【硬件科普】固态硬盘的缓存是干什么的？有缓存和无缓存有什么区别？
固态硬盘主要结构：主控芯片、DRAM缓存、NAND闪存
固态硬盘写入数据时，数据经过 主控处理随后被放在NAND闪存颗粒中，读取数据时，主控会从FTL表中找到数据位置，然后从NAND颗粒中找到数据，之后通过M.2接口和PCIe总线发送给计算机其他配件
逻辑物理映射表（FTL表）：主控在写入时记录写入的NAND颗粒的具体位置（哪个晶片、哪个区、哪个块、哪个页），下次数据读取时通过FTL表找到数据的具体存储位置进行数据读取，一般来说1G容量的NAND颗粒需要1MB的FTL表缓存
FTL表存放位置：
- DRAM足够大时，可以全部存放在DRAM中
- 厂家为了节省成本，DRAM不够时（或者直接较小缓存集成在主控中），就会将常用文件的FTL表放在DRAM中，剩余的放在NAND颗粒中
- 无缓存方案，采用HMB技术，在启动时将一部分FTL表加载到内存中，通过PCIe高速通道来达到加速读取的功能
NAND颗粒由多层晶片（die chip）构成，每个die chip有两个区plane，它们共用一个地址解码器，每个区plane中由大量Block块组成
浮栅晶体管，其是可以存储电子的结构，因此也就是可以用来存储数据
SLC颗粒：每个浮栅晶体管只能存放1Bit数据，当浮栅晶体管中电子数大于3时认定为1，小于3时认定为0 MLC颗粒：每个浮栅晶体管可以存储2Bit数据，即根据浮栅晶体管中电子数量区间判定是00、01、10、11 TLC颗粒：每个浮栅晶体管可以存储3Bit数据，浮栅晶体管中每个数量的电子都对应一个数据，因此对电压的控制要求也更高
早期，固态硬盘的浮栅晶体管是平铺在晶圆上的，平面结构很浪费空间，为了提高数据密度，设计出了可以垂直叠放的浮栅晶体管，因此现在固态硬盘的颗粒都成为VNAND（Vertical）
由大量浮栅晶体管组成的长方体成为Block块，其中一面中一行称为Page页，通过地址解码器+位线解码器来选中页Page，因此硬盘读取的最小单位就是页Page
DRAM作用：
- 存储FTL表信息，用于加速主控查找数据的具体位置
- 缓解写放大：固态硬盘最小擦除单位是块，最小写入单位是页，因此当所有页都占满时，就需要将不足一页的数据进行合并，然后擦除块在进行写入，这会加速硬盘的寿命磨损，因此主控会在写入数据时先将数据写入DRAM中，等存满一页后再写入
SLC Cache：当向硬盘持续写入数据时，会发现前一段时间写入速度较快（缓内速度），然后速度会变慢（缓外速度）
SLC的浮栅晶体管因为只需要维持两种状态，因此擦除或写入电子只需要极高或极低两种电压，相较于MLC或TLC，不需要精确控制电压，因此速度会更快，并且由于SLC只能写入1Bit，因此多Bit写入时所有Bit都是并行的，而MLC或TLC至少有2个或3个Bit是必须串行写入的，毫无疑问SLC速度会更快
对于一个浮栅晶体管而言，其是SLC还是TLC完全由主控的读写策略决定，因此主控可以将NAND中一部分浮栅晶体管模拟成SLC（SLC Cache），在写入数据时先将数据写入模拟成SLC的部分，然后再把这部分缓存写入TLC中，但因为SLC Cache是需要占用原来的TLC空间的，随着硬盘内数据的增加，SLC Cache的空间就会减少（并且如果把整个硬盘都模拟成SLC，那么硬盘的可用容量就会缩减成1/3），因此随着写入量的增加写入速度就会变慢
绝大多数情况下，都很少会进行超出SLC Cache范围之外的数据写入，因此用到的往往都是SLC的真实写入性能
由于SLC能存储的Bit数只有TLC的1/3，因此SLC Cache的存在无形会提高擦写次数，有些可以通过配置独立SLC区域，来避免小文件的写放大问题