信息存儲記錄歷史，傳承文明
作者 謝長生
信息存儲記錄歷史，傳承文明，是人類社會延續和發展不可或缺的重要手段。一個時代有多種存儲介質共存，但總有一種存儲介質是主流介質。古埃及人用的莎草紙，早期歐洲人用的羊皮紙，中國人用的竹簡以及後來的紙張，都曾作為主流介質被廣泛使用。進入數字時代，以硬碟為核心的磁記錄介質一直是非易失性存儲的主流介質。然而，由於快閃記憶體（Flash memory）技術的迅猛發展，這種局面即將發生重大的轉變。快閃記憶體介質在各類存儲卡、固態盤和全快閃記憶體陣列中大量應用，不論在終端還是在雲端，快閃記憶體已無處不在。快閃記憶體介質中存儲的人類社會信息總量將在不久的將來超過磁記錄介質，成為數字時代新的主流存儲介質。
固態盤（Solid State Disk-SSD）是以快閃記憶體介質為主的一種極為重要的存儲產品，它廣泛使用於移動終端、筆記本電腦、台式機、伺服器和數據中心等場合，需求量極大。與傳統的機械硬碟相比，固態盤的性能優勢特別突出。由於取消了機械部件，旋轉和尋道的延遲完全消除，固態盤在讀寫速度上遠優於機械硬碟，特別是在大吞吐率的隨機讀寫性能上有了幾個數量級的提高，在性能要求高的應用場合已成為首選。與機械硬碟相比，固態盤的容量和價格曾是其成為主流的障礙。但隨著快閃記憶體晶元容量的迅速增加和成本的快速下降，固態盤的最大容量已超過硬碟，單位容量價格也日益趨近高性能硬碟的價格，並將在未來的幾年之中可與之持平，之後將逐步逼近大容量硬碟的價格而取而代之。
對固態盤這樣一種量大面廣的重要存儲設備，無論是其設計者、生產者還是應用者，都迫切希望對其工作原理和關鍵技術有一個全面的了解。然而，目前關於固態盤各種知識和資料散見於各類學術論文和網上的技術介紹，缺少一本系統介紹固態盤技術的書籍。本書的出版恰逢其時，滿足了廣大讀者的急需，是國內第一本全面介紹固態盤技術的書籍。
固態盤一般採用NAND快閃記憶體晶元作為基本組件，對快閃記憶體晶元特性的透徹了解是理解固態盤工作原理的基礎。NAND快閃記憶體用電荷存儲信息，其重要特點是先擦後寫，擦寫壽命有限。隨著密度的提高所引起的單元電荷數的減少及絕緣層變薄，原始誤碼率不斷提高，可擦寫次數也越來越差，最新的大容量晶元擦寫壽命不到1千次。用這樣一種高誤碼率、短壽命的晶元來構成長壽命、高性能、高可靠的固態盤，需要發展一系列系統層面的技術，如地址映射、磨損均衡、垃圾回收、壞塊管理等，還需要發展新的糾錯編碼理論、演算法和實現技術來保證數據的正確性和可靠性。為了提供與主機的高性能連接與通訊，需要發展與固態介質相適應的高速介面和通訊協議。上述系統層面的技術不僅需要特別設計的硬體控制器來實現，還需要底層固件的支持。固態盤品質的優劣，不僅反映在初期使用的性能上，還反映在大負載長期使用後性能和可靠性的保持能力上，需要發展與固態盤相適應的評測技術。上述內容都是因固態盤的出現而發展出來的新技術和新知識，本書以一種深入淺出的風格系統地闡述了這些內容。
值得特別指出的是，本書的五位作者不僅是在第一線從事固態盤設計、有著深厚專業知識的資深工程師，而且還是一群十分熱衷於普及固態盤知識的寫作高手。他們創立了ssdfans微信群，發表了大量關於固態盤技術和市場方面文章，尤其在技術內容的闡述上形成了深入淺出、通俗幽默的寫作風格，讀來使人興趣盎然。我就經常進入這個微信群閱讀那些十分有趣的短文，獲得了不少新的技術和市場信息。本書延續了ssdfans微信群的寫作風格，相信讀者在閱讀時一定會體驗到其中的樂趣。
我國在磁記錄介質時代錯失了大力發展硬碟產業的機會，以至於使用數量十分驚人的硬碟全部依賴進口。除了花費巨量外匯之外，信息安全也存在著問題。我國已意識到信息存儲產業的極端重要性，大力發展快閃記憶體產業已成為國家意志。我國已投入巨資建立3D快閃記憶體晶元製造基地，可望解決基礎器件的問題。為了使我國成為快閃記憶體時代國際舞台的主角，建立包括晶元顆粒、控制器、固態盤和盤陣等環節的全產業鏈十分必要。固態盤不僅是量大面廣的產品，也是鏈接快閃記憶體上下游產業最重要的一環。相信本書的出版能推動固態盤技術知識的普及，促進我國固態盤產業發展和應用，並在人才培養方面發揮積極作用。
快閃記憶體成為主流存儲介質的時代來臨，國際舞台將精彩紛呈，中國一定不能缺席。
謝長生 教授
華中科技大學武漢光電國家研究中心
信息存儲系統教育部重點實驗室
2018年1月26日
本文為《深入淺出SSD：固態存儲核心技術 、原理與實戰》一書序言。該書已正式出版，並上線京東、淘寶、亞馬遜、Kindle等網上商城，得到產業界和學術界10餘位專家高度評價。
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