一篇文章告訴你怎么發(fā)揮固態(tài)硬盤最大性能

對(duì)于使用固態(tài)硬盤相信大多數(shù)玩家對(duì)于其性能是否良好沒有一個(gè)客觀上的認(rèn)知，今天就給大家詳細(xì)介紹下如何讓自己的固態(tài)硬盤保持良好的性能狀態(tài)。

從東芝TR200看固態(tài)硬盤滿盤性能與讀取延遲

固態(tài)硬盤的性能與很多因素有關(guān)，其中空間使用情況也會(huì)給固態(tài)硬盤的速度產(chǎn)生影響。

在80%滿盤使用之后，東芝TR200的存取時(shí)間從0.033ms增長(zhǎng)到了0.115ms。存取時(shí)間是以最小存取單位讀寫數(shù)據(jù)的延遲，在AS SSD Benchmark當(dāng)中是以512字節(jié)進(jìn)行測(cè)試的。

問題出在哪里呢？這要從文件系統(tǒng)與固態(tài)硬盤閃存之間的溝通說(shuō)起。

在文件系統(tǒng)與閃存之間，固態(tài)硬盤內(nèi)包含有一個(gè)名為FTL的閃存轉(zhuǎn)換層，負(fù)責(zé)將閃存的每一個(gè)存儲(chǔ)單元解釋為與傳統(tǒng)機(jī)械硬盤相同的扇區(qū)，同時(shí)在文件系統(tǒng)請(qǐng)求執(zhí)行閃存不能支持的覆蓋寫入時(shí)，利用固態(tài)硬盤內(nèi)部的OP預(yù)留空間進(jìn)行輾轉(zhuǎn)騰挪：寫入新數(shù)據(jù)-標(biāo)注舊數(shù)據(jù)無(wú)效-更新映射表將邏輯地址指向新的物理地址。

正是由于FTL的存在，固態(tài)硬盤能夠了解到哪些位置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，哪些位置是空白的。在主機(jī)請(qǐng)求讀取的邏輯地址內(nèi)容為空白時(shí)，固態(tài)硬盤就可以不執(zhí)行實(shí)際的閃存讀取操作，進(jìn)而直接返回零，提升效率。這也就是為何空盤讀取延遲只有滿盤1/5的原因：其中沒有包含閃存實(shí)際讀取。

其實(shí)是所有固態(tài)硬盤都會(huì)出現(xiàn)的正?，F(xiàn)象，只是多數(shù)情況下普通用戶沒有關(guān)注自己運(yùn)行性能測(cè)試時(shí)固態(tài)硬盤的空間使用情況。建議廣大用戶保持SSD的空間占有情況，保持低占有率從而獲得更高的性能。

警惕由HPET設(shè)置引發(fā)的固態(tài)硬盤性能下滑

搜索HPET，得到的很多結(jié)果都與性能優(yōu)化、性能提升有關(guān)。但近兩年有文章指出HPET開啟后會(huì)影響處理器等平臺(tái)的性能，而直接受害者中也包括了固態(tài)硬盤！

HPET又名高精度事件計(jì)時(shí)器，是當(dāng)前電腦主板都默認(rèn)開啟的一項(xiàng)功能。

計(jì)時(shí)器頻率越高理論上計(jì)時(shí)越準(zhǔn)確，但同時(shí)意味著產(chǎn)生更多的CPU中斷次數(shù)。從而導(dǎo)致電腦性能下降，尤其是會(huì)對(duì)固態(tài)硬盤性能產(chǎn)生顯著不利影響，而由于這種故障非常冷門，通常普通用戶很難發(fā)現(xiàn)原因，更有可能認(rèn)為是固態(tài)硬盤出了問題。

延遲的增加意味著數(shù)據(jù)處理速度的放緩，外在表現(xiàn)就是性能降低。此時(shí)SSD自身其實(shí)速度沒有變化，而是電腦整機(jī)利用SSD的能力被弱化了。

其實(shí)當(dāng)前版本的Windows 10系統(tǒng)默認(rèn)情況下并不會(huì)優(yōu)先使用HPET計(jì)時(shí)器，出現(xiàn)HPET問題的大多是由錯(cuò)誤的“優(yōu)化”造成。如果WinTimmer顯示為24Mhz（Intel酷睿）或14Mhz（AMD銳龍），可以在命令提示符（管理員）中輸入bcdedit /deletevalue useplatformclock，回車后重啟電腦即可修復(fù)問題。

東芝TR200在虛擬機(jī)中實(shí)現(xiàn)極致硬盤性能

隨著大眾對(duì)個(gè)人數(shù)據(jù)安全重視性的逐步提高，越來(lái)越多的玩家選擇購(gòu)置NAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器。在虛擬機(jī)中同時(shí)搭建FreeNAS、媒體服務(wù)器、ROS軟路由等應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多能的家庭服務(wù)器應(yīng)用，還可以提高硬件性能利用率。

接下來(lái)就以東芝TR200固態(tài)硬盤和VMware ESXi為例演示如何在虛擬機(jī)中實(shí)現(xiàn)極致硬盤性能。

在VMWare ESXi中SCSI控制器擁有三種工作模式：LSI Logic SAS、LSI Logic Parallel和VMWare Parevirtual（也叫PVSCSI），其中最先進(jìn)的是PVSCSI，即半虛擬化SCSI。

東芝TR200固態(tài)硬盤具備數(shù)據(jù)壓縮能力，使用CrystalDiskMark0-Fill模式檢驗(yàn)PVSCSI模式的理論最大效能。

通過對(duì)比不難看到PVSCSI模式的最大優(yōu)勢(shì)在于單線程QD32隨機(jī)讀寫能夠突破10萬(wàn)IOPS，而8線程*QD8與傳統(tǒng)LSI Logic SAS的效能差異不大，均可達(dá)到10萬(wàn)IOPS。

東芝TR200雖然定位入門級(jí)固態(tài)硬盤產(chǎn)品，但憑借優(yōu)秀的兼容性與穩(wěn)定性依然不失為家用電腦升級(jí)的最佳選擇。64層BiCS3閃存賦予了TR200出色的寫入耐久度水平，依據(jù)型號(hào)的不同，每日建議寫入量最高可達(dá)219GB，為多種形式的復(fù)雜應(yīng)用提供了可能。

固態(tài)硬盤節(jié)能狀態(tài)設(shè)置及優(yōu)化

固態(tài)硬盤的問世給電腦帶來(lái)了更強(qiáng)的存儲(chǔ)性能，但出于節(jié)能環(huán)保以及合理降溫等目的，幾乎所有的固態(tài)硬盤都支持不同類型的節(jié)能特性。這里將介紹東芝固態(tài)硬盤的節(jié)能設(shè)定檢測(cè)與優(yōu)化方法。

SATA接口固態(tài)硬盤：東芝TR200

SATA接口的固態(tài)硬盤支持LPM鏈路節(jié)能特性，分為HIPM與DIPM兩種，前者由主機(jī)端發(fā)起，后者則是固態(tài)硬盤主動(dòng)發(fā)起。SATA LPM節(jié)能分為Paritial和Slumber兩個(gè)級(jí)別，前者是淺度睡眠，恢復(fù)到全速工作的速度較快，后者是深度睡眠，節(jié)能效果更好但恢復(fù)速度較慢。

要啟用SATALPM節(jié)能特性，除了要在主板BIOS中打開主動(dòng)LPM支持之外，還需要安裝英特爾快速存儲(chǔ)技術(shù)驅(qū)動(dòng)。微軟Windows10系統(tǒng)自帶的storahci驅(qū)動(dòng)默認(rèn)只有在節(jié)能模式下才支持DIPM。

M.2接口NVMe固態(tài)硬盤：東芝RC100

使用PCIE通道的NVMe固態(tài)硬盤同樣支持完善的鏈路節(jié)能特性，在硬盤閑置時(shí)降低鏈接速度來(lái)達(dá)到節(jié)能和降溫的雙重作用。

東芝RC100支持L1級(jí)別的ASPM主動(dòng)電源管理功能，退出L0s節(jié)能狀態(tài)只需1-2微秒延遲，退出L1節(jié)能狀態(tài)需要16-32微秒延遲。在30度室溫下，進(jìn)入L1狀態(tài)后的東芝RC100溫度僅有36度。

要在臺(tái)式機(jī)中完整啟用RC100的ASPM閑置狀態(tài)節(jié)能特性，只需在Windows電源選項(xiàng)中修改PCI Express鏈接狀態(tài)電源管理為“最大電源節(jié)省量“，即在鏈接空閑時(shí)嘗試使用L1狀態(tài)。

如果在臺(tái)式機(jī)使用或擁有增強(qiáng)的散熱措施，希望發(fā)揮硬盤最大傳輸效能，或者在開啟節(jié)能特性后出現(xiàn)卡頓等不兼容現(xiàn)象，只需將鏈接狀態(tài)電源管理的設(shè)置更改為“關(guān)閉“即可。

以下知識(shí)可以讓大家更深入的了解固態(tài)硬盤，只有理解了固態(tài)硬盤的運(yùn)動(dòng)機(jī)制才能在使用中因地制宜，配置出更合理，性能更出眾的電腦環(huán)境。

固態(tài)硬盤因何而快？只因閃存是天生的并行處理專家

固態(tài)硬盤為何能夠成為電腦提速神器？這個(gè)問題的答案可以有很多，但多任務(wù)并發(fā)處理能力是其中的一個(gè)關(guān)鍵。

當(dāng)前固態(tài)硬盤普遍采用了多通道與CE交錯(cuò)技術(shù)，通過多個(gè)閃存晶粒協(xié)同工作提升讀寫性能。以東芝TR200為例，它使用了東芝TC58NC1010GSB主控搭配最新一代64層堆疊BiCS閃存。

240GB容量的東芝TR200使用了8顆單Die封裝的BiCS3閃存達(dá)成256GB容量，每顆東芝原廠TC58TFG8T23TA0D閃存顆粒當(dāng)中都封裝有一顆3D閃存晶粒。

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，它的每個(gè)閃存顆粒包含了2個(gè)LUN(Logical Unit Number)，分別對(duì)應(yīng)一個(gè)閃存晶粒。

雖然理論上在同一個(gè)CE信號(hào)之下同一時(shí)間只能執(zhí)行一種操作，但通過MultiLUN交錯(cuò)，可以用分時(shí)傳輸/執(zhí)行的方式讓2個(gè)閃存晶粒執(zhí)行交錯(cuò)讀寫、交錯(cuò)擦除，實(shí)現(xiàn)性能倍增。

下圖是交錯(cuò)寫入的示意圖：A階段LUN0正在執(zhí)行Page編程寫入，而LUN1則處于Ready空閑就緒狀態(tài)，在LUN0的寫入尚未完成之前，主控可以給LUN1下達(dá)其他寫入指令。B階段LUN0和LUN1都正在執(zhí)行寫入操作。C階段針對(duì)LUN0的寫入命令已經(jīng)執(zhí)行完畢，重新恢復(fù)到空閑就緒狀態(tài)，而LUN1還在執(zhí)行寫入命令。D階段LUN0和LUN1都已完成寫入命令，全部進(jìn)入Ready空閑就緒。

除了寫入操作可以交錯(cuò)執(zhí)行之外，Page讀取、Block擦除、Copy-Back等操作也都能執(zhí)行交錯(cuò)，從簡(jiǎn)單的多通道并發(fā)提升到更高的水平，帶動(dòng)固態(tài)硬盤性能再上新臺(tái)階。

為什么突然停電后電腦硬盤數(shù)據(jù)會(huì)丟失？

意外停電或藍(lán)屏強(qiáng)制重啟之后，電腦有可能發(fā)生硬盤數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，這主要是由于硬盤沒有機(jī)會(huì)像正常關(guān)機(jī)那樣完成緩存寫入

固態(tài)硬盤和機(jī)械硬盤一樣具備寫入緩存，寫入緩存使用DRAM內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)，斷電后數(shù)據(jù)無(wú)法保存。

但與機(jī)械硬盤有所不同的是，固態(tài)硬盤緩存中不僅存儲(chǔ)有等待寫入的用戶數(shù)據(jù)，還有閃存映射表、閃存塊管理等元數(shù)據(jù)。所以一場(chǎng)斷電會(huì)給固態(tài)硬盤帶來(lái)更多的風(fēng)險(xiǎn)。

由于FTL映射表管理了固態(tài)硬盤閃存物理地址與外部邏輯地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系，它的丟失會(huì)導(dǎo)致整塊硬盤數(shù)據(jù)無(wú)法讀寫

與FTL映射表?yè)p壞相比，緩存內(nèi)沒來(lái)得及寫入的用戶數(shù)據(jù)丟失更為常見。寫入緩存使用DRAM存儲(chǔ)，意外斷電會(huì)導(dǎo)致其中內(nèi)容的丟失。

Windows維持了定時(shí)緩沖區(qū)刷新設(shè)定，每隔幾秒鐘操作系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出flush指令，要求硬盤將緩存內(nèi)數(shù)據(jù)實(shí)際寫入到盤片（機(jī)械硬盤）或閃存（固態(tài)硬盤）當(dāng)中。Flush指令由系統(tǒng)定時(shí)發(fā)出，當(dāng)然也可以通過微軟提供的sync工具手動(dòng)清空寫入緩存，確保數(shù)據(jù)已經(jīng)安全寫入。

對(duì)于一些重要的、關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)，應(yīng)用軟件可以通過API請(qǐng)求Non-cached寫入，這些寫入將不經(jīng)過寫入緩存區(qū)，直接進(jìn)入到固態(tài)硬盤的閃存中存儲(chǔ)。寫入命令回報(bào)完成時(shí)，數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)際存儲(chǔ)在閃存當(dāng)中，此時(shí)斷電不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。

盡管有很多預(yù)防措施，但要從根本上降低異常斷電的風(fēng)險(xiǎn)，依然要從緩存本身入手。東芝TR200使用了主控內(nèi)置緩存設(shè)計(jì)，將高速的小容量SRAM緩存集成到主控內(nèi)，增強(qiáng)了異常斷電的保護(hù)管理。

在東芝TR200的PCB上僅有主控（內(nèi)置有SRAM緩存）和閃存兩種主要部件，布局簡(jiǎn)單可靠性高，降低了意外停電造成數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

固態(tài)硬盤接口十年演變，M.2 NVMe開啟新時(shí)代

從2008年到2018年，10年時(shí)間里固態(tài)硬盤接口經(jīng)歷了SATA、mSATA、SATA Express、M.2和U.2多次革新。誰(shuí)才是真正的未來(lái)接口？

SATA：家用SSD的起步

最早的家用固態(tài)硬盤使用了SATA接口。SATA發(fā)展至今基本已經(jīng)達(dá)到了帶寬極限：600MBps。已經(jīng)不能滿足當(dāng)前閃存速度的發(fā)展，但是廣泛的適用性和良好的兼容性使得它依然能夠成為當(dāng)前最活躍的固態(tài)硬盤接口之一。

mSATA：首次小型化嘗試

mSATA就是迷你版的SATA接口，主要應(yīng)用在筆記本電腦當(dāng)中，同時(shí)也出現(xiàn)在中高端桌面電腦主板上。速度與SATA接口完全一致，目前已被主流市場(chǎng)所淘汰，但仍有少量廠商出貨以維持舊設(shè)備更新替換所需。

M.2：接口大一統(tǒng)

M.2接口的出現(xiàn)使得固態(tài)硬盤在SATA之后再次出現(xiàn)大一統(tǒng)的趨勢(shì)。M.2有2230、2242、2260、2280、22110多種可變物理規(guī)格，臺(tái)式機(jī)與筆記本通用，是當(dāng)前除SATA外最流行的接口。

作為融合了多種協(xié)議的接口，M.2能夠兼容AHCI協(xié)議和NVMe協(xié)議，后者是專為閃存而生的新型協(xié)議，讀寫延遲更低，速度更快。傳輸協(xié)議與傳輸層布線有關(guān)，理論上一個(gè)M.2插槽既可以使用M.2 SATA協(xié)議的固態(tài)硬盤，也可以使用PCIE傳輸、NVMe協(xié)議的固態(tài)硬盤，但在實(shí)際中的支持情況根據(jù)設(shè)備不同而又有所差異。M.2 SATA兼容性更廣，而M.2 NVMe性能更佳。

SATA協(xié)議M.2固態(tài)硬盤：東芝Q200EX M.2

NVMe協(xié)議M.2固態(tài)硬盤：東芝RC100

東芝最近發(fā)布的RC100固態(tài)硬盤，不僅具備了NVMe協(xié)議的低延遲、高帶寬優(yōu)勢(shì)，還率先應(yīng)用了HostMemoryBuffer主機(jī)內(nèi)存緩沖技術(shù)，能夠配合Windows10操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)共享主機(jī)部分內(nèi)存加速硬盤讀寫效能。

以東芝RC100為代表的M.2 NVMe固態(tài)硬盤，在HMB特性的幫助下，將成為SSD接口固態(tài)硬盤新的理想替代者。

長(zhǎng)久不衰的MLC：重新認(rèn)識(shí)東芝Q200固態(tài)硬盤

當(dāng)前已經(jīng)是64層堆疊3DTLC閃存的時(shí)代，而到今年年底，96層3D TLC乃至于3DQLC閃存就將問世。為何東芝依然保留平面MLC閃存的東芝Q200固態(tài)硬盤呢？

表面上看，作為后起之秀的3DTLC固態(tài)硬盤已經(jīng)足夠優(yōu)秀，無(wú)論是理論性能還是耐久度表現(xiàn)都有了挑戰(zhàn)MLC的實(shí)力。

MLC價(jià)格更貴，跑分也沒有3DTLC高，但這并不意味著MLC已經(jīng)落后。即便是很多人看重的4K隨機(jī)讀寫速度，也并非衡量固態(tài)硬盤使用體驗(yàn)的最佳標(biāo)準(zhǔn)。就日常家用來(lái)說(shuō)，固態(tài)硬盤能夠跑滿全速的機(jī)會(huì)少之又少，決定使用體驗(yàn)的是對(duì)讀寫指令的綜合響應(yīng)速度，而非最大帶寬。

對(duì)于電腦用戶來(lái)說(shuō)，固態(tài)硬盤帶寬越大，能夠同時(shí)完成的讀寫請(qǐng)求相對(duì)就越多，但是家用電腦不是同時(shí)服務(wù)大量用戶的服務(wù)器，硬盤對(duì)程序讀寫指令響應(yīng)的延遲才是真正可感知的速度。

平面MLC閃存在讀寫延遲上依然具備較為明顯的優(yōu)勢(shì)，下面使用PCMark 10的應(yīng)用程序啟動(dòng)測(cè)試來(lái)印證。首先是東芝TR200240G固態(tài)硬盤，3DTLC閃存的表現(xiàn)十分出色。

而采用東芝MLC閃存的Q200EX240G固態(tài)硬盤則比快更快，達(dá)到甚至超越了部分入門級(jí)NVMe固態(tài)硬盤的水平：

作為固態(tài)硬盤中的常青樹，東芝Q200以扎實(shí)的性能表現(xiàn)贏得了千萬(wàn)用戶的信賴，成熟的硬件方案和穩(wěn)健的使用表現(xiàn)都使得它適用于承擔(dān)關(guān)鍵任務(wù)使用的家用和商用電腦當(dāng)中。

當(dāng)然，3D TLC閃存也在不斷進(jìn)步，在更大容量和更低成本上不斷取得進(jìn)步。東芝計(jì)劃在今年底到明年初量產(chǎn)新一代BiCS4閃存，將3D堆疊層數(shù)推高至96層，并計(jì)劃有QLC閃存推出。