Intel工程師詳解固態(tài)硬盤眾多疑問

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固態(tài)硬盤是近年來的熱門話題，但有關(guān)這種和傳統(tǒng)硬盤完全不同的存儲(chǔ)介質(zhì)，恐怕很多人心中都還存有不少疑問。日前請(qǐng)到了Intel固態(tài)硬盤工程師 Jonathan Schmidt，解答了普通用戶提出的許多有關(guān)固態(tài)硬盤使用中的問題。雖然其中很多都屬于入門級(jí)問題，但相信大多數(shù)人看完仍會(huì)有所收獲。

問：外部使用環(huán)境會(huì)如何影響固態(tài)硬盤?

答:由于沒有活動(dòng)部件，固態(tài)硬盤比傳統(tǒng)硬盤更加抗沖擊和震動(dòng)。另外，由于不使用磁性存儲(chǔ)介質(zhì)，也不會(huì)有被磁化導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的危險(xiǎn)。因此，筆記本制造商如果使用固態(tài)硬盤，可以省去很多的硬盤防震保護(hù)配件，進(jìn)一步節(jié)約機(jī)身內(nèi)空間和重量。對(duì)于桌面PC來說，使用固態(tài)硬盤更是不需要擔(dān)心任何使用環(huán)境問題。

有人問到機(jī)場安檢透視掃描儀是否會(huì)影響固態(tài)硬盤，這是一個(gè)相當(dāng)有趣的問題，我并不能給出一個(gè)權(quán)威答案。但要知道，固態(tài)硬盤從物理特性來看和U盤、存儲(chǔ)卡、手機(jī)中的閃存沒有什么區(qū)別，因此應(yīng)當(dāng)不需要擔(dān)心X射線會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。

問：如何保證固態(tài)硬盤的可靠性?

答：首先，閃存是一項(xiàng)成熟技術(shù)，經(jīng)過了長期的實(shí)際測試。雖然閃存顆粒有一定的讀寫壽命，但以目前的技術(shù)來說，其壽命已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際使用年限。比如，Intel 固態(tài)硬盤的官方數(shù)據(jù)顯示，無論使用頻度高低，它最少也有5年的有效使用期。如果應(yīng)用頻率不高的話還可以再延長5年。另外，Intel固態(tài)硬盤內(nèi)置了ATA SMART監(jiān)控功能，隨時(shí)可以查看其健康狀況。用戶可以放心，數(shù)據(jù)安全絕對(duì)是固態(tài)硬盤制造商的第一考量。

問：為什么沒有3.5寸的固態(tài)硬盤?

答：最主要的原因是，“合理容量”的閃存從物理規(guī)格上來看占不了太大空間，做成2.5寸或1.8寸規(guī)格更合適。這里我說的“合理容量”是指能夠提供實(shí)際應(yīng)用中足夠的存儲(chǔ)空間，同時(shí)價(jià)格較為合理。如果將閃存裝滿一個(gè)3.5寸硬盤位，其價(jià)格肯定相當(dāng)驚人。

很多人可能會(huì)對(duì)此有誤解，認(rèn)為SSD沒有3.5寸型號(hào)是因?yàn)樗会槍?duì)筆記本市場。實(shí)際上，固態(tài)硬盤從未排斥過桌面PC，在臺(tái)式機(jī)的3.5寸硬盤位中安裝2.5寸固態(tài)硬盤沒有任何難度。而且，3.5寸和2.5寸硬盤的SATA接口也沒有任何區(qū)別。

問：固態(tài)硬盤需要整理磁盤碎片么?

答：這個(gè)問題的答案比較復(fù)雜。固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和傳統(tǒng)硬盤有明顯的區(qū)別，比如為了防止頻繁讀取某存儲(chǔ)單元而導(dǎo)致快速老化，固態(tài)硬盤往往使用“損耗平衡”機(jī)制，將讀寫各個(gè)區(qū)塊的次數(shù)平均化。目前的操作系統(tǒng)對(duì)此也沒有準(zhǔn)備。

磁盤碎片整理程序的主要原理是，將那些需要頻繁讀取的數(shù)據(jù)放在可以高速訪問的地方，很少訪問的數(shù)據(jù)就堆在邊邊角角。而固態(tài)硬盤的原理決定，它能夠非常快速的找到任何一塊數(shù)據(jù)。目前的磁盤整理工具對(duì)優(yōu)化固態(tài)硬盤的文件系統(tǒng)就顯得無能為力了。因此，我的建議是，固態(tài)硬盤用戶應(yīng)當(dāng)禁用自動(dòng)磁盤碎片整理，也不要手動(dòng)進(jìn)行整理。

當(dāng)然，對(duì)于固態(tài)硬盤來說也同樣存在存儲(chǔ)分布的優(yōu)化問題，只是這個(gè)問題在SSD上遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)硬盤那么重要。目前，各固態(tài)硬盤廠商都在用固件優(yōu)化的形式解決這一問題。未來也可能會(huì)出現(xiàn)專門針對(duì)固態(tài)硬盤的“碎片整理”工具，不過它需要首先了解各廠商固態(tài)硬盤的具體工作方式。

問：固態(tài)硬盤會(huì)越用越慢么?

答：這是一個(gè)復(fù)雜的問題。在SSD的壽命周期中，很多因素都會(huì)影響它的性能表現(xiàn)。其中最重要的就是數(shù)據(jù)碎片問題。很不幸，目前尚無任何方法從外部衡量固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)破碎程度的影響。就像上面說的一樣，測試程序也許能夠檢測出固態(tài)硬盤內(nèi)部存儲(chǔ)條理與否的性能差別，但這并不會(huì)明顯影響用戶體驗(yàn)。對(duì)固態(tài)硬盤文件系統(tǒng)的優(yōu)化未來還將進(jìn)一步解決這一問題。

問：Intel固態(tài)硬盤支持熱插拔么?

答：沒問題，完全支持SATA規(guī)范定義的熱插拔功能。

問：Intel固態(tài)硬盤使用怎樣的制程工藝?

答：X18-M和X25-M使用的是Intel 50nm MLC閃存，而X25-E使用的是50nm SLC閃存。

問：當(dāng)固態(tài)硬盤被裝滿的時(shí)候，性能會(huì)下降么?

答：很好的問題。對(duì)于固態(tài)硬盤來說，性能和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多少?zèng)]有什么關(guān)系。無論空空如也還是接近爆滿，閃存的損耗均衡管理算法都會(huì)照常工作。一些常見文件系統(tǒng)如 NTFS、FAT32在空間不足時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)性能下降，但這是軟件的問題，和是否使用固態(tài)存儲(chǔ)沒有關(guān)聯(lián)。未來當(dāng)專門針對(duì)固態(tài)硬盤的文件系統(tǒng)問世時(shí)，可能也會(huì)出現(xiàn)硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量多少對(duì)性能的影響的例子。

問：哪種文件系統(tǒng)最適合固態(tài)硬盤?

答：目前的的各種文件系統(tǒng)都沒有對(duì)固態(tài)硬盤進(jìn)行什么優(yōu)化。計(jì)算機(jī)行業(yè)花了幾十年的時(shí)間，針對(duì)旋轉(zhuǎn)磁介質(zhì)存儲(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化，但固態(tài)硬盤的出現(xiàn)讓這些優(yōu)化徹底作廢。幸運(yùn)的是，以目前固態(tài)硬盤的速度，遵循舊文件系統(tǒng)的要求像傳統(tǒng)硬盤那樣工作，并不會(huì)有太大的損失。不過在不遠(yuǎn)的將來，我們肯定將看到專為固態(tài)硬盤優(yōu)化的文件系統(tǒng)。

微軟在Windows 7中就將對(duì)SSD進(jìn)行優(yōu)化，比如系統(tǒng)會(huì)在使用固態(tài)硬盤時(shí)禁用自動(dòng)磁盤碎片整理功能。其中我最關(guān)注的是ATA trim命令，它能夠通知固態(tài)硬盤，某區(qū)塊已經(jīng)不再使用，SSD可以將其空間收回，納入下一步的“損耗平衡”運(yùn)算中。

在Linux系統(tǒng)中，你可非常簡單的通過禁用內(nèi)核disk IO scheduler模塊來對(duì)固態(tài)硬盤進(jìn)行優(yōu)化。由于不存在磁頭讀寫的移位問題，該模塊在磁盤讀寫時(shí)進(jìn)行重新排序?qū)虘B(tài)硬盤沒有任何意義，甚至?xí)档托阅堋?Windows 7估計(jì)也會(huì)進(jìn)行同樣的改進(jìn)，只是目前還未公布。

問：固態(tài)硬盤RAID 0的性能怎樣?可以在SSD內(nèi)部實(shí)現(xiàn)RAID 0么?

答：先來回答第二個(gè)問題。固態(tài)硬盤的讀寫本身就是并行進(jìn)行的，目前Intel固態(tài)硬盤使用10條并行通道來訪問閃存，一定意義上就相當(dāng)于內(nèi)置10路RAID 0。

使用多塊固態(tài)硬盤組建RAID 0陣列的性能相當(dāng)可觀，但需要注意的是，一定要保證RAID控制器能夠滿足其要求。固態(tài)硬盤在陣列模式下工作的數(shù)據(jù)量相當(dāng)龐大，很多RAID控制器在設(shè)計(jì)時(shí)可能完全沒有考慮過這樣的速度。

問：固態(tài)硬盤速度的決定因素是什么?目前的瓶頸在哪里?

答：任何固態(tài)硬盤的性能，都是由原始的閃存帶寬，損耗平衡算法的效率(固件)以及接口(SATA、PCI-E等)共同決定的。有SATA接口速度卡在那里，閃存性能再強(qiáng)也沒有意義。和業(yè)界其他廠商一樣，我們也將逐步提升固態(tài)硬盤性能。雖然不能說固態(tài)硬盤在“趕著”SATA-III標(biāo)準(zhǔn)上馬，但一旦第三代SATA 標(biāo)準(zhǔn)推出，固態(tài)硬盤肯定會(huì)從中受益。

問：SSD和HDD相比有何優(yōu)劣?

答：和其他任何事情的兩面一樣，SSD和HDD各有優(yōu)劣。目前固態(tài)硬盤最大的劣勢就是成本和容量，而最大的優(yōu)勢就是性能。另外，固態(tài)硬盤完成相同的操作所需的電能更少，這意味著筆記本可以延長電池續(xù)航時(shí)間，數(shù)據(jù)中心能夠大大節(jié)約電費(fèi)。由于更加耐震動(dòng)沖擊，固態(tài)硬盤也比HDD更適合移動(dòng)設(shè)備。如果容量需求不高的話，固態(tài)硬盤甚至可以比傳統(tǒng)硬盤更便宜。比如目前售價(jià)最低的上網(wǎng)本基本上都是使用小容量固態(tài)硬盤。

下面我們來具體看固態(tài)硬盤的性能優(yōu)勢，簡單比較數(shù)據(jù)會(huì)讓你忽略掉很多東西。比如，Intel X25-M硬盤的持續(xù)讀取速度為250MB/s，一塊常見SATA硬盤則為100MB/s，從字面上來看SSD速度是HDD的2.5倍。這時(shí)你就忽略隨機(jī)訪問時(shí)間的問題。X25-M的平均“尋道時(shí)間”僅為85微妙，而傳統(tǒng)硬盤大多在4到15毫秒，差距達(dá)到50甚至150倍。

因此，兩者的性能區(qū)別要視應(yīng)用而定。操作系統(tǒng)啟動(dòng)主要依賴隨機(jī)讀取小塊數(shù)據(jù)，因此固態(tài)硬盤可比傳統(tǒng)硬盤快100倍。而在應(yīng)用程序連續(xù)讀取大尺寸文件時(shí)，固態(tài)硬盤的優(yōu)勢就只有2.5倍左右了。

同時(shí)，仍有一些應(yīng)用并不適合固態(tài)硬盤，比如大規(guī)模數(shù)據(jù)存檔。那些極少訪問的數(shù)據(jù)用閃存來存儲(chǔ)顯然是一種浪費(fèi)。另外，在視頻播放時(shí)使用固態(tài)硬盤也不會(huì)有任何優(yōu)勢，只要達(dá)到視頻不卡殼的速度需求就可以了。只不過，HTPC用戶可能會(huì)青睞固態(tài)硬盤的靜音和尺寸。

問：為什么大家都用MLC顆粒，SLC不是更快么?

答：沒錯(cuò)，SLC NAND閃存更快，但只有在面對(duì)面比較的時(shí)候才能看到明顯區(qū)別。而且，只要大規(guī)模使用并行讀寫機(jī)制，MLC同樣可以實(shí)現(xiàn)高速度。在這樣的情況下，SSD廠商肯定會(huì)更加關(guān)注成本和容量問題，MLC的低價(jià)大容量就成了優(yōu)勢。我想大家都看到了，Intel的M系列固態(tài)硬盤使用的就是MLC顆粒，不是照樣很快么?

問：固態(tài)硬盤的功耗相比傳統(tǒng)硬盤孰高孰低?

答：我曾看過一些報(bào)告宣稱固態(tài)硬盤比傳統(tǒng)硬盤更費(fèi)電，但也有一些調(diào)查顯示SSD更省電。通常來看，SSD和HDD在同樣高負(fù)載工作，或同樣處在休眠狀態(tài)下時(shí)，功耗是類似的。但固態(tài)硬盤仍然在功耗表現(xiàn)上有一些優(yōu)勢，比如SSD內(nèi)部沒有旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，因此在閑置狀態(tài)時(shí)的功耗明顯更低。第二，由于不存在轉(zhuǎn)速提升或下降的啟動(dòng)時(shí)間，SSD進(jìn)入休眠狀態(tài)或從休眠狀態(tài)喚醒的時(shí)間更短，也更頻繁。最后，固態(tài)硬盤能夠在更短時(shí)間內(nèi)完成同樣的工作，因此更早進(jìn)入休眠狀態(tài)。以上這些優(yōu)勢讓固態(tài)硬盤在實(shí)際使用中確實(shí)比傳統(tǒng)硬盤省電。

問：是否存在不同等級(jí)的閃存?為什么U盤比同樣容量的固態(tài)硬盤便宜的多?

答：確實(shí)，閃存有不同的質(zhì)量，對(duì)應(yīng)不同的成本，就像CPU一樣。U盤一般使用較低檔次的閃存，如果你把U盤當(dāng)作硬盤來使用，我想你馬上就能感受到性能差別。另外在可靠性上，優(yōu)劣閃存的區(qū)別也是明顯的，高質(zhì)量的閃存芯片在整個(gè)壽命周期內(nèi)的出錯(cuò)幾率要低得多。雖然我們完全可以用廉價(jià)閃存造出便宜的移動(dòng)硬盤，但便宜沒好貨的道理我想大家都是明白的。（驅(qū)動(dòng)之家）