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SSD固态硬盘性能怎么发挥到最大?教您如何将SSD发挥到极致

2018-10-10 16:56:00

SSD Tweaker(固态硬盘优化工具) v4.0.1

分类:磁盘工具星级:软件大小:726 KB

平台:WinXp,Win2003,WinVista,Win 7

  相信很多朋友对固态硬盘没有多大的认知,只知道只要是SSD固态硬盘就一定比机械硬盘好,是没错,但这也是客观的判断。有些使用久了的朋友也会发现,固态硬盘除了开机快,在运行速度上也没有我们想象中那么明显,今天小凡就教您怎么将SSD固态硬盘的性能发挥到最大!一起来看看吧!

  对于使用固态硬盘相信大多数玩家对于其性能是否良好没有一个客观上的认知,今天就给大家详细介绍下如何让自己的固态硬盘保持良好的性能状态。

  从东芝TR200看固态硬盘满盘性能与读取延迟

  固态硬盘的性能与很多因素有关,其中空间使用情况也会给固态硬盘的速度产生影响。

一篇文章告诉你怎么发挥固态硬盘最大性能

  在80%满盘使用之后,东芝TR200的存取时间从0.033ms增长到了0.115ms。存取时间是以最小存取单位读写数据的延迟,在AS SSD Benchmark当中是以512字节进行测试的。

  问题出在哪里呢?这要从文件系统与固态硬盘闪存之间的沟通说起。

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  在文件系统与闪存之间,固态硬盘内包含有一个名为FTL的闪存转换层,负责将闪存的每一个存储单元解释为与传统机械硬盘相同的扇区,同时在文件系统请求执行闪存不能支持的覆盖写入时,利用固态硬盘内部的OP预留空间进行辗转腾挪:写入新数据-标注旧数据无效-更新映射表将逻辑地址指向新的物理地址。

  正是由于FTL的存在,固态硬盘能够了解到哪些位置有数据存储,哪些位置是空白的。在主机请求读取的逻辑地址内容为空白时,固态硬盘就可以不执行实际的闪存读取操作,进而直接返回零,提升效率。这也就是为何空盘读取延迟只有满盘1/5的原因:其中没有包含闪存实际读取。

  其实是所有固态硬盘都会出现的正常现象,只是多数情况下普通用户没有关注自己运行性能测试时固态硬盘的空间使用情况。建议广大用户保持SSD的空间占有情况,保持低占有率从而获得更高的性能。

  警惕由HPET设置引发的固态硬盘性能下滑

  搜索HPET,得到的很多结果都与性能优化、性能提升有关。但近两年有文章指出HPET开启后会影响处理器等平台的性能,而直接受害者中也包括了固态硬盘!

  HPET又名高精度事件计时器,是当前电脑主板都默认开启的一项功能。

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  计时器频率越高理论上计时越准确,但同时意味着产生更多的CPU中断次数。从而导致电脑性能下降,尤其是会对固态硬盘性能产生显著不利影响,而由于这种故障非常冷门,通常普通用户很难发现原因,更有可能认为是固态硬盘出了问题。

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  延迟的增加意味着数据处理速度的放缓,外在表现就是性能降低。此时SSD自身其实速度没有变化,而是电脑整机利用SSD的能力被弱化了。

  其实当前版本的Windows 10系统默认情况下并不会优先使用HPET计时器,出现HPET问题的大多是由错误的“优化”造成。如果WinTimmer显示为24Mhz(Intel酷睿)或14Mhz(AMD锐龙),可以在命令提示符(管理员)中输入bcdedit /deletevalue useplatformclock,回车后重启电脑即可修复问题。

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  东芝TR200在虚拟机中实现极致硬盘性能

  随着大众对个人数据安全重视性的逐步提高,越来越多的玩家选择购置NAS网络存储服务器。在虚拟机中同时搭建FreeNAS、媒体服务器、ROS软路由等应用,不仅能够实现一机多能的家庭服务器应用,还可以提高硬件性能利用率。

  接下来就以东芝TR200固态硬盘和VMware ESXi为例演示如何在虚拟机中实现极致硬盘性能。

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  在VMWare ESXi中SCSI控制器拥有三种工作模式:LSI Logic SAS、LSI Logic Parallel和VMWare Parevirtual(也叫PVSCSI),其中最先进的是PVSCSI,即半虚拟化SCSI。

  东芝TR200固态硬盘具备数据压缩能力,使用CrystalDiskMark 0-Fill模式检验PVSCSI模式的理论最大效能。

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  通过对比不难看到PVSCSI模式的最大优势在于单线程QD32随机读写能够突破10万IOPS,而8线程*QD8与传统LSI Logic SAS的效能差异不大,均可达到10万IOPS。

  东芝TR200虽然定位入门级固态硬盘产品,但凭借优秀的兼容性与稳定性依然不失为家用电脑升级的最佳选择。64层BiCS3闪存赋予了TR200出色的写入耐久度水平,依据型号的不同,每日建议写入量最高可达219GB,为多种形式的复杂应用提供了可能。

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  固态硬盘节能状态设置及优化

  固态硬盘的问世给电脑带来了更强的存储性能,但出于节能环保以及合理降温等目的,几乎所有的固态硬盘都支持不同类型的节能特性。这里将介绍东芝固态硬盘的节能设定检测与优化方法。

  SATA接口固态硬盘:东芝TR200

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  SATA接口的固态硬盘支持LPM链路节能特性,分为HIPM与DIPM两种,前者由主机端发起,后者则是固态硬盘主动发起。SATA LPM节能分为Paritial和Slumber两个级别,前者是浅度睡眠,恢复到全速工作的速度较快,后者是深度睡眠,节能效果更好但恢复速度较慢。

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  要启用SATALPM节能特性,除了要在主板BIOS中打开主动LPM支持之外,还需要安装英特尔快速存储技术驱动。微软Windows10系统自带的storahci驱动默认只有在节能模式下才支持DIPM。

  M.2接口NVMe固态硬盘:东芝RC100

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  使用PCIE通道的NVMe固态硬盘同样支持完善的链路节能特性,在硬盘闲置时降低链接速度来达到节能和降温的双重作用。

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  东芝RC100支持L1级别的ASPM主动电源管理功能,退出L0s节能状态只需1-2微秒延迟,退出L1节能状态需要16-32微秒延迟。在30度室温下,进入L1状态后的东芝RC100温度仅有36度。

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  要在台式机中完整启用RC100的ASPM闲置状态节能特性,只需在Windows电源选项中修改PCI Express链接状态电源管理为“最大电源节省量“,即在链接空闲时尝试使用L1状态。

  如果在台式机使用或拥有增强的散热措施,希望发挥硬盘最大传输效能,或者在开启节能特性后出现卡顿等不兼容现象,只需将链接状态电源管理的设置更改为“关闭“即可。

  以下知识可以让大家更深入的了解固态硬盘,只有理解了固态硬盘的运动机制才能在使用中因地制宜,配置出更合理,性能更出众的电脑环境。

  固态硬盘因何而快?只因闪存是天生的并行处理专家

  固态硬盘为何能够成为电脑提速神器?这个问题的答案可以有很多,但多任务并发处理能力是其中的一个关键。

  当前固态硬盘普遍采用了多通道与CE交错技术,通过多个闪存晶粒协同工作提升读写性能。以东芝TR200为例,它使用了东芝TC58NC1010GSB主控搭配最新一代64层堆叠BiCS闪存。

一篇文章告诉你怎么发挥固态硬盘最大性能
一篇文章告诉你怎么发挥固态硬盘最大性能

  240GB容量的东芝TR200使用了8颗单Die封装的BiCS3闪存达成256GB容量,每颗东芝原厂TC58TFG8T23TA0D闪存颗粒当中都封装有一颗3D闪存晶粒。

  从结构上来看,它的每个闪存颗粒包含了2个LUN(Logical Unit Number),分别对应一个闪存晶粒。

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  虽然理论上在同一个CE信号之下同一时间只能执行一种操作,但通过MultiLUN交错,可以用分时传输/执行的方式让2个闪存晶粒执行交错读写、交错擦除,实现性能倍增。

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  下图是交错写入的示意图:A阶段LUN0正在执行Page编程写入,而LUN1则处于Ready空闲就绪状态,在LUN0的写入尚未完成之前,主控可以给LUN1下达其他写入指令。B阶段LUN0和LUN1都正在执行写入操作。C阶段针对LUN0的写入命令已经执行完毕,重新恢复到空闲就绪状态,而LUN1还在执行写入命令。D阶段LUN0和LUN1都已完成写入命令,全部进入Ready空闲就绪。

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  除了写入操作可以交错执行之外,Page读取、Block擦除、Copy-Back等操作也都能执行交错,从简单的多通道并发提升到更高的水平,带动固态硬盘性能再上新台阶。

  为什么突然停电后电脑硬盘数据会丢失?

  意外停电或蓝屏强制重启之后,电脑有可能发生硬盘数据丢失的现象,这主要是由于硬盘没有机会像正常关机那样完成缓存写入

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  固态硬盘和机械硬盘一样具备写入缓存,写入缓存使用DRAM内存来存储,断电后数据无法保存。

  但与机械硬盘有所不同的是,固态硬盘缓存中不仅存储有等待写入的用户数据,还有闪存映射表、闪存块管理等元数据。所以一场断电会给固态硬盘带来更多的风险。

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  由于FTL映射表管理了固态硬盘闪存物理地址与外部逻辑地址的对应关系,它的丢失会导致整块硬盘数据无法读写

  与FTL映射表损坏相比,缓存内没来得及写入的用户数据丢失更为常见。写入缓存使用DRAM存储,意外断电会导致其中内容的丢失。

  Windows维持了定时缓冲区刷新设定,每隔几秒钟操作系统就会发出flush指令,要求硬盘将缓存内数据实际写入到盘片(机械硬盘)或闪存(固态硬盘)当中。Flush指令由系统定时发出,当然也可以通过微软提供的sync工具手动清空写入缓存,确保数据已经安全写入。

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  对于一些重要的、关键性的数据,应用软件可以通过API请求Non-cached写入,这些写入将不经过写入缓存区,直接进入到固态硬盘的闪存中存储。写入命令回报完成时,数据已经实际存储在闪存当中,此时断电不会发生数据丢失。

  尽管有很多预防措施,但要从根本上降低异常断电的风险,依然要从缓存本身入手。东芝TR200使用了主控内置缓存设计,将高速的小容量SRAM缓存集成到主控内,增强了异常断电的保护管理。

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  在东芝TR200的PCB上仅有主控(内置有SRAM缓存)和闪存两种主要部件,布局简单可靠性高,降低了意外停电造成数据丢失的风险。

  固态硬盘接口十年演变,M.2 NVMe开启新时代

  从2008年到2018年,10年时间里固态硬盘接口经历了SATA、mSATA、SATA Express、M.2和U.2多次革新。谁才是真正的未来接口?

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  SATA:家用SSD的起步

  最早的家用固态硬盘使用了SATA接口。SATA发展至今基本已经达到了带宽极限:600MBps。已经不能满足当前闪存速度的发展,但是广泛的适用性和良好的兼容性使得它依然能够成为当前最活跃的固态硬盘接口之一。

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  mSATA:首次小型化尝试

  mSATA就是迷你版的SATA接口,主要应用在笔记本电脑当中,同时也出现在中高端桌面电脑主板上。速度与SATA接口完全一致,目前已被主流市场所淘汰,但仍有少量厂商出货以维持旧设备更新替换所需。

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  M.2:接口大一统

  M.2接口的出现使得固态硬盘在SATA之后再次出现大一统的趋势。M.2有2230、2242、2260、2280、22110多种可变物理规格,台式机与笔记本通用,是当前除SATA外最流行的接口。

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  作为融合了多种协议的接口,M.2能够兼容AHCI协议和NVMe协议,后者是专为闪存而生的新型协议,读写延迟更低,速度更快。传输协议与传输层布线有关,理论上一个M.2插槽既可以使用M.2 SATA协议的固态硬盘,也可以使用PCIE传输、NVMe协议的固态硬盘,但在实际中的支持情况根据设备不同而又有所差异。M.2 SATA兼容性更广,而M.2 NVMe性能更佳。

  SATA协议M.2固态硬盘:东芝Q200EX M.2

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  NVMe协议M.2固态硬盘:东芝RC100

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  东芝最近发布的RC100固态硬盘,不仅具备了NVMe协议的低延迟、高带宽优势,还率先应用了HostMemoryBuffer主机内存缓冲技术,能够配合Windows10操作系统,实现共享主机部分内存加速硬盘读写效能。

  以东芝RC100为代表的M.2 NVMe固态硬盘,在HMB特性的帮助下,将成为SSD接口固态硬盘新的理想替代者。

  长久不衰的MLC:重新认识东芝Q200固态硬盘

  当前已经是64层堆叠3DTLC闪存的时代,而到今年年底,96层3D TLC乃至于3DQLC闪存就将问世。为何东芝依然保留平面MLC闪存的东芝Q200固态硬盘呢?

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  表面上看,作为后起之秀的3DTLC固态硬盘已经足够优秀,无论是理论性能还是耐久度表现都有了挑战MLC的实力。

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  MLC价格更贵,跑分也没有3DTLC高,但这并不意味着MLC已经落后。即便是很多人看重的4K随机读写速度,也并非衡量固态硬盘使用体验的最佳标准。就日常家用来说,固态硬盘能够跑满全速的机会少之又少,决定使用体验的是对读写指令的综合响应速度,而非最大带宽。

  对于电脑用户来说,固态硬盘带宽越大,能够同时完成的读写请求相对就越多,但是家用电脑不是同时服务大量用户的服务器,硬盘对程序读写指令响应的延迟才是真正可感知的速度。

  平面MLC闪存在读写延迟上依然具备较为明显的优势,下面使用PCMark 10的应用程序启动测试来印证。首先是东芝TR200240G固态硬盘,3DTLC闪存的表现十分出色。

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  而采用东芝MLC闪存的Q200EX240G固态硬盘则比快更快,达到甚至超越了部分入门级NVMe固态硬盘的水平:

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  作为固态硬盘中的常青树,东芝Q200以扎实的性能表现赢得了千万用户的信赖,成熟的硬件方案和稳健的使用表现都使得它适用于承担关键任务使用的家用和商用电脑当中。

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  当然,3D TLC闪存也在不断进步,在更大容量和更低成本上不断取得进步。东芝计划在今年底到明年初量产新一代BiCS4闪存,将3D堆叠层数推高至96层,并计划有QLC闪存推出。