與“計算”有關(guān)的技術(shù)正在快速演進，而隨著AI PC的興起，人類與技術(shù)交互的方式正在發(fā)生深刻轉(zhuǎn)變。AI系統(tǒng)不僅帶來了更快的處理速度或更智能的算法，還從根本上改變了計算機管理和存儲數(shù)據(jù)的方式。

對 AI PC而言，數(shù)據(jù)存放的位置至關(guān)重要。AI PC中的先進存儲功能可確保不僅能夠高效存儲數(shù)據(jù)，還能夠以更高的性能和安全性來訪問和使用數(shù)據(jù)。隨著AI時代對計算的要求日益提高，深入了解用戶數(shù)據(jù)的存放位置和方式，對于充分發(fā)揮高性能硬件的潛力十分關(guān)鍵。SSD已成為存儲PC數(shù)據(jù)的主要設(shè)備。借助高性能SSD，我們有望提升用戶在運行AI應用時的體驗。

當前，SSD無法辨別特定數(shù)據(jù)對用戶或系統(tǒng)的重要程度。這是一個重大的缺陷，因為隨著AI愈發(fā)重要，未來的系統(tǒng)需要優(yōu)先考慮AI應用使用的數(shù)據(jù)。AI應用通常涉及實時處理和決策，需要快速訪問與這些處理和決策過程最相關(guān)的數(shù)據(jù)。當前架構(gòu)通常使用LRU（最近最少使用）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)據(jù)訪問，其弊端是對所有數(shù)據(jù)同等對待，可能導致效率低下，影響性能。

隨著端側(cè)AI技術(shù)重要性的日益提高，我們更需要優(yōu)先考慮AI和其他數(shù)據(jù)密集型應用所需的數(shù)據(jù)。為此，SSD 需要主機提供額外信息，來標記哪些數(shù)據(jù)（如AI數(shù)據(jù)）最為重要，該功能稱為“主機輔助”。有了這些信息，SSD可將此類數(shù)據(jù)放在訪問速度更快的低延遲緩存中。我們所做的內(nèi)部測試表明，當使用主機輔助功能時，模型加載時間可縮短高達 80%。在測試中，端側(cè)AI與許多駐留在存儲系統(tǒng)中的小規(guī)模模型一起運行，并需要按需加載特定模型。

在測量SSD和主機輔助功能可實現(xiàn)的性能提升時，模型加載時間是一個重要指標。要從主機獲得協(xié)助信息，可以采用很多種不同的方法。美光與微軟合作推出了幾項增強功能，可幫助SSD了解不同數(shù)據(jù)的重要性。其中的一些方法還提升了SSD的可靠性。

時間戳功能為SSD提供了世界時間信息，SSD可使用這些信息進行時間比較。操作系統(tǒng)為SSD 提供了更多實際運行當中的時間信息。這些信息能夠幫助SSD更準確地跟蹤數(shù)據(jù)的新舊程度，從而提高可靠性。通過準確了解數(shù)據(jù)的新舊程度，SSD可以做出更明智的決策，確定優(yōu)先處理哪些數(shù)據(jù)，并丟棄一些過時數(shù)據(jù)。利用時間戳信息，SSD可以更有效地管理內(nèi)部緩存，讓最近頻繁訪問的數(shù)據(jù)隨時可用，降低延遲，提高響應能力。時間戳信息還可幫助SSD識別過時數(shù)據(jù)或從未使用過的數(shù)據(jù)，以便在垃圾收集時快速刪除這些數(shù)據(jù)。垃圾收集可釋放被占用的空間，從而保持出色的寫入速度。此外，利用時間戳信息，SSD可將數(shù)據(jù)均勻?qū)懭敫鞔鎯K中，從而延長SSD的使用壽命，并確保平穩(wěn)的寫入性能。

主機內(nèi)存緩沖區(qū)(HMB)功能使SSD能夠獨占式訪問系統(tǒng)DRAM中的部分空間，以滿足某些需要。增加HMB的大小可讓SSD擁有更多緩沖空間，用于存儲數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性。利用該功能，SSD可構(gòu)建更大的FTL（閃存轉(zhuǎn)換層）表，從而實現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)映射，并降低SSD開銷。有了更大的緩沖區(qū)，SSD可以更有效地緩存重要數(shù)據(jù)，從而縮短訪問時間，提高性能。HMB功能利用系統(tǒng) DRAM的一部分作為緩存，可大幅縮短訪問數(shù)據(jù)的時間，加速讀寫操作。此外，更高效的數(shù)據(jù)傳輸還可提高系統(tǒng)性能。該緩沖區(qū)利用系統(tǒng)內(nèi)存的一部分創(chuàng)建，在提高性能的同時無需額外的成本和功耗。

主機系統(tǒng)可向SSD發(fā)送與讀寫命令相關(guān)的額外元數(shù)據(jù)。此類元數(shù)據(jù)也稱為數(shù)據(jù)提示，可為SSD 提供有關(guān)接下來將會如何使用目標數(shù)據(jù)的信息（例如，頻繁讀取）。SSD可以通過這些提示了解數(shù)據(jù)的使用模式，然后對數(shù)據(jù)進行優(yōu)先級排序，確保系統(tǒng)能夠更快訪問數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)還可能包括預期壽命或訪問模式等提示。利用這些提示，SSD能夠更有效地管理數(shù)據(jù)的存放位置，減少寫入放大效應，提高整體性能。

2024年8月，微軟公司的Scott Lee在FMS峰會上宣布，微軟將在即將發(fā)布的Windows操作系統(tǒng)版本中集成這些增強功能。美光正在與微軟合作，持續(xù)優(yōu)化SSD的性能，以滿足未來應用的需求。

本文作者

Prasad Alluri

SBU 客戶端存儲副總裁兼總經(jīng)理

文末互動贏好禮

在本文中，我們共同見證了美光科技通過利用主機輔助功能優(yōu)化SSD性能，以卓越技術(shù)支撐未來AI應用的高需求。