固态硬盘缓外写入到底是个啥?

2021年09月13日 13:49 次阅读 稿源:中关村在线 条评论

每当提及固态硬盘性能问题,总会出现以下一些名词,顺序读写、4K随机、缓外性能等等口径,其中争议颇大可能便是缓外性能了,更是鉴于不久前的西数SN550缓外性能一事,将原本较为深层硬核的SLC缓存技术,直接推到了风口浪尖。那么SLC缓存技术到底是什么?所谓缓外缓内速度到底有何差异?缓外性能对于用户而言,又有多大的意义?

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今天,新一期的装机不求人,就一起聊聊固态硬盘的缓外写入。

既然有缓外写入,自然便会有缓内写入。想要理解缓内缓外,我们需要从固态硬盘内部结构和发展逻辑聊起。所谓“缓”,指的便是固态硬盘内部的人为设计的高速缓存空间,也就是slc缓存区,至于为何要设置这一区域,实际上是一种性能和价格的妥协。

我们知道固态硬盘的核心架构便是闪存颗粒,根据闪存颗粒内部单位电荷数组成的不同,分为SLC、MLC、TLC、QLC以及即将问世的PLC,因其内部分别排列有单颗,双颗,三颗,四颗乃至五颗电荷数,有所区分。根据电磁学基本原理,颗粒内部电荷数越少,信号传输性能,抗干扰能力便越强,同时在制造成本上也越高,成反比。


闪存架构图

于是早期采用SLC颗粒的固态硬盘,基本卖到了天价,无法实现量产和普及;因而内置更多电荷数的MLC/TLC/QLC固态硬盘便成为了市场主流,可这个时候出现了新问题,随着电荷数增加,普及的提速,早期固态硬盘的写入性能却持续下降,相较于常规HDD的优势不复存在。


图源于互联网

为了解决这个问题,业界引入了SLC缓存技术,该技术是通过主控机制和固件,在闪存颗粒内部划分独立的空间,模拟SLC颗粒工作模式,在一定空间和时间内部发挥堪比SLC颗粒的写入性能,基于独立空间即OP空间消耗完毕前后的速度不同,便有了缓内写入,缓外写入。

虽说当下主流固态硬盘基本都采用了SLC缓存技术,并存在缓内外性能较大的写入差异,但从实际体验和应用场景而言,缓外性能对于大多数用户是没有太大意义的。

其背后主要是源于缓外性能出现的场景和用户实际应用场景,不匹配不重合,或者更加直白一点,普通用户很难消耗完缓内空间,而进入缓外空间,迫使固态硬盘启动缓外性能。

这一点上,我们需要从固态硬盘工作机制聊起,常规应用场景下,例如游戏、办公,甚至于严苛一些的内容创作,后期剪辑等存储模型下,更加考验固态硬盘在4K随机性能上的表现,这些存储模型的突出特点便是细碎,高频,随机性较大,比较考验主控调配,闪存的响应,在负载、顺序性能方面需求较小。

消费级应用场景很难让SSD进入稳定态

即使在顺序性能方面需要较大的,诸如素材的拷贝,游戏、电影文件的备份和装载等任务中,固态硬盘内置的GC和Trim机制的双重作用下,性能也会始终维持在一个较为稳定的性能,虽然也会出现一定时间的降低,可随着该机制的不断作用,性能又会逐渐回归到正常性能,直至任务结束,除非出现极为夸张和不正常的全盘写入,或是短时间内的多次写入,强行让固态硬盘进入稳定态,展现缓外性能,否则在正常应用场景中,几乎很难触达固态硬盘的稳定态。

既然缓内外性能没啥实际意义,我们是不是可以直接忽略或放弃呢?

其实,也不能如此武断,SLC缓存技术的存在,在极大程度上解决了性能和成本的突出矛盾,并随着该技术的发展和进步,现阶段的SLC缓存近乎能够,提供日常生活的绝大多数应用性能的需求。

同时在主控内置GC和Trim机制的全面协助下,SLC缓存技术更是衍生出了全盘缓存,自定义OP空间等各种分支,可以让用户根据需求,自由定义固态硬盘性能和容量的取舍,毫不夸张的说,SLC缓存技术是推动固态硬盘普及的最为重要的一步之一。

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