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    穩(wěn)又快 SSD已成工業(yè)儲存新亮點
    [作者 王明德]   2014年09月15日 星期一 瀏覽人次: [11322]

    工業(yè)儲存使用的技術,可分為HDD(Hard Disk ,硬碟)與Flash(無論NOR或NAND型)記憶體兩大類,其中Flash記憶體又以SSD(Solid State Disk、Solid State Drive,固態(tài)硬碟),此一NAND記憶體配合控制晶片的電腦外部儲存裝置,隨成本降低,逐漸成為市場新星。HDD使用了傳統(tǒng)的馬達及讀取機構,儲存容量大、單位價格便宜,但對於如震動、寬溫、高粉塵等嚴苛操作環(huán)境仍存在許多先天無法克服的缺點。


    圖一
    圖一

    過去HDD在工業(yè)儲存領域稱王,挾單位儲存容量便宜、技術成熟普及的優(yōu)勢,吃下大量工業(yè)儲存市場。HDD的儲存結構是以多片帶有磁性的金屬或玻璃碟盤與存取機構所組成,當馬達帶動碟盤進行圓周運動時,存取機構移至碟盤相對應位置,即可透過磁場改變進行資料存取,碟盤數(shù)量多寡與儲存容量成正比,存取機構與碟盤間的距離高度則會影響資料儲存密度,透氣孔的設計則是用來平衡內部碟盤高速運轉產生的空氣壓力。


    整個運作過程看來簡單,實際操作卻不容易,因存取機構運作時與碟盤間的距離非常接近,加上近來為了提升HDD容量更進一步縮短兩者距離,不當?shù)耐饬φ駝踊蚴谴嫒r的突然斷電,都會讓存取機構與碟盤接觸、刮傷碟盤,形成所謂的壞軌(Bad Sector);此外HDD通電時,不論有無進行存取,碟盤都會以高於5400轉的速度來回旋轉,很難抑制電力消耗與發(fā)熱,加上HDD機殼上的透氣孔也難保外界粉塵在氣流轉換間被吸入硬碟內部,都是HDD不適用於工業(yè)儲存的重要因素。


    HDD發(fā)展多年,製造廠商對於碟盤轉速及讀取機構的控制技術相當成熟,特別是製程設備可延用的特性,更讓HDD在進行世代交替時的容量、效能提升後,仍能保有相當合理的價格,這也是HDD在跨越2TB門檻後單位容量價格仍無太大變動的主因,然而先天的機械式馬達結構對於嚴苛使用環(huán)境仍是力有未逮,這也給了SSD、DOM一個進入市場的大好機會。


    SSD之所以崛起,歸功於近年來製程的突飛猛進,除了在效能大幅領先傳統(tǒng)機械式的HDD,也已有TB級的大容量產品問世,降低單位成本,加上傳統(tǒng)HDD在技術發(fā)展上面臨物理極限的挑戰(zhàn),在可見的未來,SSD會在工控市場大放光芒。


    儲存類型:SSD、HDD分工合作


    工業(yè)儲存少量多樣的特性,讓SSD及HDD能以分工合作的方式達到最佳化的儲存效益。


    SSD效能明顯比傳統(tǒng)機械式HDD出色,然而單位容量價格仍遠高於傳統(tǒng)HDD,兩者各有擅長。可單獨也可混合使用。


    以安全監(jiān)控為例,操作環(huán)境不惡劣,需要影像資料的龐大儲存空間,若能先透過影像辨識軟體的幫助,來判斷資料的重要性或是異常處理狀況,之後在分別存放至SSD及HDD,就能達到系統(tǒng)最佳化的效益。


    單純的SSD使用也存在不同方式,SSD所使用的NAND Flash可分為SLC(Single-level cell,單階儲存單元)與MLC(Multi-level cell,多階儲存單元)兩種儲存架構(flash memory),SLC擁有十萬次的存取次數(shù)及更高的存取效能,不過也遠較MLC昂貴;MLC雖然近期在控制晶片技術的發(fā)展下,效能部分已逐漸追上SLC,然而較低約1萬次以下的存取次數(shù),則讓用戶端對於產品的可靠度產生疑慮。


    透過Controller IC的韌體程式撰寫,導入平均讀寫(Wear-Leveling)或是錯誤修正碼(Error-Correcting Code;ECC),能有效延長SLC及MLC的使用壽命。近期也有廠商導入SLC複合MLC的架構,能在節(jié)省成本的情況下進一步提高產品的可靠度。


    大部分的工業(yè)儲存並不需要太大的儲存容量,能夠適應惡劣環(huán)境的NAND Flash很早就進入市場,最廣為使用的CF記憶卡(Compact Flash Card)就是明顯的例子。


    在工業(yè)儲存領域行之有年的DOM(Disk On Moudle;微型硬碟記憶卡)也常拿來與SSD相提並論,因為DOM與SSD同樣使用Flash儲存技術,不過採模組化設計的DOM有著遠較SSD更輕巧的體形,可配合應用端做出不同的外觀設計,不論是水平、垂直、或是無外殼的嵌入式安裝等,可輕易應用在對於空間有極度要求的工控設備或是1U伺服器中,完全符合工業(yè)應用少量多樣特性。


    DOM是工控領域使用最多的NAND Flash產品,因為不論是水平、垂直、加入保護外殼、裸式直接嵌入主機板的設計等,對於容量要不高的應用場合,是最具使用彈性的儲存方案。


    SSD與DOM少了HDD高轉速的碟盤與存取機構,不會受到振動影響,電力消耗、溫度、噪音也能得到更好的控制,高粉塵環(huán)境與運作更是八竿子扯不上邊,同樣的工業(yè)儲存常用的CF、SD記憶卡也有著相同的特性。


    單價高仍是SSD致命傷


    雖然 SSD有著機械式HDD不及的優(yōu)勢,「單位價格較高」仍是短期、甚至是中長期SSD難以解決的問題,如何了解硬碟與各式使用及介面特性,藉以達成可靠度及儲存成本上的平衡,將成為重要課題。


    近期廠商持續(xù)推出各種採用新製程、介面、及各種複合技術的Flash產品,也讓儲存方案的選擇更為複雜。事實上,這一切的改變都是由應用面回溯而來,從應用的角度出發(fā),就能選擇兼具可靠度及成本的儲存方案。


    很明顯的,SSD、DOM都可應用在HDD難以勝任的嚴苛儲存環(huán)境,傑出的存取速度表現(xiàn)也將競爭對手HDD遠遠拋在腦後,然而Flash記憶體單位容量價格較高的缺點,在許多需要大容量但運作環(huán)境並不惡劣的操作環(huán)境,如IT機房、安全監(jiān)控中,HDD仍擁有難以撼動的地位。


    SSD使用的Flash技術持續(xù)演進,HDD所具有的單位容量價格優(yōu)勢逐漸減弱,即便目前HDD與SSD在工業(yè)儲存上仍擁有各自的一片天空,SSD肯定是後勢持續(xù)看漲的績優(yōu)股,而DOM也將持續(xù)在嵌入式應用持續(xù)發(fā)光發(fā)熱,成為改變工業(yè)儲存未來的關鍵。


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