SSD 快閃記憶體類型及相關快取技術

這篇宅龍本來想跟另外一個主題合併起來，但是寫完以後還是決定讓它獨立一篇出來，以免看文章看到睡著～

目前市場上你會找到的四種不同 儲存顆粒架構類型，這邊從最快的開始列舉：

1. SLC

2. MLC

3. TLC

4. QLC

這個是各位現在去市面上購買SSD最常看到的主打重點，主要是因為儲存顆粒類型對價格，速度 及 可用壽命都會有很明顯的影響。請參考下表：

這表內最重要的參數指標其實是它的擦寫次數，很明顯的可以觀察到，隨著資料密度增加，SSD 顆粒的壽命會呈現暴跌式的下降，這其中有很多技術原理在，宅龍在這邊就不講太多理論問題，我們還是著重在實用面。

SSD 的設計壽命這麼短，想當然耳，我們當然得在設計上盡可能幫它續命，這時候就輪到前面我們提過的 Cache 機制，Cache 機制有三種：

1. Separate DRAM Cache

2. HMB System RAM Cache

3. In-Flash SLC cache

RAM Cache

我們先講前面兩種，獨立DRAM 快取 跟 HMB (Host Memory Buffer) 快取。

上述這兩種快取有一個共通的功能，就是放置 SSD 的 FTL Table，這張表非常重要，它基本上儲存所有資料的實際位置，有這塊FTL表可以減少你存取資料的時間，也可以避免你每次存取都得去掃一次快閃顆粒，這大幅的提升了顆粒壽命。

獨立DRAM的架構下，SSD控制器有一個直接連接的快取記憶體，想當然爾的可以獲得極高的處理速度，而在HMB架構下，則是從系統記憶體中切出64MB的大小來存放常用FTL表，速度會稍慢，畢竟多走了一條PCIe通道的傳輸。

獨立DRAM相較於HMB來說，還多了一個功能，就是作為讀寫資料的緩衝區，SSD 的存取單位是 Page，如果我們寫入SSD的資料不滿一個Page，那會導致兩個問題：

1. 空間浪費

2. 額外的資料存取耗損

這時候DRAM就會擔任實際寫入資料前的緩衝，DRAM 基本上只有正常與損壞兩個狀態，沒有存取壽命的問題，所以SSD控制晶片可以藉由DRAM確保每次寫入的資料都會等於或是接近一個Page的空間大小，同樣的，在對SSD做最佳化的時候，DRAM也會擔任資料處理的緩衝區。

SLC Cache 架構

這個架構宅龍找了一下資料，還滿有趣的，前面有說道，SLC雖然資料密度最低，但是存取速度最快。

而 SSD控制晶片 其實可以透過指令來改變每個 Page的資料密度...

也就是說，廠商可以人為的把MLC或是TLC的存取方式從 multi bits 模擬成 SLC 的 single bit，那就可以大幅提升資料寫入的效率，所以聰明的廠商就把快閃記憶體顆粒上的空間切一部份出來模擬成SLC，在寫入資料的時候，先將資料放在SLC區段內，等到 IO 閒置時，再將 SLC區塊內的資料倒入 實際的資料位址，只要你的單次資料量小於 SLC模擬區段大小，那你實際上在操作的存取效率就是SLC的速度。

但這樣搞法其實有個很大的缺點...

那就是即便你將 存取方式模擬成SLC，也不會改變顆粒本身是 MLC/TLC，甚至可能就只是 QLC 的事實，而這幾種顆粒類型的存取循環壽命都不長，也就是說，將高密度快閃記憶體模擬成低密度的SLC，實際上是一種利用率非常低效的作法，而且還會快速累積快閃記憶體區間的擦寫循環次數，可想而知，這樣搞法，這快閃記憶體顆粒肯定要加速死亡，事實上，宅龍就遇過國內一間廠商這樣搞過頭，導致他們家的SSD壽命沒有超過半年的...

所以有些財大氣粗的廠商，就在快閃記憶體顆粒內植入 真正的SLC區塊 來作為寫入快取，雖然 SLC區間內的資料寫入次數也是會飆高，但是因為 正港SLC 的擦寫循環次數非常高，所以基本上在產品使用壽命內，消費者都可以不用擔心這個快取區段的故障問題。

快取定生死...嗎？

介紹到這邊以後，你可以想像，當你有大量資料傳輸時，如果沒有快取來做為查找資料的索引，以及資料寫入的緩衝，那這支SSD只要不是SLC架構，基本上就已經被判了死刑。

等待著它的就是快速累積然後直接爆擦寫循環的命運，但也不是說沒有快取的 SSD就毫無用武之地可言，而且，除了快取外，還有另外一個原因會嚴重影響SSD的效率與壽命，這部分宅龍就留到 選購SSD 時再來分享一下宅龍的使用方式。