在工业用自动控制的领域中,为了精简成本、降低错误率,相关业者早期使用PLC来控制整个生产流程。随著时间的演进与产线功能/储存需求的提升,以类PC架构为主的产品逐渐取代PLC成为主流。其中在储存方面,又以HDD为主要储存媒介,然而近年来,SSD挟著其优势,亦开始了取代HDD的趋势。
SSD(Solid State Disk,固态硬盘)被视为未来主流的储存架构,以朝向能取代现有传统硬盘机(Hard Disk Drive)为主要目标。就一般而言SSD是指具备控制芯片、拥有大量NAND Flash存储器,并且安装在一固定大小的机构内(如2.5寸、1.8寸)的储存设备。然而在工业用自动控制的领域中,任何控制芯片外挂NAND Flash存储器的应用模式,广义而言都符合了SSD储存架构的概念。
因应数码影音及网络信息的迅速发展,使用者对储存容量与读写速度的要求与日俱增。大致上来说,HDD在储存容量与单位成本上较具优势,而SSD则在读写速度及节能省电方面胜出。随著NAND Flash制程的演进,从最初的SLC(Single-Level Cell)逐渐延伸出能与传统HDD相竞争的MLC(Multi-Level Cell)的架构,SSD正持续地拉近与HDD的成本效益差距。
以储存特性来看,SLC即单层式储存。早期主要由三星(Samsung)、海力士(Hynix)、美光(Micro)、东芝(Toshiba)等采用的一种储存架构。SLC以0与1的方式储存资料,存取次数可达10万次,提供快速的程序编程与读取,但耗费亦较为昂贵。因此,为了解决高成本的问题,东芝(Toshiba)、瑞萨(Renesas)、三星(Samsung)随后开始采用MLC架构(Multi Level Cell),亦即多层次储存架构。不同于SLC,MLC可以一次储存4个以上的值,拥有较好的储存密度、较低的成本以及更佳的良率。也因此,MLC以其低廉的成本优势在消费性电子领域日渐普及。
身为新一代的储存设备,SSD是建立在标准型NAND Flash(快闪存储器)等非挥发性存储器基础上,主要设定用来取代传统式硬盘(HDD),能具备较低功耗、无噪音、抗震动、以及低热量等特点。SSD利用控制芯片及硬盘机的IDE接口,模拟成传统的磁碟式硬盘机。虽然在售价及使用寿命上与HDD相比,仍有努力的空间,然而随著NAND Flash制程的演进以及MLC技术的应用,SSD已具备与传统式硬盘(HDD)一较长短的实力。
SSD 具有下列好处:1、效能:因采随机存取方式,比以往的半循序、半随机方式快上许多。2、省电:没有马达等机械装置,较为省电。3、安全:没有机械设备,所以较能承受晃动,资料不易损失。
受惠于这些特点,SSD的应用范围极广,大致可归纳出以下3大发展方向:第一类是消费型应用,例如NB、Netbook、Tablet、外接式硬盘,以及各式消费性电子产品。由于主打消费性市场,价格通常是选择考量的重点。第二类是服务器、工作站、储存系统等企业级应用领域,强调高运行效能、低功耗、可靠度与耐用度,价格反而不是主要考量。第三类是依产业发展所需的工业应用,例如精简型计算机(Thin Client)、POS(Point of Sale)、ATM、大型游戏机等。依产业特性而有不同的容量及性能需求,但重视耐用度及低功耗,且对环境与温度的适应范围要广。因此发展此类型的SSD应用,客制化的功能便为首选。
基于不同应用领域对装置在耐用度与可靠度上的要求,搭配各种NAND Flash规格在芯片读写耐用度上的显著差异及成本落差,不同规格芯片所适合的终端应用领域也因此存在著明显的差异化。举例来说,企业商用领域对产品的耐用度与可靠度重于价格,因此工业用SSD多采用耐用度与可靠度较高的SLC规格NAND Flash芯片。反之,在计算机行动及消费性电子的应用领域中,价格考量多为首要因素,因此在计算机用、行动用的SSD则以采用MLC规格为大宗。
以目前趋势来看,藉由采用储存容量较大及成本较低的MLC型SSD已逐渐在IT及CE的市场普及化。然而,MLC型SSD仍存在某些瓶颈,例如稳定度不佳、使用年限较短等问题。因此,基于对SSD效能的疑虑,技术层面的强化已成为SSD业者的经营重心。目前的解决方法基本上是透过区块平均抹写(Wear Leveling)、故障区块管理(Bad Block Management)、ECC错误修正(Detection and Correcting)等算法则,在芯片耐用度与可靠度下滑的时限中扮演著强化SSD的关键任务,这也是SSD在计算机行动与消费性电子应用领域站稳脚步的决胜关键。