SSD性能 - 是一种速度的不可避免吗?

最近的启示录制英特尔公司的消费类固态磁盘(SSD)驱动器遭受碎片化这可能导致重要的性能下降提出了问题:所有SSD是否随着时间的推移而减速?

答案是肯定的 - 每个驱动器制造商都知道它。

问题在于:驾驶性能和寿命是内在联系的,这意味着驾驶制造商努力在惊人的速度和耐力之间找到最佳平衡。由于ssd是市场上的新产品,用户们发现虽然它们在某些方面提供了比硬盘驱动器更好的速度,但问题是它们能提供多少长期的速度。

有一件事你可以肯定的是,你刚买的闪亮新的SSD不太可能在你第一次把它拉出盒子时继续表现。这一重要的是要知道,鉴于SSD在市场上的速度在声称它们更快的情况下,使用速度更快,使用更少的功率并且可以更可靠 - 特别是在笔记本电脑中 - 因为没有移动部件。

它们也比其纺丝磁盘硬盘对手更昂贵。

“一个空的[SSD]驱动器比写入的更好。我们都知道,”Alvin Cox,Co-董事长Alvin Cox说联合电子器件工程委员会该委员会预计今年将发布测量驱动器续航能力的标准。考克斯是希捷的高级工程师,他说高质量的固态硬盘的寿命应该在5到10年之间。

据该协会主席伊登•金(Eden Kim)表示,好消息是,在最初的表现下滑后,ssd往往会趋于平稳固态存储计划消费者SSD市场发展工作队。即使他们在时间上表现出现时间 - 削弱制造商的索赔 - 消费者闪存驱动器仍然比传统的硬盘驱动器更快,因为它们可以每秒执行两到五倍的输入/输出操作(I / O / O / O)他说,一个硬盘。

即将发布的标准和规范

2008年5月,由希捷和美光联合主持的JEDEC小组委员会,举办了第一次会议,以解决仍然新兴的SSD市场的标准发展需求。

JEDEC是致力于在年底前发布驱动器标准或规范的几个小组之一。与总部位于台湾台北的IDEMA(国际磁盘驱动器设备与材料协会)和SSD联盟,存储网络行业协会(SNIA)的固态存储倡议计划在第三季度之前发布性能规范,以便厂商采用并最终在他们的SSD包装上使用。

SNIA的规范将建立标准基准来衡量新驱动器的性能和随着时间的推移而退化,这取决于正在使用的应用程序。

菲尔米尔斯董事长卫生卫生厂卫生卫生组织卫生卫生组织卫生卫生组织董事会主席说,大多数制造商现在用于营销的绩效数字代表了驱动器的“突发率” - 而不是其稳定状态或平均读取率。“所以在禁止外使用的情况下已经存在巨大的差异,”他说。“然后,在突发模式和稳定状态下,制造商之间的性能存在巨大差异。”

因为SSD没有移动部件,当驱动器变坏时 - 他们会偶尔 - 如果用户易于看到的是,在控制器或芯片级别的失败,如果固件错误可能会影响计算机的操作系统的I / O操作。利用这种相对较新的技术,需要打嗝。

例如,一位Computerworld编辑购买了120GB的SSDOCZ技术上个月,发现了仅仅两周后驱动器就失灵了使用。他现在正在使用更换 - 并经常备份数据。

为什么表现下降?

用户通常会注意到一个SSD驱动器最初运行在制造商规定的峰值I/O性能,但很快它就开始下降。这是因为,与硬盘驱动器不同,对SSD的任何写操作都需要两个步骤,而不是一个:擦除后的写。

当SSD是新的时,它内部的NAND闪存已被预先擦除;用户从一个干净的板岩开始,所以说话。但是,随着数据被写入驱动器,控制器中的数据管理算法开始在称为磨损级别的操作中移动该数据周围闪存周围的数据。尽管磨损平整才能延长驱动器的生命,但最终可能会导致性能问题。

SSD性能和耐力是相关的。一般来说,较差的驱动器的性能,寿命越短。这是因为SSD的管理开销是与驱动器的写入和擦除有关的关联。有些写/擦除周期越多,驱动器的寿命越短。消费者级多级单元(MLC)存储器可以维持2,000至10,000个写入周期。企业级单级单元(SLC)内存可以持续10倍的MLC基驱动器的写入周期数。

简要复述两种技术之间的差异:SLC简单地指代一点数据被写入每个闪存单元,而MLC允许两位或更多位写入单元格。MLC驱动器比SLC驱动器昂贵。

制造商温和SSD的闪存将持续多久在几个方面,但所有涉及添加DRAM缓存,所以数据写入缓冲减少写/擦除的循环次数,或使用特殊的固件位于驱动器的处理器或控制器结合为效率。

据鲍勃Merritt称,具有研究公司收敛半导体的分析师,SSD寿命的另一个元素是额外的存储器单元是否可用,如果是的话,有多少。一些制造商过度配置存储,使闪存块磨损时,额外的块可用。例如,可以将驱动器列为提供120GB的存储器,但实际上可以包含140GB的容量。在需要之前,额外的20GB仍未使用。

涉及的性能问题英特尔的消费级X25-M SSD与其磨损调平算法有关。

最基本的是,磨损均衡算法用于更均匀地在闪存中分配数据,这样就不会有哪一部分磨损得比另一部分快,从而延长整个驱动器的寿命。在磨损均衡操作中,SSD的控制器保存了数据从一个部分转移到另一个部分时在驱动器上设置的记录。

“为了实现这一目标,您需要将常用的数据移动到不同的位置,该数据自然地导致某些数据碎片,这取决于所需数据块的大小,”STAT INC.研究公司首席技术策略师Jim McGregor表示

英特尔的X25-M问题

以英特尔为例,PC Perspective的评论员花了几个月测试X25-M SSD使用多个PC和应用程序研究英特尔的高级磨损和写合并算法。结果表明,写入速度从80MB /秒掉落。当驱动器新增30MB /秒时。并且读取速度从250MB /秒降至60MB /秒。对于一些大块写作。“我们发现”使用的“X25-M将始终比”新“更糟糕,而不管任何可能在播放的自适应算法,”PC透视写道。

英特尔表示,驱动器的性能问题与此后的固件中的错误有关升级纠正.PC透视重新测试了驱动器,发现这个问题确实已经被修复了。

有助于SSD性能和耐久性劣化的另一个因素是所有NAND闪存的原产:写入放大。使用NAND闪存,数据在块中放下数据,就像它位于硬盘驱动器上一样。但是,与传统的纺丝盘不同,SSD上的块大小是固定的;即使是一个小型4K块的数据写入也可以占用512k的空间块,具体取决于使用的NAND闪存。当驱动器上的数据的任何部分发生变化时,必须首先标记块以便删除以准备适应新数据。

当使用Windows使用的典型写请求比较NAND块的大小时,有一个不匹配,因为大多数写入都很小。(MAS OS X受此问题的影响较小,因为其写入请求较小。)

每个新写入所需的空间量可能会有所不同,但根据英特尔研究和开发实验室的存储架构的董事,许多消费者SSDS的写放大器是15到20的。这意味着每1MB的数据写入驱动器,实际需要15MB到20MBs的空间。

读写算法问题

例如,SSD控制器中的读取修改写入算法将采用即将写入的块,检索已有的任何数据,标记删除块,重新分发旧数据,然后放下新数据旧块。

格里姆斯鲁德说:“所以你不得不把旧数据重新写回去。”他所在的团队为英特尔的ssd开发了一些核心技术。“就用户想用这些新数据做什么而言,这些都算不上进步。这些都是头顶上的。这就是NAND[内存]管理问题的症结所在——管理它涉及到的所有粒度。

“这是所有基于NAND的SSDS的一般问题,这些是必须努力努力的问题,这只是制造商如何抓住它的问题,”格里姆斯鲁德补充道。

由于写入数量有限并擦除SSD可以维持,制造商试图减少写入放大并减少开销。一些使用算法,即组合给更有效地使用NAND闪存空间;其他人使用缓存来存储写入,以便更有效地放下它们。但是,由于每个制造商都认为技术专有,所用技术的细节很难通过。

英特尔通过Controll Firmware解决了写入放大,这些控制器固件组合了写入以减少存储数据所需的容量量。英特尔指出,其写入放大为低1.1,意味着每1MB写入SSD的数据,实际使用1.1MB的容量。另一个制造商,三星,PEG为其SSD的“佩戴加速度指数”为1.03,写入3%的平均开销。

许多SSD制造商还在其营销材料上使用(或之前)失败(MBTF)之间的平均时间,给出了可能或可能不准确的硬盘驱动器的度量标准。所有等于的东西,驱动器的MTBF都取决于如何使用驱动器。英特尔X25-M的MTBF是120万小时,与平均消费者硬盘驱动器相同。要另一种方式,英特尔预测其X25-M将持续五年 - 假设每天100GB或更多的写入擦除操作。

很大程度上取决于SSD使用的是MLC还是SLC技术。英特尔的X25-E 64GB SSD的SLC版本可以处理多达2拍字节的随机写操作。相比之下,基于mlc的X25-M在其生命周期内只能处理15TB的随机写操作。英特尔表示,用户应该把它想象成一辆汽车。

英特尔的一位女发言人说:“如果一辆车能跑1万英里,另一辆能跑10万英里,它能坚持多久?”“(这)真的取决于(它)被使用了多少。这就是为什么生命周期是基于持续的随机写的数量。一般来说……, SLC持续时间更长,但预期寿命的持续时间取决于用户的使用模式和磨损程度。”

错误也可能导致放缓

虽然它受到高度重视,但英特尔的X25-M SSD有一个固件错误,调整了随机和顺序写入的优先级,导致大幅下降吞吐量的主要碎片问题。这个问题最初被发现PC透视经过两个月的测试。这些测试表明,写入速度从80MB /秒降落。到30MB /秒。随着时间的推移,读取速度从250mb / sec下降。到60MB /秒。对于一些大块写作。

“我想,如果你在许多ssd上运行相同的测试,大多数都有类似的问题……SSD设备供应商STEC公司负责市场和业务发展的副总裁Pat Wilkinson说。

McGregor说,用于磨损均衡的算法很复杂,而且还处于起步阶段,所以虽然它们可能会随着时间的推移而改善,但驾驶员制造商无法完全消除碎片化现象。

虽然英特尔承认所有SSD都会由于显着的碎片而遭受降低的性能,但重现PC透视所需的写水量的类型不太可能对日常用户不太可能运行Windows和Apple的Mac OS X.偶数因此,它仍然将固件升级升级到慢碎片。

“现在的8820固件现在提供随机和顺序写入,以确保碎片不会以低于预期的性能状态将驱动器置于,”英特尔表示。

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