不難看出現實生活中的性能數據與數據表中的數據有何不同。但這是什么原因？這些性能變化如何發生以及如何正確解釋SSD性能數據。

隨著存儲容量的不斷增加，傳輸速度必須以類似的方式增加。比起傳統HDD，SATA SSD提供極大的改進，最新的PCI Express SSD更進一步提升此性能。性能是固態硬盤之間的關鍵區別。當每個制造商發布具有MB / s和IOPS指示的數據表時，將兩個設備相互比較似乎相當容易，但這根本遠離現實。數據表通常對新開箱即用的性能數據提供深入了解，但重要的是能夠清除不切實際的性能數據并解釋它們的實際情況。

順序讀寫性能以MB/s表示。順序操作以連續方式訪問存儲設備上的位置并且通常與大數據傳輸大小（例如128kB或更大）相關聯，而隨機操作以非連續方式訪問存儲設備上的位置并且通常與小數據相關聯傳輸大小（例如4kB）。隨機讀寫操作的性能在每秒輸入/輸出操作數（IOPS）中說明。最新固態硬盤的數據表可輕松獲得3000 MB/s的順序寫入性能和200,000 IOPS以及更多的隨機寫入性能。

最佳和最差案例表現之間的差異有多大？

可以預期連續達到這些數值。為了驗證我們自己的閃存控制器并將其與競爭對手進行比較，我們在實驗室中對它們進行了嚴格的測試。我們的標準測試包括CrystalDiskMark性能測試，以測試最初所謂的“開箱即用”的性能。接下來是IOmeter產生的72小時連續隨機寫入工作負載。在此之后，再次進行CrystalDiskMark性能測試以評估“穩態”性能，即最差情況下的性能。或許在最佳案例和最差案例表現之間確實存在差異并沒有出人意外，可是兩者之間的差異程度是相當大。更令人驚訝的是，IOmeter測試中的性能極短的時間內會惡化。在對幾十個固態硬盤進行測試后，我們可以得出結論，絕大多數硬盤幾乎無法在100秒內保持其廣告性能 - 即一分半鐘。所有測試中性能均顯著下降。圖1顯示我們的一個測試中IOPS超過測試時間的示例性進展。首先要注意的是，驅動器的廣告宣傳“高達84k IOPS”，第一次測量顯示接近26k IOPS大約50秒。在這段時間之后，性能直線下降至不超過1k。經過15分鐘的測試時間后，性能開始在接下來的71小時內以1.8k IOPS的值振蕩。

圖1：驅動器上的連續隨機寫入工作負載以及IOPS中的相應性能

如此嚴重的性能下降背后的原因是什么？

導致固態硬盤性能下降的原因有很多。閃存控制器在后臺持續執行任務：垃圾收集，耗損均衡，動態數據刷新，RAID數據計算和校準。在短暫的讀取和寫入訪問期間，控制器能夠將其隱藏不被用戶發現。由于大多數基準測試通常只運行幾秒鐘，因此它們不會隨著時間的推移而捕獲性能下降。

在我們看到之前測試中性能如何快速下降之后，我們現在將研究性能在SSD的使用壽命期間如何變化。為了測量這一點，我們按順序將數據寫入SSD直到寫滿為止并回讀所有數據，同時測量每項任務所需的時間。這反復進行，直到驅動器壽命結束。

閃存技術如何影響驅動器的速度？

首先，圖2顯示測試的驅動器具有6000個循環的壽命。這是使用當代3D TLC閃光燈的驅動器的最佳結果之一，因為它們之中大多數都可以使用大約3000次循環。超過五分之一的測試驅動器在達到2000個周期之前就失敗了。當閃存技術是新的并且最初的SLC技術提供100,000個生命周期時，時間已經過去。因為TLC閃存的引入和閃存中較大量的錯誤，而需要新的糾錯方法。這些使用一種稱為軟解碼的方法來應對通常會在生命結束時發現的大量錯誤。軟解碼多次從閃存中讀取數據，這顯著增加了讀取數據所需的時間，從而最大限度地降低了性能，如圖所示。

圖2：整個設備的讀取時間延長到壽命結束。隨著時間增加三倍，速度分別降低到初始速度的33％。

然而，使用 TLC 和 QLC 閃存技術，在使用壽命即將結束時還出現更高的誤碼。它們對交叉溫度效應也更為敏感。這描述了一種情況，即數據在一個溫度下寫入存儲器并在另一個溫度下讀出。即使在正常的筆記型電腦中，使用幾個小時后，溫度也很容易從室溫（25°C）開始變化到50或60°C。汽車導航系統等應用則是遇到更高的溫差。使用TLC和QLC閃存技術，更有可能從需要軟解碼的存儲器中遇到大量的誤碼，從而降低性能。

除了更高的誤碼率之外，TLC和QLC閃存技術還有另一個缺點：閃存本身速度較慢，因為讀取和編程時間增加了。為了向用戶隱瞞這一點，大多數驅動器在SLC模式下使用部分內存，這樣可以存儲較少位，而運行速度會快很多。此SLC緩存通常占驅動器容量的百分之幾。它可能導致前面解釋的性能下降：一旦緩存已滿，寫入速度就會降低。
溫度對性能有何影響？

除此之外，性能在很大程度上取決于溫度 - 環境溫度以及驅動器的內部溫度。圖2顯示在室溫下大約25°C完成的連續順序寫入測試的PCIe SSD。驅動器能夠傳輸超過1.2GB/s時間約95秒，之后封裝內的芯片本身明顯變熱了。為了防止自身過熱，執行稱為熱節流的機制。驅動器限制了其性能，以最大限度降低功耗，從而減少內部積聚的熱量。

圖3：PCI Express SSD隨時間和溫度的連續順序寫入性能。

總結

數據表將突顯只有在完美條件下才能達到絕對峰值性能，并且只能在短時間內達到。高溫也可能只是因為驅動器正在使用，交叉溫度效應，存儲器類型，快速緩存容量和驅動器壽命階段引起，這些都是影響性能的因素。因此，在比較SSD時，考慮數據表中的數字僅僅只是反映整個主題的單一方面。

Name: Sandro-Diego W?lfle

Job Title: Product Manager

Sandro-Diego W?lfle is responsible for product life-cycle management, i.e. the activities from product proposal, development, launch, mass production until the end of life. Having worked as senior hardware design engineer before, he has a deep understanding of Hyperstone′s technology. He holds a Master in Electronics and Information Technology from the Karlsruhe Institute of Technology, Germany and a Master in Business and Leadership from the Zeppelin University in Friedrichshafen, Germany.