从1GB到20TB 机械硬盘还有活路吗 OverLord

MB、GB、TB部是啥

现在小软件都是动辄几百MB，而固态硬盘又多以GB～TB标识，只有机械硬盘才以TB为单位计算。每一个单位的差距“都是1024那么长”。1024MB=1GB，1024GB=1TB，未来到了PB时代，那就是1024TB=1PB了。可以说，每一个单位之间容量的差距都是质变。

機械硬盘还有什么用？

不得不说只十余年时间，固态硬盘就已经成功占据了属于自己的领地，硬盘作为重要的数据交换“池”，长久以来都是性能瓶颈，直到固态硬盘的出现。当然，固态硬盘也是改善而已，并非解决这个瓶颈，类似傲腾一类的高速存储设备才和内存有了合理的性能阶梯，有效解决了磁盘性能瓶颈。机械硬盘现在的作用和以前不太一样了，临时交换数据越来越少，更多是作为存储仓库的形式存在，内容则主要就是游戏、电影、图片等，毕竟其他文件小得多。现在的游戏普遍在30GB到50GB之间，高质量电影也类似（压缩的不算）。顺便一提，这种容量表现很可能是为了适应蓝光光盘技术，是进一步解决数据交换问题产生的，不过实际上现在蓝光光盘基本已经被大容量闪存盘和网络取代了。

似曾相识的玻璃盘片

硬盘其实结构并不复杂，只是在实现高密度存储的时候，需要更精密的设计。这其中盘片单位容积和数量十分重要——每平方英寸可以存储的数据量+盘片总数将决定硬盘的存储容量，这也是为什么提出用玻璃盘片取代铝合金盘片的根本原因。玻璃盘片不仅拥有更高的耐高温性，而且拥有更薄的盘体，目前最薄的铝合金盘片厚度也在0.635毫米，而玻璃盘片最低已经可以做到0.381毫米了，同样的空间内，明显可以多塞进几张盘片，容量自然也就上去了。

十几年前，硬盘市场有康诺、希捷、西数、IBM、三星、迈拓、昆腾、富士通等众多厂商“群雄逐鹿”;后来只剩下希捷、西数、日立、三星、东芝“春秋五霸”，现在是希捷、西数、东芝“三国鼎立”。这其中，IBM是硬盘的发明者，也正是他们发明了第一块玻璃盘片硬盘（技术理念十分先进）。只不过当时这个技术还存在缺陷，容易产生坏道，导致大量硬盘故障。10GB的IBM玻璃盘，相信老用户都知道吧，笔者也是中招的一员，几乎就没有不坏的。不得已在亏损了5亿美元后，IBM就把硬盘部分卖给了日立。当然了，这已经过去了十几年的时间，现在的玻璃盘片和与之相关的技术也成熟多了，相信不会再出现这个问题。

注 易拓科技曾经是中国唯二的国产硬盘生产厂商，技术授权来自IBM，为长城控股公司;另外长城本身也在1999年生产过机械硬盘，虽然二者听起来都和“长城”沾边，但是从技术到生产，二者没有必然联系。

容量和性能，机械硬盘还有未来吗？

答案是有，至少在5年之内，机械硬盘还会发展下去，闪存颗粒即便是3D堆叠的NANDFLASH，容量几何倍数成长，容量也难以媲美机械硬盘，毕竟基数低——固态硬盘的普遍计算单位还是GB，而机械硬盘几乎都是TB级别的。当然了，这中间的差距会逐渐缩小，但是无法取代。原因就在于成本，10年后也许硬盘这个存储介质都会不存在，比如可能转而使用高速网络云内容+本地超高速内存硬盘混合体，电脑没有性能瓶颈，存储也不依赖于本地。至于现在吗，还是踏踏实实买个存储盘做仓库为上上之选。

机械硬盘的选择

硬盘除了容量和大小，在其他地方可做的文章非常多，总结一下主要分成这么几个部分需要大家留意：

1.缓存大小

目前机械硬盘的缓存大小依次为256MB、128MB、64MB、32MB、16MB、8MB。其中，3.5英寸的机械硬盘，也就是台式机用的硬盘，缓存起跳规格为64MB，最高256MB，其中4TB以上规格多采用128MB、256MB的缓存，3TB以下多为64MB、128MB规格;2.5英寸机械硬盘，也就是笔记本硬盘，缓存最低的是8MB，最高为128MB。

可别小看硬盘的这点缓存，由于硬盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同，缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，如果有大缓存，则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度。

2.转速高低差异

目前主流的机械硬盘转速，主要分成5400转/分、5900转/分和7200转/分，其中无论2.5英寸还是3.5英寸硬盘都有5400转/分和7200转/分的转速产品，5900转/分的转速产品只在3.5英寸的机械硬盘上出现，主要是NAS硬盘等存储类硬盘使用。

硬盘转速的高低很大程度上决定着硬盘的读写性能和发热程度。值得注意的是，7200转/分的高速硬盘不代表硬盘的绝对性能全面秒杀5400转/分的硬盘，高转速主要的性能优势体现在随机读写能力上，连续读写能力差距很小（同规格不同转速）

3.盘片/磁头数量

硬盘主要是伺服电路、控制芯片、马达+磁头臂和磁盘盘片组成，其中盘片和磁头臂数量的多少是决定硬盘容量的根本。盘片越多，所需要的磁头也就越多（一般一盘片对应两个磁头，正反面读写），容量也越大。同时，更多的机械结构意味着潜在故障几率上升。

怎么样在恒定的空间内放置更多的磁盘盘片+磁头臂，还有如何增加磁盘盘片密度，一直以来都是硬盘厂商最关注的事情。当然也有一些例外，比如有些移动硬盘，2.5英寸规格的笔记本硬盘最高可以做到15mm，就是为了能够容纳更多的磁盘盘片，只是这种产品就不具备通用性了（笔记本硬盘通常为7mm、9.5mm）。

4.工作时间

笔者要说的工作时间可不是平均无故障时间（MTBF），而是硬盘的工作机制。应当说，传统家用硬盘，无论台式机硬盘还是笔记本硬盘，都是依照5（天）×8（小时）的工作能力设计的，诚然不少人喜欢挂机，硬盘也不见得有什么问题，但这可不是这些普通硬盘的设计初衷。

隨着使用需求的不断变化，现在除了常见的硬盘种类外，市场还多了两类硬盘，一类是NAS用网络存储硬盘，一类是监控级硬盘。共同点是它们都需要支持7（天）×24（小时）的工作模式，这在设计中就有考虑，包括应对长时间高温的工作环境，不洁的工作场合。不同的地方则是二者在性能、数据处理上有所差别。

小知识

什么是MTBF？

MTBFIN平均无故障工作时间，英文全称是“Mean Time Between Failure”。是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标。单位为“小时”。它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。需要注意的是，这里探讨的MTBF并非一个实测值，而是在产品设计阶段工程师依据理论所估算出的参考值。使用平均故障间隔时，一般假设故障的系统可以立刻修复。倘若故障的系统无法修复，一般改用MTTF（故障前平均时间）来说明。

5.叠瓦还是垂直？

这是近几年出现的重要技术差异。简单说，叠瓦盘实际是SMR，即为叠瓦式磁记录方式硬盘中的磁道像瓦片一样重叠堆放在一起，它的优点是提升硬盘的存储密度，从而增加约25%的容量。但是SMR也有缺点，就是它不适合频繁改写（数据），由于其磁头读头小、写头大，叠瓦磁道密度高的原因，会影响磁盘的写头工作，在随机写入或改写内容时，会把相邻磁道也一起改掉，因此叠瓦通常叠几圈以后会有一行正常宽度的磁道，把磁盘分成一个个区域。要改写内容，需要把这个数据所在的整个区域的内容先转存到缓存里，在缓存里改好，再一起写回去。

而垂直磁道记录技术又称作PMR（或称之为CMR），它的方式就是不堆叠，该记录的地方记录，不该记录的地方不保存信息，这样它的读写效率会提高很多，但是缺点就在于容量提升有限。

比较麻烦的地方在于，各硬盘厂商对自家硬盘究竟使用的PMR（CMR）还是SMR讳莫如深，后来事件发酵，厂商才不得已发布了具体各型号硬盘采用何种技术，不过依旧需要用户自行查阅、判别了。

希捷PMR（CMR）、SMR硬盘的各型号列表：

https：∥www.seagate.com/Internal-hard-drives/cmr-smr-list/西部数据PMR（CMR）、SMR硬盘的各型号列表：

https：∥bIOg westemdigital.com/wd-red-nas-drives/东芝PMR（CMR）、SMR硬盘的各型号列表：

https：∥toshiba-semicon-storage.com/cn/canvio/news/internal-20200428.html

6.普通硬盘

高转速+高缓存+高容量，三高是组成普通家用硬盘的基本特点。它们的设计初衷是5（天）×8（小时）模式下工作，突出读写能力，尽可能提高机械硬盘性能，但是不支持长时间连续使用。尤其是高规格的笔记本硬盘，超长时间的连续读写会极大耗损机械硬盘寿命，这一点务必了解清楚，经常用来当下载机的小伙伴们，挂机一段时间最好让硬盘“休息休息”。另外，即便是同容量的普通硬盘，也会因为缓存差别、转速差别等等价格分成三六九等。

7.NAS硬盘

刚刚提到NAS网络存储用的硬盘针对7（天）×24（小时）应用设计，耐用性无故障时间都有良好表现，为了控制温度，转速不高，有趣的是为了平衡性能和功耗（发热），NAS类的硬盘多采用5900转/分的转速设计，属于异类了。另外一点就是它特别优化了读写的校验能力，充分保证数据的正确性。

8.监控硬盘

相比NAS网络存储硬盘，监控硬盘有一个特性和它正好相反——降低纠错能力，也就是有较高的容错能力，即便数据出现了错误，也不影响存储，保证数据的连续性是关键。这和它的工作要求有关：记录视频。错误的数据最多损坏一小段视频，但是可以最大限度保证视频的持续性，做到时长全覆盖。另外就是监控硬盘支持恶劣工况使用，转速也不高，属于“吃苦耐劳”型产品。

无论2.5英寸还是3.5英寸，目前都是通过转速、缓存大小、容量来做基本的规格区分，再附以使用方向的不同，进一步细化功能，只单纯讨论容量、价格去购买硬盘，是十分不明智的。综上所述，一定要了解清楚自己的需求再决定入手，毕竟硬盘之间的区别可不是以前那么简单粗暴了。

固态容量和寿命你更在意哪个？

同机械硬盘原理区别很大，固态硬盘是用NAND Flash来存儲数据。NAND Flash在物理结构上是由一个一个的“块”组成。每个块都有一定的擦除寿命（P/E），当擦除寿命达到时，这个块就会损坏了。不知道大家注意没有，现在的固态硬盘和机械硬盘不同，容量常常是120GB、240GB、480GB、960GB，而不是我们通常理解的128GB、256GB、512GB、960GB。近似规格的少掉的容量，其实都是用来校验数据和备份冗余这些“块”的。而且，固态硬盘就是电子芯片依靠电信号擦写记录存储内容的，所以还存在升级问题。从SLC一路走来，经历了MLC到如今的TLC主打，未来OLC也将取代TLC，成为最普及的闪存颗粒技术。

提升容量靠堆叠

QLC之所以会取代TLC，无非是增加了“存储密度”。SLC每个存储单元只储存1bit数据，它的性能最好，寿命也最长。缺点就是成本最高，容量偏低。作为接替者，MLC每个存储单元可以储存2bit数据，所以容量一下就翻倍了（单位内），性能和寿命比SLC要低，但是成本也便宜不少。

可是MLC也是有容量极限的，因此又诞生了TLC颗粒，TLC的1个存储器储存单元可存放3 bit的数据，容量再次提升，同时成本也下降更多。不过代价就是读写次数下降了，当然通过技术改良，现在TLC已经完全没有了最初“不禁用”的概念，最初TLC颗粒则仅有500次～1000次的擦写寿命，到今天已经有厂商达到了3000次的擦写能力，和MLC别无二致。

现在，QLC颗粒又以TLC的替代者身份登场了，截止目前，QLC颗粒已经从设计之初的100次～150次跃升到了1000次左右的P/E擦写循环，已经接近了TLC的正常擦写寿命。

应该了解的是，单位空间存储的越多，意味着我们能够买到的固态硬盘容量更大，加上一贯担心的读写次数问题已被解决，现在就是担心的就是价格问题了。一般来说，TLC颗粒成本相比MLC约低30%～50%，而QLC的成本则相对于TLC还要再低25%甚至更多。所以，固态硬盘的容量/价格比长期看只能是越来越划算。

其实，如果你还在担心固态硬盘的寿命问题，不妨使用如下公式自行计算一番，很快你就能知道自己要购买的固态硬盘预期寿命是多少了。需要注意，这个公式中的“P/E次数”指的是全盘全部容量完整写入一次的数量。举例来说，一块入门级的120GB固态硬盘，按照1000次的P/E写入次数计算，这块硬盘的写入总量应该是120×1000=120000GB，如果是每天写满120GB，那么它的寿命理论是2.7年。当然，能每天坚持写满120GB的用户少之又少。

接口速度不可忽略

SATA 3.0

SATA 6Gbps（SATA3.0）最大优势就是非常成熟，适合老电脑升级安装使用，不过速度上它不像机械硬盘那样还有冗余——固态硬盘的读写速度已经大大超过了SATA接口（AHCI协议）的传输极限。因此，笔者只建议没有M.2接口的老主板酌情使用SATA接口的固态硬盘。在SATA接口之上，还衍生了一个mSATA接口，简单说它就是一个缩小版的SATA接口，它拥有SATA接口的一切技术规格，适合小尺寸设备使用。目前mSATA接口的固态硬盘主要是使用在英特尔100系列芯片组主板及之前的产品上，而且是以笔记本、工控类设备为主，并非市场主流了。

M.2

M.2原名是NGFF接口，最初是为超极本（Ultrabook）量身定做的新一代接口标准，主要用来取代mSATA接口。不管是从规格尺寸上还是说从传输性能上讲，这种接口要比mSATA接口好很多。正是因为SATA的接口瓶颈越来越突出，现在很多主板厂商都开始在产品线上预留出M.2接口。M.2接口能够同时支持PCIe通道（即NVMe协议）以及SATA协议标准。最开始该接口所采用的是PCIe 2.0×2通道，理论带宽10Gbps（双向），可以说它也突破了SATA接口理论传输瓶颈。如今的M_2接口全面转向PCIe 4.0×4通道，读写速度达到了前所未有的高度，这也让固态性能潜力大幅提升。

PCIe

在SATA接口的固态硬盘发展开始时，就已经出现了PCIe接口的产品，后者优势可以说非常明显。这是因为无论使用的是伺种接口都是最终通过PCIe通道连接、传输，而PCIe接口的固态硬盘可以说是一步到位，没有了中间过程。不过，PCIe硬盘最开始主要是在企业级市场使用，因为它需要不同主控，所以在性能提升的基础上，成本也高出许多。至于消费级市场，对该产品并没有太大需求，PCIe硬盘在高端消费市场上出现不久就遇到了兼容性更好的M.2 NVMe接口，因此没有流行起来。

固态 硬盘寿命杀手究竟是谁？

与其担心写入量的问题会影响固态硬盘寿命，不如担心一下固态硬盘寿命的真正杀手——过热和突然断电。因为固态硬盘是用电信号擦除写入数据，所以突然断电对固态硬盘来说非常严重的事情，频繁的突然断电可能会导致数据丢失，包括已写入保存的数据！这和机械硬盘是有本质区别的。所谓突然断电，比如说停电、硬关机这类都属于断电范畴。

另一个寿命杀手就是过热了，固态硬盘的耐热能力其实不如机械硬盘，过热会极大缩短固态硬盘中闪存颗粒的寿命，这是因为电子芯片会因为过热产生一种叫做电子迁移的现象，说白了就是加速金属线路的老化，从物理结构上造成不可逆的寿命损伤，如果长时间高强度使用固态硬盘，再加上散热工作不到位，就很容易造成固态硬盘过热，就笔者的看法，這远比闪存颗粒的擦写次数更值得关注。