為什麼固態硬碟單位體積容量那麼小?


只是因為你不是大容量mini固態的目標用戶罷了。

東芝的BG系列是面向OEM市場的入門級NVMe SSD產品


另外「很小的快閃記憶體卡都能做到1T」

你是覺得廣大32/64/128/256G快閃記憶體卡不是東西嗎?

1T的卡賣2000

1T的固態呢?MLC纔有底氣上2000,TLC敢上2000不被人罵死。

而且速度性能完爆卡片。。。


最後體型寬大的SSD最大零售容量可以達到4T。。。

更不用說企業級SSD了。


更新:

原回答有誤,SD卡也是有控制器的,但只是相對功能簡單、性能較低的SD介面的控制晶元。

SD卡內部結構

早期SD卡的內部PCB,可以看到快閃記憶體顆粒和獨立的控制器

以下原回答:

兩個原因:

一、固態硬碟是一個獨立設備,快閃記憶體卡僅僅是存儲顆粒,還需要配合讀卡器才能使用。

除了用於存儲數據的快閃記憶體顆粒外,還有和主機通信的主控晶元,高端的固態還有DRAM顆粒的緩存,都需要佔用額外的PCB面積。此外,不同物理介面的固態硬碟都需要把介面提供的高電壓轉換為主控、快閃記憶體、DRAM工作使用的低電壓,也需要有必要的電壓轉換電路。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(紅框)和DRAM緩存(綠框)

二、固態硬碟的功耗和發熱比快閃記憶體卡高,需要更大的散熱面積。

固態和快閃記憶體卡的存儲介質都是NAND快閃記憶體。NAND快閃記憶體的特點是沒有讀寫操作的時候無需像DRAM那樣定期通電刷新數據,沒有電量消耗也不會發熱。但是讀取數據的時候,需要給晶體管施加讀取電壓,會有一定功耗和發熱;寫入數據和擦除的時候,需要施加高電壓,功耗和發熱都會大幅提升。

而固態硬碟比快閃記憶體的性能高的多,現在頂級的PCI-e 4.0介面的NVMe固態,讀取速度接近5GB/s,寫入速度也超過4GB/s;常見的高端PCI-e 3.0的NVMe固態,讀取速度也超過3GB/s,寫入速度接近3GB/s。而快閃記憶體卡,寫入速度能超過100MB/s都不多見。雖然SD Association制定的介面標準,UHS-III已經可以達到624MB/s,最新的SD Express更是高達985MB/s。但目前市面上在售產品的最高速度就是UHS-II,介面速度312MB/s,標稱實際寫入速度也就250MB/s左右。不到PCI-e NVMe固態的1/10。因此,如果使用相同的快閃記憶體晶元,NVMe固態的功耗、發熱是快閃記憶體卡的10倍以上。

此外,現在主流的快閃記憶體都是TLC快閃記憶體,每個晶體管可以存儲3bit數據。但TLC的寫入性能很差,固態硬碟都使用了SLC寫入緩存,就是寫入數據的時候,一個晶體管只存儲1bit數據,空閑時再把三個晶體管的數據用較低的TLC寫入速度寫入到一個晶體管中。而快閃記憶體卡沒有這個機制,換句話說,寫入同樣大小的數據,固態硬碟有3+1=4倍於快閃記憶體卡的晶體管進行了寫入。即便不考慮後來的從SLC緩存寫入TLC過程,也是3倍的晶體管發生了寫入,功耗和發熱增加三倍。結合上面的寫入速度差異,就是30倍以上的功耗和發熱。

因此,高速固態硬碟的快閃記憶體不能堆疊太多層數,因為要保證散熱。多層堆疊帶來的後果就是晶元面積變小,有點生活經驗都知道,一杯熱水倒在盤子裡面涼得快很多。例如同樣是西部數據的NVMe固態硬碟,以性能為取向的黑盤,1TB型號使用了兩塊快閃記憶體顆粒,而且部分型號標配了散熱片。圖片來源自Anandtech[1]

西數黑盤SN700(上)和SN750(下),均為1TB容量

而性價比取向,相對低速的藍盤,同樣是1TB容量,只用了一顆快閃記憶體顆粒。圖片來源自Chiphell論壇[2]

西數藍盤SN550 1TB

這個角度看的清楚一點,貼紙下並沒有其它晶元。

同樣時1TB容量,12GB SLC緩存,SN750緩外寫入速度依然有1.5GB/s,SN550隻有不到800MB/s。

而且,除了快閃記憶體晶元本身外,高速的主控晶元功耗也不小,因此也無法像快閃記憶體卡那樣做成很小的面積。事實上,如果不需要太高性能的話,也有做的比快閃記憶體卡小的固態,例如M.2 2230規格的東芝BG4,顧名思義2230就是22×30mm,標準SD卡大小是24×32mm——當然,還是比11×15mm的TF卡(Micro SD)面積大4倍。東芝是把主控和快閃記憶體晶元做在同一顆粒中了。圖片來源自Tom硬體[3]


參考

  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 消費級評測——強烈推薦 VS近期熱門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


如果你說的是SATA固態硬碟。那麼,SATA固態硬碟是因為要跟SATA筆記本機械硬碟的尺寸兼容,才做成那麼大的,做成筆記本機械硬碟的大小,只是為了兼容現有的結構件。

實際上你拆開SATA固態看看,裡面根本沒有佔那麼大面積。

M2NVME上面那幾個晶元纔是固態硬碟真正正常的大小。


再更:原先提到過關於手機ROM晶元······

似乎有小道消息說以後ROM會像RAM一樣貼CPU上面。雖然我先前把貼CPU上面的那顆晶元給搞錯了,但是看樣子······


更新:固態硬碟有比快閃記憶體卡還小的嗎?有。只要你認為手機上的ROM存儲晶元也可以算作是固態硬碟(而且不少修手機的老師傅就經常把那玩意直接稱為「硬碟」),那麼確實有體積與手機用的microSD快閃記憶體卡差不多大小的固態硬碟?更小的固態硬碟雖然理論上按道理可以研發並投入生產,但是事實上並沒有被普遍使用的更小的固態硬碟。手機CPU就已經是那麼大了(而且由於性能需要,手機CPU的內核越來越複雜,規模越來越大,也就導致了手機CPU製造工藝越來越先進但是外觀上看並沒有縮小,功耗也只增不減),犧牲容量和性能,以繼續縮小固態硬碟體積,是幾乎沒任何益處的。

特殊設備可能需要更小的固態硬碟,但是那些東西在普通人的認知觀念之外,並且一般也用不著。所以那種非常小的固態硬碟可以不必瞭解,或者說不必把那種存儲設備稱為「固態硬碟」。


很小的快閃記憶體卡都可以做到1TB容量而固態硬碟體積那麼大容量卻那麼小,這是真的嗎?

前半句是真的,後半句是假的。

固態硬碟體積大嗎?相對快閃記憶體卡來說是的。

固態硬碟容量小嗎?絕對不小。

某些人在這個問題下說什麼「因為性能」。就我舉的這三個例子,哪塊固態硬碟性能弱?哪塊固態硬碟容量小?性能強+容量大的東西不挺多的嘛。

當然,萬能的淘寶上面還有一種東西長這樣:

當然還有8SD卡的版本。

實在不行你自己多買幾顆1T的快閃記憶體卡插上去唄?

為什麼你見得到的普通的固態硬碟體積那麼大容量卻那麼小?

體積是硬碟介面所規定的標準大小,所以它就必須得是這麼大(這裡的大小指的是固態硬碟整個產品外殼的大小,外殼裡面或者主板上留的空白也得算進體積裡面。這裡的硬碟介面包括了SATA、SAS、標準PCIe、U.2、U.3、M.2和以前的mSATA。);容量那麼小,是因為大的普通人買不起,反正造出來也沒幾個人買,做得越多虧得越慘,乾脆就不做。而且就算是在售的普通消費級固態,一般也很少買最大容量的選項,普通人一般更喜歡買512G或者1T的固態,而不是可選的最高2T的那個版本。

畢竟通常情況下,固態硬碟的價格和容量直接掛鉤。


二更:經評論區提醒,很多手機的CPU上面只貼RAM存儲晶元,ROM單獨放主板上。好像確實是這樣,不過我總感覺我似乎大概也許在哪兒見過三顆晶元疊一起的手機主板……

錯誤內容已經修改。


固態和快閃記憶體卡,原理類似,但使用場景不同。

固態多用於pc、伺服器,持續讀寫和使用時間較長,且對性能有較高要求。

快閃記憶體卡則只是單一的儲存介質,類似於u盤,往裡頭存東西或者讀東西,一般不會同時進行,也做不到像固態一樣持續高性能讀寫使用,性能比固態弱太多太多。

並且,固態和快閃記憶體卡的主要構成,除了快閃記憶體顆粒外,還有主控。

固態為保證讀寫性能和分配冗餘空間、動態調整讀寫時的晶元顆粒佔用均衡,一般會採用性能較好的主控。

快閃記憶體卡的主控就比較鹹魚了……

綜合上述兩點,可知固態無論是顆粒性能還是主控性能都比快閃記憶體卡要強多的。

性能強意味著需要大量電力消耗(供應)。

這兩點就決定了固態和快閃記憶體卡的形態不同,前者需要一整塊電路板(保證供電穩定性),有些企業級固態還會在設計時加上額外的斷電保護元件(鉭電容),後者完全不用考慮這些。

還有一點,散熱。

同樣的道理,固態性能好,產生熱量較大,需要一定的空間體積才能保證散熱均衡。

快閃記憶體卡性能差,同樣無需考慮散熱。

說白了,快閃記憶體卡就是性能被屠龍刀砍過一刀的固態。

數碼領域的很多東西都是同理。

比如cpu,性能越好,所需要的供電(主板)和散熱就要更好,佔用體積也就比性能孱弱的cpu要大了。

我記得英特爾有j系列的cpu,直接集成在主板上,散熱片什麼的都是集成一起的,很小巧,適合自建nas之類的低功耗、低性能場景。

但你想想,如果你用個i9 9900K,風冷都很難壓住了,上個水冷,冷排,外加供電規格豪華的x系主板和額定功率更大的電源,體積會增加多少?

顯卡也一樣,你不追求性能,買一塊帶核顯的cpu(或者價格低廉的亮機卡)就能愉快的使用電腦了。

但如果追求性能,買一塊高性能顯卡加上去,請自己腦補一下體積大了多少倍……


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