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2.5吋SATA SSD

mSATA SSD

SSD內部的印刷電路板
左上：7-pin SATA數據接口
左下：15-pin SATA電力接口
中：SandForce主控
右：六片NAND Flash

mini PCI-E SSD，介面與mSATA相同，但互不相容

固態硬碟或固态驱动器（英语：Solid-state drive或Solid-state disk，簡稱SSD）是一种主要以闪存作為永久性存储器的電腦存储设备。

固态硬碟採用SATA-III接口，也有使用PCIe x8或者mSATA、NVMe、M.2、ZIF、IDE、U.2、CF、CFast（英语：CompactFlash）等接口。由於價格與儲存空間與機械硬碟有巨大差距，固態硬碟無法完全取代機械硬碟。

分類

揮發性記憶體

使用DIMM記憶體製成的固態硬碟

由易失性記憶體製成的固態硬碟主要用於臨時性存儲。因為這類記憶體需要靠外界電力維持其記憶，所以由此製成的固態硬碟還需要配合電池才能使用。揮發性記憶體，例如SDRAM，具有存取速度快的特點。利用這一特點，可以將需要運行的程式從傳統硬碟複製到揮發性記憶體中，然後再交由電腦執行，這樣可以避免由於傳統硬碟的啟動延遲、搜尋延遲等對程式以及系統造成的影響。

由揮發性記憶體製成的固態硬碟通常会依靠电池来保证完成應急備份：當電源意外中斷時，靠電池驅動的這類固態硬碟可以有足夠的時間將資料轉移到傳統硬碟中。當電力恢復後，再從傳統硬碟中恢復資料。

非揮發性記憶體

非揮發性記憶體的資料存取速度介於揮發性記憶體和傳統硬碟之間。和揮發性記憶體相比，非揮發性記憶體一經寫入資料，就不需要外界電力來維持其記憶。因此更適於作為傳統硬碟的替代品。

快閃記憶體當中的NAND Flash是最常見的非揮發性記憶體。小容量的NAND快閃記憶體可被製作成帶有USB介面的移動存儲裝置，亦即人們常說的“隨身碟”。隨著生產成本的下降，將多個大容量快閃記憶體模組集成在一起，製成以快閃記憶體為存儲介質的固態硬碟已經是目前的趨勢。

目前用來生產固態硬碟的NAND Flash有三種，分別是單層式儲存（SLC）、多層式儲存（MLC，通常用來指稱雙層式儲存）、三層式儲存（TLC）。有些廠商亦稱TLC為3-bit MLC。^[1]SLC、MLC、TLC的讀寫速度依序從快至慢（約4:2:1），使用壽命依序從長至短（約6:3:2），成本依序從高至低，需要糾錯位元數（ECC）則是相反地從低至高（同一製程下1:2:4。不過ECC也受製程的影響，同一種晶片，越小尺度的製程需要越多的糾錯位元）。^[2][3]固態硬碟的主流從SLC晶片轉到MLC晶片，促成了2011年的大降價，固態硬碟因此普及。

由於SLC的速度較快但成本過高，用於伺服器的企業級SSD都改用了MLC。^[4]TLC因為速度較慢但成本低，原本只用來做隨身碟；不過2012下半年，SAMSUNG首先推出使用TLC的消費級固態硬碟（型號840系列），固態硬碟名牌Plextor也打算於2013年量產TLC產品作為低階廉價市場的主力，^[5][6]然而TLC的壽命、速度和可靠性（錯誤率）成為消費者的最大疑慮（見下文：缺點）。生產商會在TLC SSD使用更先進的主控及更多預留空間（OP）來處理這些問題。

TLC的錯誤率已經很高，需要使用先進的主控及大量的空間進行糾錯。如果發展4-bit MLC會令錯誤率升得更高，同時壽命更短。三星已量产两代3D垂直閃存，利用3D堆疊增加儲存密度。^[7]

形式

華碩Eee PC的SSD

固態硬碟大部分被製作成與傳統硬碟相同的外殼尺寸，例如常見的1.8吋、2.5吋或3.5吋規格，並採用了相互相容的接口；但有些固態硬碟也使用PCI Express或是Express Card作為介面來突破現有硬碟傳輸介面的速度，或是在有限空間（如小筆電、超級移動電腦等）中置放固態硬碟。

缺點

目前固態硬碟的五大缺點：高昂成本、寫入次數、讀取干擾、損壞時的不可挽救性及掉速。^[8]

成本與價格高昂

固態硬碟上市之初價格非常高昂，只用於軍事及工業用途上；無論是揮發性記憶體還是非揮發性記憶體，其每百萬位元組（MB）成本都遠高於傳統硬碟。因此只有小容量的固態硬碟的價格能夠被大多數人所承受。當消費級傳統硬碟2012年已經來到2T、3T甚至5T時，相當價位的固態硬碟只有128G或256G。

随着价格逐渐降低，固態硬碟已經广泛使用在一般的筆記型電腦上。预计2018年，有过半笔记本电脑搭配固态硬盘出厂。^[9]而由於價格與儲存空間比于機械硬碟仍有较大差距，固態硬碟短时间内依旧無法在所有领域取代機械硬碟。

寫入次數效率低落

壽命方面，由於快閃記憶體上每一個電閘都有一定的寫入次數限制，寿命结束后会无法寫入变成唯讀状态；而且隨著使用的快閃記憶體從SLC架構到MLC、TLC，若電閘的品質不變，理論上電閘壽命呈現6:3:2的衰退（因為其原理是在同一個電閘上記錄1、2或3個位元，記錄越多位元，被寫入的機會就越高），^[10]因此成為大眾接受固態硬碟的另一個障礙。

不過技術總是在更新：成本方面，隨著NAND Flash的19nm製程於2012年初進入量產，使得能夠在同樣大小的快閃記憶體空間內塞入倍增的容量；隨著NAND Flash從SLC架構到MLC，到最近開始改用TLC；這兩項技術都進一步降低每百萬位元組的成本^[11][12]。而壽命方面，隨著固態硬碟主控晶片的改進，能將寫入位址依照電閘使用率更平均地分散，使唯讀狀態不會太快到來；而固態硬碟容量的增大，也有助於拉低電閘平均使用率，因為一般使用習慣上，會經常改寫的檔案只佔全部資料的一小部分。優秀的廠商通常會用軟體算法進一步延長一倍以上的壽命，使固態硬碟能經歷極大量的使用也不至於立即達到使用終點，甚至比電腦其它硬體還長久耐用，給予用戶足夠的緩衝時間將資料轉移和備份。^[13]而最新的3D-nand技術則可以在降低成本、增加容量的同時，避免寫入次數過低。

對於桌上型電腦及大型筆記型電腦的使用者來說，使用兩台硬碟是成本效益比最佳的方法：小容量的SSD來安裝作業系統及常用資料，大容量HDD安裝資料。但是對於小型筆記型電腦、Ultra book及平板電腦的使用者來說，SSD的高成本仍是問題：容量夠大的SSD很貴，而且緊湊的電腦通常無法自行更換SSD。

讀取易遭干擾

讀取干擾是容易發生的問題，快閃記憶體隨著多次的讀取，會導致在同一區塊中相近的記憶單元內容改變（變成寫入動作）。這即是所謂的讀取干擾。會導致讀取干擾現象的讀取次數門檻介於區塊被抹除間，通常為100,000次。假如連續從一個記憶單元讀取，此記憶單元將不會受損，而受損卻是接下來被讀取的周圍記憶單元。為避免讀取干擾問題，快閃記憶體控制器通常會計算從上次抹除動作後的區塊讀取動作總次數。當計數值超過所設定的目標值門檻時，受影響的區塊會被複製到一個新的區塊，然後將原區塊抹除後釋放到區塊回收區中。原區塊在抹除動作後就會像新的一樣。若是快閃記憶體控制器沒有即時介入時，讀取干擾錯誤就會發生，如果錯誤太多而無法被ECC機制修復時就會伴隨著可能的資料遺失。^[14][15]

損壞時的不可挽救性

很多人最在意的問題：固態硬碟數據損壞後是難以修復的。當負責儲存資料的快閃記憶體顆粒有毀損時，現在的數據修復技術不可能在損壞的晶片中救回資料，相反傳統機械硬碟還能通过数据恢复技术挽回許多資料。

在量產之前，TLC架構的速度相較於SLC和MLC產品，原本也是令人質疑的，因為理論上隨著每一電閘記錄位元數的增加，判讀和寫入的速度在相同的準確度之下都必然更緩慢。不過正式量產之後，TLC固態硬碟的讀寫速度甚至略高於同容量MLC的最高速產品，這歸功於主控晶片的進步，以及多通道的使用。^[16]

掉速

SSD的另一個問題是掉速，SSD的速度會隨著寫入次數而降低，若SSD接近裝滿時速度也會下降；原因包括耗損平均技術的副作用、控制晶片及韌體的優劣等。目前較佳的解決方案是Secure Erase（會略微縮短SSD壽命，不過在出現掉速時、SSD的剩餘壽命還很長）及提高更換頻率。

優點

和傳統硬碟相比，固態硬碟具有低功耗、無噪音、抗震動、低熱量的特點，读写速度也远高于傳統硬碟。這些特點不僅使得資料能更加安全地得到保存，而且也延長靠電池供電的設備的連續運轉時間。

例如三星電子於2006年3月推出的容量為32GB的固態硬碟，採用和傳統微硬碟相同的1.8吋規格。其耗電量只有常規硬碟的5%，寫入速度是傳統硬碟的1.5倍，讀取速度是傳統硬碟的3倍，並且沒有任何噪音。^[17]

在2007年台北國際電腦展覽會中，新帝公司發表64GB與32GB的固態硬碟，並有2.5吋、SATA介面與1.8吋、UATA介面兩種規格。OCZ Technology現場展出的固態硬碟分為2.5吋與1.8吋兩種，其中2.5吋採用SATA介面，最大容量可達128GB；1.8吋機種則是採用IDE介面，最大容量可達64GB，可分別使用在筆記型電腦與更小的UMPC上，用來取代傳統的硬碟。OCZ的2.5吋固態硬碟OCTANE，容量已達到1TB。^[18][19]

三星在「快閃記憶體高峰會」（Flash Memory Summit）上發表容量高達16TB的2.5吋固態硬碟（SSD）PM1633a，其儲存容量甚至高過於傳統硬碟。（V-NAND）

固態硬碟的表現與傳統硬碟互有勝負，一般在容量、速度、價錢、性價比等作出比較。最初的固態硬碟容量少、價錢高，性價比遠不及傳統的機械式硬碟。但隨著固態硬碟的不斷發展，固態硬碟的容量已有實用性，價錢明顯下滑之下，已為傳統硬碟市場制造危機。

演變

目前有眾多儲存廠商推出融合SSD/HDD優點的固態混合硬碟，像是OCZ RevoDrive Hybrid、Seagate Momentus XT 750GB及之后的SSHD（混合固态硬盘）^[20]等等。其它像主機板廠商也有使用多個SATA連接埠將SSD/HDD同時使用，像是ASUS的SSD Caching功能。還有磁碟陣列廠商的快取加速卡，像是HighPoint RocketCache 3240x8等等。

2011年，Intel推出了使用SSD作为缓冲优化磁盘表现的技术——SRT（Smart Response Technology）^[21]。在配套的Intel芯片组上，如Z68、QS77、H77等上，可以将SSD与HDD以RAID模式连接，并在系统中以Intel Rapid Storage Technology程序进行加速管理，实现磁盘性能的提升。Intel也在次年的2012推出了名为313的SSD产品线^[22]，针对加速用途，提供20与24G容量。

於2012年底，蘋果公司發佈新一代iMac時同時展示了「Fusion Drive」技術，Fusion Drive技術除了融合了HDD和SSD外（合併在同一的邏輯卷），還在作業系統（只限在OS X）上作配合。原理是在用戶不知情的情況下，作業系統自動在背景將用戶常用應用程序、文件、照片或者其他數據來存儲在SSD中，同時將很少訪問或者使用的文件留在HDD。蘋果公司在發佈時指出在正常情況使用下，Fusion Drive的平均性能是SSD的80%，可以讓用戶體驗「SSD的性能，HDD的容量」。

預留空間

SSD的預留空間（Over-provisioning，OP）可用作垃圾收回（Garbage collection）、ECC或其他數據保護技術。

預留空間可分成三層。第一層是容量的7.37%，128GB SSD實際上有128GB NAND Flash，廠商以十進制標示容量大小，以二進制計算兩者有7.37%差額。這層是不會標示的。所以標示為0% OP的SSD，實際上也有7% OP。

第二層是廠商決定的，通常是0%、7%、28%。所以，我們會看見128GB、120GB、100GB的SSD。它們都有128GB，只是被廠商保留起來作OP。企業版SSD注重穩定性及耐用性，所以會保留多達28%空間作OP。要注意，把一個120GB SSD連接到電腦只可看見112GB空間，是因為大部份作業系統（包括Windows及Android）以二進制計算空間大小120x10⁹=112x2³⁰，就如16GB SD卡插進手機或電腦只看見15GB一樣，與OP無關。

第三層是使用者自行劃分的，使用者在分區時可自行預留空間作為OP，以滿足不同需要（穩定性／可用空間）。如果預留多達50%空間作OP，持續地寫入大量細小檔案的高負載情況下，寫入效能只有輕微下降。^[23]但一般情況下，沒有需要再保留更多空間作OP，因為家用電腦不會大量和持續地寫入数据。若以SSD建立RAID，應保留一定空間以彌補沒有TRIM的影響。

参见

• 硬盘


• 4K对齐

参考文献

外部連結

维基共享资源中相关的多媒体资源：固态硬盘

• 
  （英文）StorageReview.com SSD Guide
  

查 论 编 固态硬盘 关键术语 加密 ECC 快閃記憶體檔案系統 闪存 SLC/MLC 闪存控制器 垃圾回收 IOPS Mbit/s 开放通道SSD 预留空间 讀取干擾 安全擦除 固态存储 TRIM 耗損平均技術 写入放大 闪存制造商 IMFT（英语：IM Flash Technologies）（英特尔與鎂光合資） 鎂光 三星 SK海力士 东芝及威騰旗下新帝的合作夥伴 控制器開發商 独立開發商 Greenliant Systems（英语：Greenliant Systems） Hyperstone Indilinx（英语：Indilinx）（現為東芝所有） JMicro 美满電子 PMC-Sierra（英语：PMC-Sierra） 群聯（英语：Phison） SandForce（現為希捷子公司） SMI VIA 附属開發商 Fusion-io（英语：Fusion-io） 英特尔 鎂光 HGST sTec（英语：sTec, Inc.） 希捷 東芝 OCZ存儲解決方案 三星 固態硬碟制造商 威剛科技 宇瞻科技 海盜船 英特爾 影馳 金士頓 光寶科技（旗下建興電子及浦科特品牌） 美光科技 Memblaze 三星 希捷科技 東芝（包括旗下OCZ及其代工的AMD以及松下） 威騰電子 HGST 新帝 以及更多其它製造商（英语：List of solid-state drive manufacturers）...... 匯流排及傳輸協定 並列ATA（甚少使用） 串列ATA SAS PCIe SATAe 光纤通道（FC） USB Thunderbolt AHCI NVMe 外觀結構配置及 連接介面 傳統硬碟機尺寸 IDE SATA SAS U.2 SATAe 擴展介面卡 mSATA M.2 PCIe 抽取式磁碟 Mini DP USB-A/B、USB-C 其它廠商專用規格（如Apple專用SSD） 相关组织機構 INCITS（英语：International Committee for Information Technology Standards） JEDEC/JC-64.8 ONFI（英语：Open NAND Flash Interface Working Group） NVMHCI USB-IF SATA-IO SFF委员会（英语：Small Form Factor committee） SNIA SSSI T10/SCSI T11/FC T13/ATA 分类

查 论 编 计算机基本部件 输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 数码绘图板 触摸板 指点杆 轨迹球 麦克风 摄像头 输出设备 显示器 揚聲器 打印机 多功能事務機 移动数据存储 磁帶 软盘 光盘驱动器 CD-RW DVD+RW 藍光光碟 闪存盘 存储卡 机箱內的裝置 中央处理器 随机存取存储器 显示卡 声卡 主板 电源供應器 硬盘 固態硬碟 混合固態硬碟 接口 串行端口 并行端口 USB IEEE 1394 PS/2 RJ-45 VGA DVI TRS S/PDIF HDMI 參見：电脑显示标准、显示科技