與“計算”有關的技術正在快速演進，而隨著AI PC的興起，人類與技術交互的方式正在發生深刻轉變。AI系統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據的方式。

對 AI PC而言，數據存放的位置至關重要。AI PC中的先進存儲功能可確保不僅能夠高效存儲數據，還能夠以更高的性能和安全性來訪問和使用數據。隨著AI時代對計算的要求日益提高，深入了解用戶數據的存放位置和方式，對于充分發揮高性能硬件的潛力十分關鍵。SSD已成為存儲PC數據的主要設備。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無法辨別特定數據對用戶或系統的重要程度。這是一個重大的缺陷，因為隨著AI愈發重要，未來的系統需要優先考慮AI應用使用的數據。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的數據。當前架構通常使用LRU（最近最少使用）數據結構優化數據訪問，其弊端是對所有數據同等對待，可能導致效率低下，影響性能。

隨著端側AI技術重要性的日益提高，我們更需要優先考慮AI和其他數據密集型應用所需的數據。為此，SSD 需要主機提供額外信息，來標記哪些數據（如AI數據）最為重要，該功能稱為“主機輔助”。有了這些信息，SSD可將此類數據放在訪問速度更快的低延遲緩存中。我們所做的內部測試表明，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AI與許多駐留在存儲系統中的小規模模型一起運行，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了解不同數據的重要性。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更準確地跟蹤數據的新舊程度，從而提高可靠性。通過準確了解數據的新舊程度，SSD可以做出更明智的決策，確定優先處理哪些數據，并丟棄一些過時數據。利用時間戳信息，SSD可以更有效地管理內部緩存，讓最近頻繁訪問的數據隨時可用，降低延遲，提高響應能力。時間戳信息還可幫助SSD識別過時數據或從未使用過的數據，以便在垃圾收集時快速刪除這些數據。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可將數據均勻寫入各存儲塊中，從而延長SSD的使用壽命，并確保平穩的寫入性能。

主機內存緩沖區(HMB)功能使SSD能夠獨占式訪問系統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，用于存儲數據和數據屬性。利用該功能，SSD可構建更大的FTL（閃存轉換層）表，從而實現更高效的數據映射，并降低SSD開銷。有了更大的緩沖區，SSD可以更有效地緩存重要數據，從而縮短訪問時間，提高性能。HMB功能利用系統 DRAM的一部分作為緩存，可大幅縮短訪問數據的時間，加速讀寫操作。此外，更高效的數據傳輸還可提高系統性能。該緩沖區利用系統內存的一部分創建，在提高性能的同時無需額外的成本和功耗。

主機系統可向SSD發送與讀寫命令相關的額外元數據。此類元數據也稱為數據提示，可為SSD 提供有關接下來將會如何使用目標數據的信息（例如，頻繁讀取）。SSD可以通過這些提示了解數據的使用模式，然后對數據進行優先級排序，確保系統能夠更快訪問數據。元數據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據的存放位置，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，微軟將在即將發布的Windows操作系統版本中集成這些增強功能。美光正在與微軟合作，持續優化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化SSD性能，以卓越技術支撐未來AI應用的高需求。