杨 昕，朱盛文

（1.中国民用航空华北地区空中交通管理局气象中心，北京 100621；2.中国民用航空呼伦贝尔空中交通管理站，呼伦贝尔 021008）

1 引言

在航空气象领域，实时气象数据、预报气象数据、以及数值预报计算数据量每年都以几何倍数增长。如何进行高效和安全的存储成为研究的新课题。随着科技的发展，由固态电子存储芯片阵列制成的固态硬盘逐渐兴起。目前已被广泛应用于军事、航天、导航、医疗等领域。其高速读写的特性，以及在固态硬盘组成盘阵后的极大优势，适合在航空气象领域应用。

2 固态硬盘介绍

固态硬盘，是由固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，其硬件组成还包含控制单元和存储单元。固态硬盘在使用上与普通硬盘没有任何区别。并且固态硬盘在外形和尺寸上也与普通硬盘完全相同。目前常见的固态硬盘主要分为两种，一种存储介质是闪存芯片的固态硬盘，另外一种存储介质是动态随机存取存储器的固态硬盘。

存储介质是闪存芯片的固态硬盘，主要采用闪存芯片作为存储介质，也被称为SSD（Solid State Disk）。目前市面上这一类固态硬盘比较普遍，常用作于笔记本硬盘、存储卡、U盘等。这种SSD的固态硬盘最大的特点是在读写时移动不会损坏其中存储的数据，并且断电对其影响也十分小，其适应环境非常广泛。一般擦写次数在5000次以上，以目前常用的120G容量固态硬盘为例，在正常的写入情况下，可擦写的总数据量为120G *5000=600000G。假如每天的总数据量在100G的情况下，可用总天数为600000/100=6000天，相当于 6000/365=16 年。假如每天的总数据量不足10G，就拿10G来算，可以不间断用160年，再如果用的是480G的固态硬盘话，可以不间断的用上600年！

存储介质是动态随机存取存储器的固态硬盘，主要采用动态随机存取存储器DRAM（Dynamic Random Access Memory）作为存储介质，目前应用领域比较少。它的工作机制类似于普通的机械硬盘，能够应用于绝大多数的主流操作系统，并且提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。其基于动态随机存取存储器能够提供高性能存储，并且使用寿命很长，唯一不足的是需要独立的电源进行供电来维护硬盘上的数据安全。

3 固态硬盘的优缺点

3.1 固态硬盘的优点

读写速度快：固态硬盘采用闪存芯片作为存储介质，其读写速度比机械硬盘快很多。由于固态硬盘在读写时不需要寻道，其持续写入的速度非常迅速。目前市面上固态硬盘大多支持持续写入速度超过500M每秒。固态硬盘的快速，不仅仅是体现在持续写入上，其随机读入速度快同样是固态硬盘的优势。在绝大部分的日常操作中随机读入的速度也是十分重要的衡量标准。在读取时间上，目前市面上常见的机械硬盘的读取时间平均为十毫秒左右，而固态硬盘可以达到十分之一毫秒甚至更短的时间。

防震抗摔性强：一般机械硬盘都是利用磁道存储，数据储存在磁道中，须要靠机械磁针进行读写。而SSD类固态硬盘是使用闪存芯片进行存储，其硬盘构造不存在任何的机械部件。

如果在使用中出现移动或碰撞等情况，机械硬盘的磁针很可能会划伤磁道，造成数据损坏，而固态硬盘则不会。

低功耗：根据目前市面上机械硬盘和固态硬盘的标称功耗，以及日常应用和实验表明，固态硬盘在使用中的功耗要低于机械硬盘。同时SSD类固态硬盘在使用中发热量较低。

无噪音：一般机械硬盘都会有机械转动，在工作时会发出声响，由于固态硬盘没有任何机械部件，其使用中的噪音可以认定为零。

环境温度适应强：目前机械硬盘只能在0摄氏度到60摄氏度范围内工作。而大多数固态硬盘可在零下10摄氏度至零上70摄氏度范围内工作。其芯片部分的工作温度范围很宽可达零下40摄氏度至零上80摄氏度。

轻便：固态硬盘相比机械硬盘在重量方面更轻便。固态硬盘与笔记本电脑机械硬盘相比，重量轻10克至30克，相比普通机械硬盘则更轻。

3.2 固态硬盘的缺点

寿命受限制：固态硬盘闪存芯片的擦写有次数限制问题。闪存芯片完整擦写一次叫做1次P/E，其寿命可以以P/E作单位。34纳米的闪存芯片能够达到5000次P/E，而25纳米的闪存芯片能够达到3000次P/E。随着闪存芯片读写技术的进步，固态硬盘芯片能够减少不必要写入量。以240G的固态硬盘为例，要写入240G的数据才算做一次P/E。普通用户正常使用，即使每天写入50G，平均5天完成一次P/E，3000个P/E能用40年。虽然固态硬盘的每个扇区可以重复擦写数十万次，但某些应用如操作系统的日志记录等，可能会集中对某一扇区进行多次反复读写，而这种情况下，固态硬盘的实际寿命可能会有所减少。

成本较高：目前一块普通的240G固态硬盘价格可以购买一块普通的2T机械硬盘，相比较固态硬盘的价格还是十分昂贵的。

4 固态硬盘盘阵的优势

固态硬盘组盘阵能够极大发挥其读写速度的优势。分别以两块“影驰铁甲战将240GB”组成RAID0盘阵读写速度测试，和其中单一块盘的读写速度测试作对比。从对比结果来看两块同样的固态硬盘，当组成RAID0盘阵时，其读写速度是一块固态硬盘的两倍。可以大胆的推测两块固态硬盘组成RAID1盘阵时，其读写速度和一块固态硬盘相当。已20块固态硬盘组成RAID1盘阵时，其读写速度是一块固态硬盘的10倍，约5GB/s，这个速度还是相当可观的。

针对于目前气象数据量大的特点，对于硬盘盘阵的读写速度要求很高，而且写入后可以避免多次重复的擦除，很好的避开了固态硬盘擦写寿命短的缺点。使固态硬盘盘阵的优势得到了极大的发挥。

5 展望未来

在如今飞速发展的航空气象领域，实时气象数据、预报气象数据、以及数值预报计算数据量都以几何倍数增长。采用固态硬盘盘阵，提高数据吞吐量，提升计算以及预报效率，具有举足轻重的重要意义。虽然固态硬盘具有寿命短、成本高的缺点，但是随着未来科学技术的发展，这些终将会解决，而其读写速度快、防摔抗震、适应性强等特点将会得到更好的发挥。