1.1 引子

先从开机速度说起。

图1-1 SSD开机时间统计

过去，电脑启动一般需要几十秒甚至一分钟以上。开机，出去倒茶，回来，电脑还在打转转。如今，使用了SSD后，开机只要几秒钟。开机，正起身准备去倒茶，开机助手就已经提示你：本次开机8秒钟，击败全国99%的用户。算了，茶还是不倒了。SSD开机时间统计如图1-1所示。

速度快，是用户在使用SSD过程中最为直观的感受。那是什么成就了SSD的神速呢？除了速度快，相比HDD, SSD还有什么优点呢？这就得从SSD的原理说起了。

SSD是一种以半导体为主要存储介质、外形和数据传输接口与传统的HDD相同的存储产品。目前主流SSD使用一种叫闪存的存储介质，未来随着存储半导体芯片技术的发展，它也可以使用更快、更可靠、更省电的新介质，例如3D XPoint、MRAM等。由于当前业界主要使用的还是闪存，所以本书讨论还是以闪存为主。

外观上，加上铝盒的2.5寸的SSD，和2.5寸HDD外观基本相同。除了有传统HDD的2.5寸和3.5寸的外观外，SSD还可以有更小的封装和尺寸，图1-2所示为M.2接口的SSD。（关于SSD的接口形态，后续有详细的介绍。）

图1-2 SSD外观（左：2.5寸盘；右：M.2 SSD）

图1-3 SSD结构

SSD是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，主要部件为控制器和存储芯片，内部构造十分简单。详细来看，SSD硬件包括几大组成部分：主控、闪存、缓存芯片DRAM（可选，有些SSD上可能只有SRAM，并没有配置DRAM）、PCB（电源芯片、电阻、电容等）、接口（SATA、SAS、PCIe等），其主体就是一块PCB，如图1-3所示。软件角度，SSD内部运行固件（Firmware, FW）负责调度数据从接口端到介质端的读写，还包括嵌入核心的闪存介质寿命和可靠性管理调度算法，以及其他一些SSD内部算法。SSD控制器、闪存和固件是SSD的三大技术核心，后面章节会依次深度介绍。

前面讲了当前SSD存储介质主要是闪存，故首先讲一下什么是存储介质。

存储介质按物理材料的不同可分为三大类：光学存储介质、半导体存储介质和磁性存储介质。光学存储介质，就是大家之前都使用过的DVD、CD等光盘介质，靠光驱等主机读取或写入。在SSD出现之前，个人和企业的数据存储还是HDD的天下，HDD是以磁性存储介质来存储数据的；SSD出现以后，采取的是半导体芯片作为存储介质。现在及未来技术变革最快和主要方向还是半导体存储，从图1-4可以看出，半导体存储介质五花八门，目前可以看得出的主要方向还是闪存、3D XPoint、MRAM、RRAM等。

图1-4 存储介质分类

当前闪存生产供应商主要有Micron（美光）、Samsung（三星）、SK Hynix（现代海力士）、Toshiba（东芝）、WD & Sandisk（西数和闪迪），这几家基本上垄断了闪存市场，当然未来会有新的加入者，给用户以更多的选择。