SSD 與 HDD 的差異:比較速度、耐用度與成本

硬碟機(HDD)以磁性方式把資料記錄在旋轉的碟片上,並用移動的磁頭讀寫。固態硬碟(SSD)把資料記錄在 NAND 型快閃記憶體晶片中,沒有可動零件。SSD 快上數倍、安靜且耐衝擊;另一方面,HDD 每 TB 的成本便宜許多,也能做到大容量。因此常把兩者組合起來,系統與作業中的檔案用 SSD,大量保存用 HDD。

項目HDDSSD
資料記錄方式以移動的讀寫磁頭讀寫旋轉的磁碟NAND 型快閃記憶體晶片。沒有可動零件
循序速度約 100〜250 MB/sSATA 約 500 MB/s 起,高速 NVMe 可達 14 GB/s
隨機存取與延遲慢。因磁頭移動與碟片旋轉,以毫秒計快。數十微秒,每秒可處理數十萬次以上
耐衝擊性運作中怕摔落與震動強。因為沒有會動的零件
噪音會有旋轉與尋軌的聲音無聲
耗電量大。有馬達與磁頭致動器小。尤其是閒置時
每 TB 成本便宜較貴,但持續下降
容量單台可達數十 TB一般消費者用為 1〜8 TB。企業用也有更大的
磨損有機械性磨損,但沒有寫入次數的限制寫入與抹除次數有限,以損耗平均管理,並以 TBW 評等
特別的維護碎片化會變慢需要 TRIM 與預留空間。碎片化幾乎沒有影響
適合的用途大量保存、備份、網路儲存、監視攝影機、封存作業系統磁碟、筆記型電腦、智慧型手機、遊戲、資料庫

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

SSD
所有重視速度與反應快慢的用途。系統磁碟、應用程式、筆記型電腦、行動裝置。
HDD
以最低的每 TB 成本,保存很少存取的大量資料時。備份、媒體庫、封存等。
組合
系統與作業用的快速 SSD,加上保存用的大容量 HDD,是常見的配置。

常見問題

SSD 總是比 HDD 快嗎?

大部分作業都是如此。SSD 的存取時間是數十微秒,HDD 則是毫秒。循序速度方面,SSD 約為 500 MB/s 到 14 GB/s,HDD 約為 100〜250 MB/s。

SSD 會劣化嗎?

快閃記憶體的儲存格能承受的寫入與抹除次數有限。以損耗平均與預留空間來分散磨損,磁碟以 TBW 評等,但這個數值遠大於多數使用方式實際寫入的量。

為什麼 HDD 現在仍被使用?

因為每 TB 便宜許多,也能做到更大的容量,所以仍然是大量保存、備份與封存的選擇。

TRIM 是什麼?

作業系統通知 SSD 哪些區塊不再使用的指令。垃圾回收可以先抹除它們,維持寫入效能。

理解度檢測

與 HDD(硬碟)相比,SSD 的特徵下列何者正確?

  1. A使碟片旋轉,以磁性方式記錄
  2. B沒有機械運動的零件,隨機存取快,耐衝擊
  3. C相同容量下一定比 HDD 便宜
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正確答案:B. 沒有機械運動的零件,隨機存取快,耐衝擊

SSD 以 NAND 快閃記憶體記錄,因此沒有碟片或磁頭之類的可動零件。HDD 因磁頭移動與等待碟片旋轉,一次存取需要數 ms,而 SSD 約為數十~100 µs,尤其是隨機存取快了數百倍。耐衝擊、耐震動且安靜。另一方面,每容量的價格 HDD 較便宜,大容量儲存方面仍持續使用 HDD。

SSD 等所使用的損耗平均(Wear Leveling)的目的,下列何者正確?

  1. A壓縮資料以增加容量
  2. B加密資料以保護資料
  3. C不讓寫入集中在特定區塊,而是分散到整體以延長壽命
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正確答案:C. 不讓寫入集中在特定區塊,而是分散到整體以延長壽命

區塊有改寫次數的上限,因此若總是寫入相同的邏輯位址,只有該處會提早到達壽命。損耗平均中,控制器管理邏輯位址與實體區塊的對應表(FTL),將寫入分配到抹除次數較少的區塊。對於很少改寫的靜態資料也會不時搬移,使所有區塊的損耗一致,進而延長整個產品的壽命。

關於 SSD 的垃圾回收(Garbage Collection),下列說明何者正確?

  1. A從含有無效資料的區塊中,將有效資料搬到別處,再抹除該區塊以製造空白區域的處理
  2. B移除電腦病毒的處理
  3. C壓縮資料的處理
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正確答案:A. 從含有無效資料的區塊中,將有效資料搬到別處,再抹除該區塊以製造空白區域的處理

NAND 無法覆寫,抹除又只能以區塊為單位,因此每次改寫,舊版本都會以無效頁的形式留下。控制器選擇無效頁較多的區塊,將有效資料搬到別的區塊後抹除原區塊,製造出空白區域。這種多餘的複製是寫入放大的成因,空白容量越少就越頻繁,寫入效能也會下降。

  1. 作業系統把已刪除檔案的區域通知 SSD、使垃圾回收更有效率的指令,下列何者正確?
  2. 關於 SSD 的「寫入放大(Write Amplification)」,下列說明何者正確?
  3. 關於 SSD 的「預留空間(Over-provisioning)」,下列說明何者正確?

前往SRAM與快閃記憶體的練習題

相關名詞的解說

NAND 型快閃記憶體
記憶單元以串聯方式連接的非揮發性記憶體。容易高密度、大容量化,用於 SSD 與記憶卡。
3D NAND
將 NAND 快閃記憶體的記憶單元在垂直方向堆疊許多層以達成大容量。為突破平面微縮的極限而導入,堆疊層數已達 200 層以上。

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