言：

根据Gartner的预估，整体笔记本电脑市场的成长率将超过桌面计算机市场，至2010年到达1亿5千3百万台的规模。

高密度闪存技术如多层单元(Multi-Level Cell, MLC) NAND，每个单元可储存相较于单层单元（single-level cell）NAND两倍的位数。更精密的制程可让闪存在高储存容量具有成本效益。较小的闪存装置则用来逐步改变笔记本电脑中的数据储存媒介。它们都将需要精密的闪存管理功能以满足企业和消费者对效能、持久性、节电效益和MTTF频率的需求，进一步提升使用经验和生产力。

未来就在眼前。固态硬盘最令人兴奋之处就在于进入笔记本电脑的版图，已从闪存供货商扩及到计算机OEM、操作系统厂商、芯片组厂商，以及近来许多成功的硬盘供货商，也开始规划加入这个高度成长的市场。由于固态硬盘从1995年即开始在固态硬盘领域深耕，SanDisk近期供应主要的OEM厂商第五代的SanDisk 固态硬盘，其优异的市场定位定能迎向未来的挑战。

＜作者为SanDisk产品营销总监＞