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关于混合硬盘技术的分析报告
【前言】近一年以来，闪存加速技术已经成为一个流行的词汇。随着微软的新一代操作系统Windows Vista的研发和面市时间延长，富士通、日立、三星电子、希捷和东芝组成了混合式存储联盟(Hybrid Storage Alliance)，联合起来推动为笔记本电脑而推出的混合式闪存-硬盘驱动器技术（hybrid flash-hard drives）。主张混合式闪存-硬盘驱动器技术将加速Windows Vista的启动速度，同时提供很高的硬盘驱动器性能。Intel也信誓旦旦的宣称下一代迅驰平台的Robson加速技术性能如何如何，但这些谁也没有用过的东西真的如此神奇么？

一、        什么是混合硬盘技术?
1、        名词定义
固态硬盘：｛Solid State Disk、IDE FLASH DISK），是由控制单元和存储单元（FLASH芯片）组成，简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘
比较指标        固态硬盘        普通硬盘
温度        宽温(-45℃～+85℃)        范围窄
防振能力        强        弱
稳定性        好        差
平均无故障时间        长        短
混合硬盘：混合式闪存-硬盘驱动器技术（hybrid flash-hard drives），配置闪存缓存的硬盘也称作混合硬盘；
NAND技术：Samsung、TOSHIBA和Fujistu支持NAND技术Flash Memory。这种结构的闪速存储器适合于纯数据存储和文件存储，主要作为SmartMedia卡、CompactFlash卡、PCMCIA ATA卡、固态盘的存储介质，并正成为闪速磁盘技术的核心。
NOR闪存和NAND闪存的比较

PSD：Power Saving Disk的缩写，“节电硬盘”；
ReadyDrive技术：将系统文件写到速度较快的闪存芯片而不是速度较低的硬盘中，使电脑能够迅速地启动或从待机和休眠状态中恢复过来。
Robson技术：INTEL提出的混合硬盘方案，在主板上配置非易失性缓存，直接从缓存启动操作系统。
混合式存储联盟：(Hybrid Storage Alliance) ，日立全球储存技术公司、希捷技术公司、富士通公司、三星电子公司和东芝公司已成立了混合储存联盟集团，旨在促进混合储存技术的应用。
非易失性存储器：（Non-volatile memory）

2、        结构原理



二、        为什么采用混合硬盘技术
1、        技术发展的衡量
时至今日，无论是磁盘存储技术还是闪存存储技术，都已经是十分成熟的技术，混合硬盘技术的实现，并不存在技术基础的障碍。
目前，有三种方法可以把非易失性内存集成到混合硬盘中。
(1)        嵌入式闪存磁盘。这是占用内存很小且较为简单的一种解决方案，把控制器和闪存集成到一块芯片上。它只需要占用极小的主板空间，提供了NOR接口，可与现有的硬盘控制器协同工作。从设计角度来看，它比下面的其他方案要简单得多。它不需要全面重新设计现有的硬盘架构。闪存磁盘的管理软件由闪存磁盘生产商提供。
(2)        使用原始的NAND闪存（微型闪存卡和USB驱动器里面的那种闪存）和现有的硬盘控制器也是使用单一芯片的解决方案，其成本低于嵌入式闪存磁盘，不过需要额外的研发成本。由于NAND闪存种类繁多，但因为不同厂商的许多闪存芯片彼此不兼容，所以交叉兼容性没有保证。另外还需要开发管理NAND内存的软件。
(3)        使用附带专用NAND控制器的原始NAND。它解决了不同闪存芯片的兼容问题。与嵌入式闪存磁盘或者使用硬盘控制器的NAND磁盘相比，这种使用两块芯片的解决方案需要更多的印刷电路板空间。它也有着类似NAND和硬盘控制器这种设计方案的缺点，包括缺少对现有软件的支持以及需要另外开发软件。
2、        价格方面的考虑
混合硬盘的成本，主要由磁盘存储部分和闪存存储两个部分组成，闪存价格每年在以30%到50%左右的速度下跌。每GB的价格在不断下降的同时，磁性驱动器的存储面密度却在不断增大。生产商们力求让混合硬盘集闪存介质的稳定性、低功耗和快速度与磁性驱动器的超高存储密度和低成本于一身，也就是顺理成章，水到渠成的事情了。
3、        混合硬盘的性能优点
首先，它降低了功耗。由于停止了转动，通过闪存的磁盘读写操作让硬盘可以保持在节电状态下。三星公司的Dan Barnetson估计，可以从整体上把功耗降低9%。在便携式电脑上，这省下来的电相当于最多可让电池寿命延长一个小时。
启动和恢复速度加快是另一个优势。 首次给PC加电后的头3至5秒用来转动硬盘盘片、实现磁头同步，然后才开始启动过程。直接从闪存缓存启动就消除了这种延迟现象，又不会牺牲磁盘性能: 闪存几乎全部利用了SATA协议的1.6Gbps传输速率。使用英特尔Robson闪存的工作模型则可以把启动时间缩短至不到半分钟。从关闭或者暂停模式进行恢复也是同样的情况。便携式电脑在进入睡眠、休眠或者断电模式之前，重要数据被写入闪存缓存。一旦恢复，重要数据立即可用。
最后，混合存储解决方案更可靠。移动应用需要可靠性，而作为固态介质，闪存具有出众的抗震性。另外，硬盘较低的工作占空比（operating duty cycle）意味着转动较少、散热较低、硬驱寿命较长、磁盘故障率较低。
4、        市场和生产角度

从维恩图我们可以看出，混合硬盘与固态硬盘和普通硬盘的重叠情况，应用的前景十分广泛。
目前各大硬盘生产商已经开始了混合硬盘的生产和研发，从市场需求的前景来看，混合硬盘对需要较大容量的便携式系统的存储和提高微型计算机的功能及效率方面，有着普通硬盘难以比较的优势，而与固态硬盘相比，混合硬盘技术的大容量和低廉得多的成本价格也是前者在短期内所难以望其项背的。

三、        混合硬盘技术的应用和现状
1、        存储技术应用的市场现状
目前的民用电子行业，传统的硬盘存储技术在应用了垂直存储技术以后，存储容量又获得了更大的突破，高达750G的庞大容量和低廉的价格，是闪盘存储技术所无法替代的，而闪盘存储并没有因此而裹足不前，不仅容量有极大的突破，而且应用的领域也在不断的扩大，在数码和微电子产品领域，均有上佳表现，其技术也日趋成熟，U3闪存、平板电脑，各种迷你卡类的应用等等，都充分体现了闪存技术的成熟和发展。
2、        存储技术的发展方向
(1)        单位存储密度越来越大。
(2)        硬件体积越来越小。
(3)        功耗越来越小。
(4)        寿命和安全性越来越高。
(5)        存储信息的处理交换传输效率越来越高。

3、        混合硬盘技术的几个方案
3.1        希捷的方案
希捷将于2007年3月推出集成闪存的2.5英寸混和硬盘产品。明年3月将首先推出集成了256MB闪存的产品，而集成了512MB和1GB的混合硬盘将陆续在2007年下半年推出。

希捷混合硬盘明年3月上市
　　这种集成NAND闪存的混合型硬盘可以大大缩短系统启动的时间，启动速度有望增加20%以上。而且由于集成的闪存有小减少了磁头旋转速度，因此耗电量最高可降低50%。明年3月推出的第一款产品名称为Momentus 5400 PSD，转速5400RPM，容量40-160GB，接口为SATA 3.0Gbps，缓存8MB，同时集成256MB NAND闪存芯片。在今年秋季的IDF大会上，希捷就曾经宣布明年会有PSD系列命名的新型号混合硬盘上市。PSD是Power Saving Disk的缩写，意为“节能硬盘”。
3.2        三星的方案
三星公司在西雅图WinHEC展会上展示了有128MB和256MB嵌入式闪存的驱动器，随后又发布了带4GB闪存的驱动器。
3.3        INTEL的方案
Robson技术方案，通过安装在电脑系统上的闪存来取得与混合硬盘相同的效果。Robson优势是能与现有任何硬盘配合使用，但需要新的接口卡。
根据报道，INTEL可能会向OEM厂商提供可以自行安装在主板上的Robson模块，256M的售价约在20美元左右，还有512M，1G，2G等可供选择。

4、        软件支持
　　电脑启动或休眠恢复时从闪存读取数据的技术是由微软开发的，微软新操作系统Vista内置了对这项新技术的支持。它消除了许多电脑用户熟知的启动缓慢问题，即启动时电脑需要在硬盘上寻找和上载文件。如果从闪存中读取数据，系统可以即刻启动，希望借此达到快速开机（Instant-On）及更少的电源消耗的目标。

四、        混合硬盘技术在存储技术发展中的地位和趋势分析
1、        存储技术和存储硬件的发展回顾
最早的硬盘可算是1956年9月，IBM的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），它的磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，这套系统的总容量只有5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，它们被叠起来固定在一起，绕着同一个轴旋转。此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内。普通用户是不可能用到得，当然当时的电脑也不多，还没有所谓的PC（Personal Computer）。

由于RAMAC庞大的体积及低效的性能，使用或者制造都非常不便，因此在1968年IBM公司又提出了“温彻斯特/Winchester”技术，探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。“温彻斯特”技术的精隋是：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也是现代绝大多数硬盘的原型。在此项温氏技术提出后的5年，即1973年，IBM公司制造出了第一台采用“温彻期特”技术的硬盘，从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础，现在大家所用的硬盘大多是此技术的延伸。
    1956年9月 著名的IBM的公司的一个工程小组将世界上首个“硬盘”展示给了大家，它并不是我们现在所说的完整意义上的硬盘，它仅仅是一个磁盘储存系统，现在来看较为落后的机械组件，庞大的占地面积，不由让人胆寒。他的名字叫做IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）。

    我们可以看到图中左边的那个机轨，中间的一个圆柱体容器，就是我们现在硬盘盘片的雏形。 他的磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，大家别看他个子比较大，以为容量就吓人，其实他不过才有5M的空间。

      一共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，并且堆叠在一起，通过一个传动轴承是他可以顺利的工作（真想看看那个时候的电机有多大。）盘片由一台电动机带动，只有一个磁头，磁头上下前后运动寻找要读写的磁道。盘片上每平方英寸的数据密度只有2000bit，数据处理能力为1.1KB/s。
    此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内，推出之后便让人大为震惊，不光是因为他的技术理念，因为有了他才有了后来的温彻斯特，还有他的价格，当时推出的售价是35，000美元，平均每M要有7000美元的成本。就是由此开始硬盘的发展之路。下面就让我们一起来回顾一下“太古”时期的硬盘吧。
IBM WD12的容量只有10 MB，盘片尺寸为5.25英寸。由于缺乏更详细的资料，其出生年月不祥。性能参数也不得而知，不过从其砖头般大小的身躯来看，应该属于80年代末到90年代初的产品。

     
    从硬盘电路板密集的电子元件（这是由于芯片的集成度不高而导致的）我们能看出，当时的制造工艺和现在相比简直就是一个地上一个天上。
    Tandon，一个在中国鲜为人知的硬盘品牌，由于它很早就被西部数据收购，因此其生产的硬盘对于80出生读者们，恐怕是难得一见了。

    这款硬盘的型号为TM502，容量为10MB，盘片尺寸为5.25英寸。
    Seagate的中文名为希捷，是大家熟悉的硬盘生产商之一，同时也是推动硬盘技术更新的生产商之一。

    ST-412是希捷推出的第二块5.25英寸硬盘，容量为10MB。第一款是1980年6月推出的ST-506，容量只有5MB。而ST-412是1982年推出的。
    日本品牌的硬盘也许许多朋友都别熟悉，从名气上来说，日本硬盘在中国并不大，这也是日本硬盘近年来很少推出针对桌面市场的硬盘所导致的。事实上，日本硬盘也已经有很久的历史了。

    NEC退出桌面硬盘市场争夺已经很多年了，这款D5124也是上世纪80年代初的产品了，容量为10M，盘片尺寸为5.25英寸。
Miniscribe成立于1980年，那一年5.25寸硬盘问世，Miniscribe由于掌握了5.25英寸硬盘的关键技术，因此在80年代有着不错的成绩。然而由于其对3.5寸硬盘技术的抵制，使其失去了以往的硬盘市场，因此在1990年4月宣布破产，并于1991年被当时的迈拓所收购。

Microscience HH1050
    虽然Microscience的底细不明，但他这款硬盘的出生时间却有据可查。从该硬盘的图片中我们能发现该硬盘的出场日期为1990年。该硬盘的 型号为HH1050，容量为44MB，盘片尺寸为5.25英寸。
    在80年代末的微机中，下面这块Seagate ST225 20MB的5英寸硬盘使用率较高，电脑骨灰级的人物对这块硬盘应该似曾相识。

Seagate ST225
    该硬盘转速为3600转/分，接口类型为ST412，单碟容量10MB，盘片数2张，4个磁头，记录密度（BPI）9827，磁道密度（TPI）588，道与道时间（ms）23，内部传输速率（Mb/s）5，盘片尺寸5.25英寸，生产日期为1988年。
      看了好几款几十兆容量的硬盘，下面这款就是突破了100兆容量希捷ST2383E。

希捷ST2383E 338MB容量
    该硬盘转速为3600转/分，拥有了32kb缓存，容量为338MB。这样的容量在DOS时代可称得上“海量”了。
   Quantum的辉煌我想凡是玩儿电脑有5年以上，应该都会有所体会。上世纪90年代，几乎就是昆腾的天下，他的硬盘质量过关，性能稳定，技术更新快，是当时最成功的硬盘厂商之一。然而，由于决策失误，以及对3.5寸硬盘的排斥，使其丧失了市场先机，从而走向了末路。

Quantum Bigfoot 大脚硬盘（2GB）
    而这款容量为2G的Quantum Bigfoot 大脚硬盘，应该算得上是昆腾硬盘中的经典产品，同时也是昆腾征战市场主力军。该硬盘的拥有3600转/分的转速，5.25英寸的盘片。
     TM262可以说是Tandon最早采用3.25英寸盘片的硬盘了。虽然已经步入3.25英寸时代，硬盘体积也进一步缩小，但硬盘容量的却仍然只有20MB。

Tandon TM262， 容量20MB
     从下面这款NEC容量为42MB的D3142硬盘来看，NEC直到90年代初还未退出桌面硬盘市场，因为采用3.25盘片的硬盘到80年代末才出现的，而且容量也不高。


NEC D3142 容量：42 MB
     在昆腾如日中天的上世纪90年代。Maxtor却在艰难度日，但是他却很好的把握住了3.25英寸硬盘的契机，终于在上世纪90年代末期将昆腾远远抛在了自己身后，造就了迈拓现在的辉煌。下面这款硬盘就是Maxtor 40MB容量的 8051A。

Maxtor 8051A反面

Maxtor 8051A电路板
     从图中的电路板中我们明显感到，3.25英寸硬盘电路板中的芯片集成度已经有了长足的进步。这款迈拓8051A事实上是被其收购的Miniscribe生产的，推算它的生产日期应该在1991年之后了。该硬盘具备40MB容量，32KB缓存，以及28ms平均存取时间。
    KALOK，又一个小编以前未曾听过的硬盘品牌，而现在市场上也早已没有KALOL这个品牌了，因此也难觅其相关资料。下面这KALOK硬盘型号为KL320，容量20MB。

KALOK KL320 容量：20MB
     不过从仅有一点点资料中我们还是知道了它的容量为20MB，应该是较早一批3.25英寸硬盘了，产于1990年。

KYOCERA KC-20A 容量：20MB
KYOCERA KC-20A 具备20MB容量，相信也是最早一批3.25寸硬盘之一。
     同时代的Seagate在3.25英寸硬盘领域，已经取得了非常好的成绩，只可惜其把重点只放在服务器等高端市场，在个人消费市场作为不大。下面这款硬盘就是Seagate 84MB容量的ST352A硬盘，在其发布之初，仍然算得上是“海量”硬盘。

Seagate 3.25英寸硬盘：ST352A
     CONNER恐怕也是一个另大多数读者陌生的硬盘品牌，由于其很早就遭到了被收购的命运，因此其在国内并没有什么影响。

    富士通是一个在上世纪90年代很有实力的桌面硬盘生产商。但随着市场竞争的激烈，富士通硬盘逐渐有些招架不住，于是在几年前已经退出了桌面硬盘市场的争夺。

富士通M2614ET电路板及反面
     182MB的富士通M2614E0T是当时富士通硬盘在桌面市场的主力军。其拥有较小的体积和让人满意的速度。
      IBM在硬盘领域的龙头地位在进入2000年以前，是没有人能够撼动的。

IBM 0663-H12 容量：1004 MB，采用SCIS接口
     唯一能够对其构成威胁的就是IBM自己。上图这个是IBM在硬盘存储容量刚刚突破1GB时的0663-H12 SCSI硬盘，主要应用在高端服务器上。
    想象一下14英寸的硬盘该有多大，至少比砖头要大吧，大家看看下图就应该明白了。

  NEC制造的14寸硬盘DKU800，3620转，2.7GB的容量
    象个发动机一样，和我们现在用的硬盘简直没法比，而且形状也相差太远，第一眼看它，肯定不会以为是硬盘了，更像一个鼓风机，而容量却只有2.7GB。

富士通制造的10.5寸硬盘，3600转，446MB的容量，81年的产品

NEC制造的8寸硬盘，3000转，400MB的容量，82年出品

富士通的8寸硬盘，3600转，2.8GB的容量，92年出品

日立的6.5寸硬盘，4200转，2.92GB的容量，93年出品
    这些大块头硬盘其实都是90年代初应用在大型机和高端服务器上的硬盘，一般老百姓是看不到的。想想现在的硬盘只要1个最便宜的40GB硬盘都能顶它10几个大块头硬盘，直让人感慨科技发展的速度是如何的迅猛。
        硬盘存储器从诞生至今半个世纪的发展，容量增加了50万倍，同时也伴随着硬件体积德急剧缩小和功耗的降低，这是毋庸置疑的，但是我们也要看到，硬盘在存储速度，数据交换效率等方面的进步，明显的落后于其他电脑硬件，正在日益成为阻碍电脑和相关产品性能和使用效能的瓶颈。混合硬盘的重点，正是是放在了性能的提升上。
2、        闪速存储技术的发展方向和趋势
存储器的发展都具有更大、更小、更低的趋势，这在闪速存储器行业表现得尤为淋漓尽致。随着半导体制造工艺的发展，主流闪速存储器厂家采用0?18μm，甚至0.15μm的制造工艺。借助于先进工艺的优势，Flash Memory的容量可以更大：NOR技术将出现256Mb的器件，NAND和AND技术已经有1Gb的器件；同时芯片的封装尺寸更小：从最初DIP封装，到PSOP、SSOP、TSOP封装，再到BGA封装，Flash Memory已经变得非常纤细小巧；先进的工艺技术也决定了存储器的低电压的特性，从最初12V的编程电压，一步步下降到5V、3.3V、2?7V、1.8V单电压供电。这符合国际上低功耗的潮流，更促进了便携式产品的发展。
另一方面，新技术、新工艺也推动Flash Memory的位成本大幅度下降：采用NOR技术的Intel公司的28F128J3价格为25美元，NAND技术和AND技术的Flash Memory将突破1MB 1美元的价位，使其具有了取代传统磁盘存储器的潜质。
　　世界闪速存储器市场发展十分迅速，其规模接近DRAM市场的1/4，与DRAM和SRAM一起成为存储器市场的三大产品。Flash Memory的迅猛发展归因于资金和技术的投入，高性能低成本的新产品不断涌现，刺激了Flash Memory更广泛的应用，推动了行业的向前发展。
3、        结语
混合硬盘技术的应用和普及，将会在2007年二季度——三季度在民用市场普及，这是硬件发展必然的趋势，预计将定位在中端存储市场，综合现有厂商的市场占有情况和产品线分布，据硬盘厂商预计，今年末会达到30%左右的出货率，公司的经营准备，已经刻不容缓。

不知这是什么新技术，下来慢慢看。