識主控看固態：固態硬盤入門之初識主控

瞭解一顆固態硬盤首先要從主控入手，主控對於固態硬盤的影響絲毫不亞於閃存。

在固態硬盤以低價衝擊機械硬盤市場的背景下，固態硬盤的結構也正在發生變化。除了原本就只出現在企業級型號中的斷電保護電路之外，SPI接口的獨立ROM芯片、外置DRAM緩存也因為成本的原因而被省掉了。

但無論發展到何時，主控都是固態硬盤不可或缺的一部分，而且會隨著閃存技術和固態硬盤市場的不斷髮展，地位得到一步步的提高。為什麼會有這種現象發生？主控對於固態硬盤到底有多重要？影響了固態硬盤的哪些方面？我們首先來了解主控的地位、功能和運作模式。

主控的地位：

顧名思義，主控就是固態硬盤的主控制器，一顆硬盤的大腦，相當於手機中的CPU。每一塊硬盤都有它的主控，即便是機械硬盤也不例外，只是機械硬盤的性能基本已經定型，而且全球也只剩下希捷、西數和東芝三家主要廠商，對主控的關注就遠不如豐富的固態硬盤產品。

你想我們買手機的時候第一個關注的是什麼？選蘋果還是選安卓？然後確定了陣營之後，就該確定自己想要的產品檔次了，這個時候，CPU就是主要的參照點。比方說你是想要最強旗艦性能，那麼驍龍855的機型瞭解一下，如果想找中端性價比，搭載驍龍660和驍龍710的機型都可以納入考慮的範圍。通過CPU就能大致確定候選的方向，然後再橫向對比價格、系統軟件。

那麼到了選購固態硬盤的時候，主控也是大家最為關注的重點，一顆主控就能傳遞一個性能印象。固態硬盤的主控其實也有兩大陣營：原廠和其他。目前主要的閃存製造廠：三星、東芝、美光、海力士，再加上剛剛和美光分家的英特爾，都同時生產原廠固態硬盤產品。

它們既是運動員又是裁判員，在競爭中自然是佔了很大的便宜。不過目前很多原廠固態硬盤也不再使用完全自主研發的主控芯片了，比如英特爾545s和660p/760p、美光的BX500、MX500，使用的都是臺灣慧榮的主控。再比如說東芝的TR200，名義上它使用的是東芝自家的TC58NC1010GSB，其實仔細一看，還是群聯PS3111的底子。

閃存原廠固態硬盤使用第三方提供的公版主控，並不是說主控不重要，恰恰相反，隨著閃存技術的迭代，固態硬盤性能的提升，當然還有成本壓力的因素，要做好一顆主控以及與它搭配的固件，存在相當大的難度。 (既要馬兒跑，又不願給馬兒吃草)

英特爾有一些高端的型號會直接使用簡化後的企業級主控，這樣雖然減少了重複研發成本，但高規格的主控在製造成本上並不低。而且現在家用固態硬盤和企業級固態硬盤的性能調教方向上已經出現了很大的分歧，企業級追求性能一致性，而家用固態硬盤則因為讀寫負載不均衡而需要更高的短時爆發力，所以企業級的那一套設計方向在很多時候並不適合家用固態硬盤的硬件底子和使用方式。

現在除了三星之外，各大閃存原廠都在一定程度上將主控設計和固件研發的工作委派給專門的主控供應商，由它們在原廠的技術支持下，完成相關的主控和固件設計。最終，原廠固態硬盤產品會通過定製固件的方式，降原廠固態硬盤跟公版產品區分開來。

在原廠主控之外，常見的固態硬盤主控還有Marvell、群聯、慧榮、Realtek瑞昱(yù)、Maxiotek(雲蓮)，包括VIA也有研發SSD主控的消息。

國產主控裡有憶芯、國科微等等。通過主控的型號，就能大致的判斷採用它的固態硬盤大致處於怎樣的定位。

主控的功能和實現：

前邊我們羅列了一些常見的主控，現在回到主控的功能這個話題上來。為什麼主控在固態硬盤中的地位如此重要呢？作為固態硬盤的"大腦"，它一方面要"能掐會算"，而且要"左右逢源"，更要"處事不驚"，聽起來是不是挺像古代的謀士呢？

先說"能掐會算"，這個是對主控最基本的功能需求。主控首先要有一個CPU，但又不僅僅是一個CPU那麼簡單。

需要用到主控計算能力的地方有很多，比如FTL閃存映射表的結構管理、閃存磨損均衡的規劃、垃圾回收時控制先讀取，再寫入，後擦除的步伐。一些定位比較高的主控通常會有多個CPU核心，分別用來執行不同的任務，並且在多個核心之間還需要有一套協同的機制。現在很多主控都使用了ARM的處理器架構，通常選擇Cortex-R系列。

這個架構和我們平時在手機上見到的A系列不同，R系列用於實時數據處理，在響應速度上更有優勢，汽車自動駕駛系統中使用的往往就是R系列，當然我們的硬盤主控也用到了它。

再來說主控的左右逢源能力。主控一方面是固態硬盤的大腦，另一方面也處在大腦主機與閃存顆粒之間，起到一個搭橋的作用，一方面要跟主機溝通協作，接受和處理主機發來的命令，另一方面也要跟呆頭呆腦缺乏智能的閃存顆粒打交道，搞好底層數據存取的具體實現。對於主機端的溝通，主要難點在於節能特性的把握上，SATA鏈路節能可以降低功耗，提升筆記本電腦電池續航時間，同時也符合綠色環保的理念。但是SATA鏈路進出節能狀態的過程中需要主機和固態硬盤雙方的協同，稍有不注意就會導致卡頓甚至掉盤的惡劣情況出現。現在很多非原廠的主控為了減少麻煩，圖省事直接禁用了節能特性，也是一種不太自信的表現。

主控與閃存的溝通同樣很複雜。固態硬盤中的閃存通常被叫做RAW閃存，智能化程度很低，只能遵循特定的閃存接口，如Toggle或者ONFI進行訪問。而不同的閃存芯片在工作特性上有些千絲萬別的不同，這就需要主控去主動適應閃存的特點。

單單要往閃存芯片中寫入一個數據就要通過給閃存芯片不同針腳施加各種高低電位，完成控制和傳輸指令的發出。這個過程如果仔細研究，絕對是個耗費腦細胞的工作，所以不要小看那些能夠自己研發主控或是給主控開發固件的攻城獅，絕對是高智商人群。主控要完成的功能還有很多，譬如溫度管理、SMART健康度報告、壞塊管理等等，絕非易事。

最後的"處事不驚"，則是對主控糾錯引擎以及斷電保護功能的要求。我們平時經常看到固態硬盤標註"支持LDPC糾錯"。LDPC糾錯實際上包含了硬判決和軟判決兩部分，前者在主控硬件內有硬件加速實現，後者則需要結合主控的運算能力去加強糾錯效果。

和很多朋友想象中不同，閃存顆粒並不是只到了壽命末期才會出錯的，只是末期的出錯率更高一些。所以說主控糾錯引擎其實是始終在運作的，每一筆寫入和讀出的數據，都要經過主控糾錯引擎的檢驗和處理。

斷電保護則是每一個固態硬盤主控都必須考慮的。過去我們講一顆固態硬盤帶不帶斷電保護，指的是固態硬盤是否有獨立的斷電保護電路，包括儲能電容、監測電路和固件中的保護動作執行邏輯。完整的斷電保護應該包括運行時用戶數據保護以及DRAM緩存當中元數據的保護。

消費級的固態硬盤因為成本和定位的因素，在應對意外斷電的防護上只做到了防止掉盤的作用。比如在美光MX300上這樣一排小電容，容量上比較有限，只能保護FTL閃存映射表的安全，保護固態硬盤不掉盤就算完成使命了。

還有更多的固態硬盤，連一排小電容都沒有的，它們的斷電保護也並不是說就不存在。只是執行起來比較被動，比如在閃存中給FTL映射表做多次備份，這樣一旦損毀還能有保底不至於徹底掉盤。再比如說定時的刷新FTL映射表到閃存中存儲，降低斷電產生的影響。

其他形式的主控：

除了固態硬盤之外，還有其他地方也會有類似的閃存主控存在，譬如eMMC、UFS閃存，就是自身集成了主控功能的芯片，能夠實現閃存的管理和讀寫指令的排序、解碼、執行、回饋。

eMMC、UFS大都用於手機、平板當中，因為這些設備運算能力不夠強大，需要存儲芯片能自己完成閃存管理等眾多功能。

總結：

硬盤的主要作用就是存儲數據，在固態硬盤當中閃存承擔著記憶體的作用，而主控則是閃存的直接掌控者，處於頭腦的地位。

固態硬盤正朝著更大更快的方向發展，更大容量需要更新的閃存技術，如堆疊層數增長、TLC轉換QLC類型，這些會對主控的糾錯能力提出新的要求。更快的速度也要求主控能夠在NVMe協議下充分發揮低延遲特點，同時藉助優化的SLC緩存算法來最大限度提升爆發讀寫能力。

在使用相同主控的不同固態硬盤之間也會存在一定的差異，這是固件的影響力。但不管怎麼說，主控為固件提供了一個發揮作用的舞臺，如果沒有主控的好底子，固件也將巧婦難為無米之炊。識主控看固態，感謝大家關注存儲極客，也歡迎大家通過私信告知我你所關心的固態存儲話題。