信息存储记录历史,传承文明

2018-06-17 admin_ykcx 348


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作者 谢长生

信息存储记录历史,传承文明,是人类社会延续和发展不可或缺的重要手段。一个时代有多种存储介质共存,但总有一种存储介质是主流介质。古埃及人用的莎草纸,早期欧洲人用的羊皮纸,中国人用的竹简以及后来的纸张,都曾作为主流介质被广泛使用。进入数字时代,以硬盘为核心的磁记录介质一直是非易失性存储的主流介质。然而,由于闪存(Flash memory)技术的迅猛发展,这种局面即将发生重大的转变。闪存介质在各类存储卡、固态盘和全闪存阵列中大量应用,不论在终端还是在云端,闪存已无处不在。闪存介质中存储的人类社会信息总量将在不久的将来超过磁记录介质,成为数字时代新的主流存储介质。

固态盘(Solid State Disk-SSD)是以闪存介质为主的一种极为重要的存储产品,它广泛使用于移动终端、笔记本电脑、台式机、服务器和数据中心等场合,需求量极大。与传统的机械硬盘相比,固态盘的性能优势特别突出。由于取消了机械部件,旋转和寻道的延迟完全消除,固态盘在读写速度上远优于机械硬盘,特别是在大吞吐率的随机读写性能上有了几个数量级的提高,在性能要求高的应用场合已成为首选。与机械硬盘相比,固态盘的容量和价格曾是其成为主流的障碍。但随着闪存芯片容量的迅速增加和成本的快速下降,固态盘的最大容量已超过硬盘,单位容量价格也日益趋近高性能硬盘的价格,并将在未来的几年之中可与之持平,之后将逐步逼近大容量硬盘的价格而取而代之。

对固态盘这样一种量大面广的重要存储设备,无论是其设计者、生产者还是应用者,都迫切希望对其工作原理和关键技术有一个全面的了解。然而,目前关于固态盘各种知识和资料散见于各类学术论文和网上的技术介绍,缺少一本系统介绍固态盘技术的书籍。本书的出版恰逢其时,满足了广大读者的急需,是国内第一本全面介绍固态盘技术的书籍。

固态盘一般采用NAND闪存芯片作为基本组件,对闪存芯片特性的透彻了解是理解固态盘工作原理的基础。NAND闪存用电荷存储信息,其重要特点是先擦后写,擦写寿命有限。随着密度的提高所引起的单元电荷数的减少及绝缘层变薄,原始误码率不断提高,可擦写次数也越来越差,最新的大容量芯片擦写寿命不到1千次。用这样一种高误码率、短寿命的芯片来构成长寿命、高性能、高可靠的固态盘,需要发展一系列系统层面的技术,如地址映射、磨损均衡、垃圾回收、坏块管理等,还需要发展新的纠错编码理论、算法和实现技术来保证数据的正确性和可靠性。为了提供与主机的高性能连接与通讯,需要发展与固态介质相适应的高速接口和通讯协议。上述系统层面的技术不仅需要特别设计的硬件控制器来实现,还需要底层固件的支持。固态盘品质的优劣,不仅反映在初期使用的性能上,还反映在大负载长期使用后性能和可靠性的保持能力上,需要发展与固态盘相适应的评测技术。上述内容都是因固态盘的出现而发展出来的新技术和新知识,本书以一种深入浅出的风格系统地阐述了这些内容。

值得特别指出的是,本书的五位作者不仅是在第一线从事固态盘设计、有着深厚专业知识的资深工程师,而且还是一群十分热衷于普及固态盘知识的写作高手。他们创立了ssdfans微信群,发表了大量关于固态盘技术和市场方面文章,尤其在技术内容的阐述上形成了深入浅出、通俗幽默的写作风格,读来使人兴趣盎然。我就经常进入这个微信群阅读那些十分有趣的短文,获得了不少新的技术和市场信息。本书延续了ssdfans微信群的写作风格,相信读者在阅读时一定会体验到其中的乐趣。

我国在磁记录介质时代错失了大力发展硬盘产业的机会,以至于使用数量十分惊人的硬盘全部依赖进口。除了花费巨量外汇之外,信息安全也存在着问题。我国已意识到信息存储产业的极端重要性,大力发展闪存产业已成为国家意志。我国已投入巨资建立3D闪存芯片制造基地,可望解决基础器件的问题。为了使我国成为闪存时代国际舞台的主角,建立包括芯片颗粒、控制器、固态盘和盘阵等环节的全产业链十分必要。固态盘不仅是量大面广的产品,也是链接闪存上下游产业最重要的一环。相信本书的出版能推动固态盘技术知识的普及,促进我国固态盘产业发展和应用,并在人才培养方面发挥积极作用。

闪存成为主流存储介质的时代来临,国际舞台将精彩纷呈,中国一定不能缺席。

谢长生 教授

华中科技大学武汉光电国家研究中心

信息存储系统教育部重点实验室

2018年1月26日

本文为《深入浅出SSD:固态存储核心技术 、原理与实战》一书序言。该书已正式出版,并上线京东、淘宝、亚马逊等网上商城,得到产业界和学术界10余位专家高度评价。

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