一篇文章告訴你怎么發(fā)揮固態(tài)硬盤最大性能

對于使用固態(tài)硬盤相信大多數(shù)玩家對于其性能是否良好沒有一個客觀上的認知，今天就給大家詳細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的存取時間從0.033ms增長到了0.115ms。存取時間是以最小存取單位讀寫數(shù)據(jù)的延遲，在AS SSD Benchmark當中是以512字節(jié)進行測試的。

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起。

在文件系統(tǒng)與閃存之間，固態(tài)硬盤內(nèi)包含有一個名為FTL的閃存轉(zhuǎn)換層，負責將閃存的每一個存儲單元解釋為與傳統(tǒng)機械硬盤相同的扇區(qū)，同時在文件系統(tǒng)請求執(zhí)行閃存不能支持的覆蓋寫入時，利用固態(tài)硬盤內(nèi)部的OP預(yù)留空間進行輾轉(zhuǎn)騰挪：寫入新數(shù)據(jù)-標注舊數(shù)據(jù)無效-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，哪些位置是空白的。在主機請求讀取的邏輯地址內(nèi)容為空白時，固態(tài)硬盤就可以不執(zhí)行實際的閃存讀取操作，進而直接返回零，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際讀取。

其實是所有固態(tài)硬盤都會出現(xiàn)的正?，F(xiàn)象，只是多數(shù)情況下普通用戶沒有關(guān)注自己運行性能測試時固態(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開啟后會影響處理器等平臺的性能，而直接受害者中也包括了固態(tài)硬盤！

HPET又名高精度事件計時器，是當前電腦主板都默認開啟的一項功能。

計時器頻率越高理論上計時越準確，但同時意味著產(chǎn)生更多的CPU中斷次數(shù)。從而導致電腦性能下降，尤其是會對固態(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SSD自身其實速度沒有變化，而是電腦整機利用SSD的能力被弱化了。

其實當前版本的Windows 10系統(tǒng)默認情況下并不會優(yōu)先使用HPET計時器，出現(xiàn)HPET問題的大多是由錯誤的“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問題。

東芝TR200在虛擬機中實現(xiàn)極致硬盤性能

隨著大眾對個人數(shù)據(jù)安全重視性的逐步提高，越來越多的玩家選擇購置NAS網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器。在虛擬機中同時搭建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。

接下來就以東芝TR200固態(tài)硬盤和VMware ESXi為例演示如何在虛擬機中實現(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PVSCSI模式的理論最大效能。

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

東芝TR200雖然定位入門級固態(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)型號的不同，每日建議寫入量最高可達219GB，為多種形式的復雜應(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了更強的存儲性能，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，前者由主機端發(fā)起，后者則是固態(tài)硬盤主動發(fā)起。SATA LPM節(jié)能分為Paritial和Slumber兩個級別，前者是淺度睡眠，恢復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LPM支持之外，還需要安裝英特爾快速存儲技術(shù)驅(qū)動。微軟Windows10系統(tǒng)自帶的storahci驅(qū)動默認只有在節(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，在硬盤閑置時降低鏈接速度來達到節(jié)能和降溫的雙重作用。

東芝RC100支持L1級別的ASPM主動電源管理功能，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，進入L1狀態(tài)后的東芝RC100溫度僅有36度。

要在臺式機中完整啟用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“，即在鏈接空閑時嘗試使用L1狀態(tài)。

如果在臺式機使用或擁有增強的散熱措施，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)硬盤的運動機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關(guān)鍵。

當前固態(tài)硬盤普遍采用了多通道與CE交錯技術(shù)，通過多個閃存晶粒協(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閃存達成256GB容量，每顆東芝原廠TC58TFG8T23TA0D閃存顆粒當中都封裝有一顆3D閃存晶粒。

從結(jié)構(gòu)上來看，它的每個閃存顆粒包含了2個LUN(Logical Unit Number)，分別對應(yīng)一個閃存晶粒。

雖然理論上在同一個CE信號之下同一時間只能執(zhí)行一種操作，但通過MultiLUN交錯，可以用分時傳輸/執(zhí)行的方式讓2個閃存晶粒執(zhí)行交錯讀寫、交錯擦除，實現(xiàn)性能倍增。

下圖是交錯寫入的示意圖：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LUN0的寫入命令已經(jīng)執(zhí)行完畢，重新恢復到空閑就緒狀態(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，全部進入Ready空閑就緒。

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

為什么突然停電后電腦硬盤數(shù)據(jù)會丟失？

意外停電或藍屏強制重啟之后，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會像正常關(guān)機那樣完成緩存寫入

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

但與機械硬盤有所不同的是，固態(tài)硬盤緩存中不僅存儲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)。所以一場斷電會給固態(tài)硬盤帶來更多的風險。

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應(yīng)關(guān)系，它的丟失會導致整塊硬盤數(shù)據(jù)無法讀寫

與FTL映射表損壞相比，緩存內(nèi)沒來得及寫入的用戶數(shù)據(jù)丟失更為常見。寫入緩存使用DRAM存儲，意外斷電會導致其中內(nèi)容的丟失。

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

對于一些重要的、關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)，應(yīng)用軟件可以通過API請求Non-cached寫入，這些寫入將不經(jīng)過寫入緩存區(qū)，直接進入到固態(tài)硬盤的閃存中存儲。寫入命令回報完成時，數(shù)據(jù)已經(jīng)實際存儲在閃存當中，此時斷電不會發(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險，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，將高速的小容量SRAM緩存集成到主控內(nèi)，增強了異常斷電的保護管理。

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，布局簡單可靠性高，降低了意外停電造成數(shù)據(jù)丟失的風險。

固態(tài)硬盤接口十年演變，M.2 NVMe開啟新時代

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

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)達到了帶寬極限：600MBps。已經(jīng)不能滿足當前閃存速度的發(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)用在筆記本電腦當中，同時也出現(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。M.2有2230、2242、2260、2280、22110多種可變物理規(guī)格，臺式機與筆記本通用，是當前除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，還率先應(yīng)用了HostMemoryBuffer主機內(nèi)存緩沖技術(shù)，能夠配合Windows10操作系統(tǒng)，實現(xiàn)共享主機部分內(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。

長久不衰的MLC：重新認識東芝Q200固態(tài)硬盤

當前已經(jīng)是64層堆疊3DTLC閃存的時代，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，無論是理論性能還是耐久度表現(xiàn)都有了挑戰(zhàn)MLC的實力。

MLC價格更貴，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隨機讀寫速度，也并非衡量固態(tài)硬盤使用體驗的最佳標準。就日常家用來說，固態(tài)硬盤能夠跑滿全速的機會少之又少，決定使用體驗的是對讀寫指令的綜合響應(yīng)速度，而非最大帶寬。

對于電腦用戶來說，固態(tài)硬盤帶寬越大，能夠同時完成的讀寫請求相對就越多，但是家用電腦不是同時服務(wù)大量用戶的服務(wù)器，硬盤對程序讀寫指令響應(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，下面使用PCMark 10的應(yīng)用程序啟動測試來印證。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，達到甚至超越了部分入門級NVMe固態(tài)硬盤的水平：

作為固態(tài)硬盤中的常青樹，東芝Q200以扎實的性能表現(xiàn)贏得了千萬用戶的信賴，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關(guān)鍵任務(wù)使用的家用和商用電腦當中。

當然，3D TLC閃存也在不斷進步，在更大容量和更低成本上不斷取得進步。東芝計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，并計劃有QLC閃存推出。