为什么固态硬碟单位体积容量那么小?


只是因为你不是大容量mini固态的目标用户罢了。

东芝的BG系列是面向OEM市场的入门级NVMe SSD产品


另外「很小的快闪记忆体卡都能做到1T」

你是觉得广大32/64/128/256G快闪记忆体卡不是东西吗?

1T的卡卖2000

1T的固态呢?MLC才有底气上2000,TLC敢上2000不被人骂死。

而且速度性能完爆卡片。。。


最后体型宽大的SSD最大零售容量可以达到4T。。。

更不用说企业级SSD了。


更新:

原回答有误,SD卡也是有控制器的,但只是相对功能简单、性能较低的SD介面的控制晶元。

SD卡内部结构

早期SD卡的内部PCB,可以看到快闪记忆体颗粒和独立的控制器

以下原回答:

两个原因:

一、固态硬碟是一个独立设备,快闪记忆体卡仅仅是存储颗粒,还需要配合读卡器才能使用。

除了用于存储数据的快闪记忆体颗粒外,还有和主机通信的主控晶元,高端的固态还有DRAM颗粒的缓存,都需要占用额外的PCB面积。此外,不同物理介面的固态硬碟都需要把介面提供的高电压转换为主控、快闪记忆体、DRAM工作使用的低电压,也需要有必要的电压转换电路。例如PCI-E介面的12V,SATA/SAS/U.2介面的5V,M.2介面的3.3V都比晶元工作的1~1.5V高得多。

三星970 EVO Plus上的主控晶元(红框)和DRAM缓存(绿框)

二、固态硬碟的功耗和发热比快闪记忆体卡高,需要更大的散热面积。

固态和快闪记忆体卡的存储介质都是NAND快闪记忆体。NAND快闪记忆体的特点是没有读写操作的时候无需像DRAM那样定期通电刷新数据,没有电量消耗也不会发热。但是读取数据的时候,需要给晶体管施加读取电压,会有一定功耗和发热;写入数据和擦除的时候,需要施加高电压,功耗和发热都会大幅提升。

而固态硬碟比快闪记忆体的性能高的多,现在顶级的PCI-e 4.0介面的NVMe固态,读取速度接近5GB/s,写入速度也超过4GB/s;常见的高端PCI-e 3.0的NVMe固态,读取速度也超过3GB/s,写入速度接近3GB/s。而快闪记忆体卡,写入速度能超过100MB/s都不多见。虽然SD Association制定的介面标准,UHS-III已经可以达到624MB/s,最新的SD Express更是高达985MB/s。但目前市面上在售产品的最高速度就是UHS-II,介面速度312MB/s,标称实际写入速度也就250MB/s左右。不到PCI-e NVMe固态的1/10。因此,如果使用相同的快闪记忆体晶元,NVMe固态的功耗、发热是快闪记忆体卡的10倍以上。

此外,现在主流的快闪记忆体都是TLC快闪记忆体,每个晶体管可以存储3bit数据。但TLC的写入性能很差,固态硬碟都使用了SLC写入缓存,就是写入数据的时候,一个晶体管只存储1bit数据,空闲时再把三个晶体管的数据用较低的TLC写入速度写入到一个晶体管中。而快闪记忆体卡没有这个机制,换句话说,写入同样大小的数据,固态硬碟有3+1=4倍于快闪记忆体卡的晶体管进行了写入。即便不考虑后来的从SLC缓存写入TLC过程,也是3倍的晶体管发生了写入,功耗和发热增加三倍。结合上面的写入速度差异,就是30倍以上的功耗和发热。

因此,高速固态硬碟的快闪记忆体不能堆叠太多层数,因为要保证散热。多层堆叠带来的后果就是晶元面积变小,有点生活经验都知道,一杯热水倒在盘子里面凉得快很多。例如同样是西部数据的NVMe固态硬碟,以性能为取向的黑盘,1TB型号使用了两块快闪记忆体颗粒,而且部分型号标配了散热片。图片来源自Anandtech[1]

西数黑盘SN700(上)和SN750(下),均为1TB容量

而性价比取向,相对低速的蓝盘,同样是1TB容量,只用了一颗快闪记忆体颗粒。图片来源自Chiphell论坛[2]

西数蓝盘SN550 1TB

这个角度看的清楚一点,贴纸下并没有其它晶元。

同样时1TB容量,12GB SLC缓存,SN750缓外写入速度依然有1.5GB/s,SN550只有不到800MB/s。

而且,除了快闪记忆体晶元本身外,高速的主控晶元功耗也不小,因此也无法像快闪记忆体卡那样做成很小的面积。事实上,如果不需要太高性能的话,也有做的比快闪记忆体卡小的固态,例如M.2 2230规格的东芝BG4,顾名思义2230就是22×30mm,标准SD卡大小是24×32mm——当然,还是比11×15mm的TF卡(Micro SD)面积大4倍。东芝是把主控和快闪记忆体晶元做在同一颗粒中了。图片来源自Tom硬体[3]


参考

  1. ^The Western Digital WD Black SN750 SSD Review https://www.anandtech.com/show/13760/the-western-digital-wd-black-sn750-ssd-review
  2. ^[SSD] Sn550 1T 消费级评测——强烈推荐 VS近期热门C2000PRO https://www.chiphell.com/thread-2187500-1-1.html
  3. ^Toms Hardware:Toshiba BG4 M.2 NVMe SSD Review: One Tiny, But Speedy SSD https://www.tomshardware.com/reviews/toshiba-bg4-m.2-nvme-ssd-review,6330.html


如果你说的是SATA固态硬碟。那么,SATA固态硬碟是因为要跟SATA笔记本机械硬碟的尺寸兼容,才做成那么大的,做成笔记本机械硬碟的大小,只是为了兼容现有的结构件。

实际上你拆开SATA固态看看,里面根本没有占那么大面积。

M2NVME上面那几个晶元才是固态硬碟真正正常的大小。


再更:原先提到过关于手机ROM晶元······

似乎有小道消息说以后ROM会像RAM一样贴CPU上面。虽然我先前把贴CPU上面的那颗晶元给搞错了,但是看样子······


更新:固态硬碟有比快闪记忆体卡还小的吗?有。只要你认为手机上的ROM存储晶元也可以算作是固态硬碟(而且不少修手机的老师傅就经常把那玩意直接称为「硬碟」),那么确实有体积与手机用的microSD快闪记忆体卡差不多大小的固态硬碟?更小的固态硬碟虽然理论上按道理可以研发并投入生产,但是事实上并没有被普遍使用的更小的固态硬碟。手机CPU就已经是那么大了(而且由于性能需要,手机CPU的内核越来越复杂,规模越来越大,也就导致了手机CPU制造工艺越来越先进但是外观上看并没有缩小,功耗也只增不减),牺牲容量和性能,以继续缩小固态硬碟体积,是几乎没任何益处的。

特殊设备可能需要更小的固态硬碟,但是那些东西在普通人的认知观念之外,并且一般也用不著。所以那种非常小的固态硬碟可以不必了解,或者说不必把那种存储设备称为「固态硬碟」。


很小的快闪记忆体卡都可以做到1TB容量而固态硬碟体积那么大容量却那么小,这是真的吗?

前半句是真的,后半句是假的。

固态硬碟体积大吗?相对快闪记忆体卡来说是的。

固态硬碟容量小吗?绝对不小。

某些人在这个问题下说什么「因为性能」。就我举的这三个例子,哪块固态硬碟性能弱?哪块固态硬碟容量小?性能强+容量大的东西不挺多的嘛。

当然,万能的淘宝上面还有一种东西长这样:

当然还有8SD卡的版本。

实在不行你自己多买几颗1T的快闪记忆体卡插上去呗?

为什么你见得到的普通的固态硬碟体积那么大容量却那么小?

体积是硬碟介面所规定的标准大小,所以它就必须得是这么大(这里的大小指的是固态硬碟整个产品外壳的大小,外壳里面或者主板上留的空白也得算进体积里面。这里的硬碟介面包括了SATA、SAS、标准PCIe、U.2、U.3、M.2和以前的mSATA。);容量那么小,是因为大的普通人买不起,反正造出来也没几个人买,做得越多亏得越惨,干脆就不做。而且就算是在售的普通消费级固态,一般也很少买最大容量的选项,普通人一般更喜欢买512G或者1T的固态,而不是可选的最高2T的那个版本。

毕竟通常情况下,固态硬碟的价格和容量直接挂钩。


二更:经评论区提醒,很多手机的CPU上面只贴RAM存储晶元,ROM单独放主板上。好像确实是这样,不过我总感觉我似乎大概也许在哪儿见过三颗晶元叠一起的手机主板……

错误内容已经修改。


固态和快闪记忆体卡,原理类似,但使用场景不同。

固态多用于pc、伺服器,持续读写和使用时间较长,且对性能有较高要求。

快闪记忆体卡则只是单一的储存介质,类似于u盘,往里头存东西或者读东西,一般不会同时进行,也做不到像固态一样持续高性能读写使用,性能比固态弱太多太多。

并且,固态和快闪记忆体卡的主要构成,除了快闪记忆体颗粒外,还有主控。

固态为保证读写性能和分配冗余空间、动态调整读写时的晶元颗粒占用均衡,一般会采用性能较好的主控。

快闪记忆体卡的主控就比较咸鱼了……

综合上述两点,可知固态无论是颗粒性能还是主控性能都比快闪记忆体卡要强多的。

性能强意味著需要大量电力消耗(供应)。

这两点就决定了固态和快闪记忆体卡的形态不同,前者需要一整块电路板(保证供电稳定性),有些企业级固态还会在设计时加上额外的断电保护元件(钽电容),后者完全不用考虑这些。

还有一点,散热。

同样的道理,固态性能好,产生热量较大,需要一定的空间体积才能保证散热均衡。

快闪记忆体卡性能差,同样无需考虑散热。

说白了,快闪记忆体卡就是性能被屠龙刀砍过一刀的固态。

数码领域的很多东西都是同理。

比如cpu,性能越好,所需要的供电(主板)和散热就要更好,占用体积也就比性能孱弱的cpu要大了。

我记得英特尔有j系列的cpu,直接集成在主板上,散热片什么的都是集成一起的,很小巧,适合自建nas之类的低功耗、低性能场景。

但你想想,如果你用个i9 9900K,风冷都很难压住了,上个水冷,冷排,外加供电规格豪华的x系主板和额定功率更大的电源,体积会增加多少?

显卡也一样,你不追求性能,买一块带核显的cpu(或者价格低廉的亮机卡)就能愉快的使用电脑了。

但如果追求性能,买一块高性能显卡加上去,请自己脑补一下体积大了多少倍……


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