如今已經(jīng)是9102年了，裝機(jī)、升級(jí)電腦首選SSD硬盤的理念早就深入人心了，再加上這一年多來NAND閃存價(jià)格不斷下滑，SSD硬盤價(jià)格應(yīng)聲回落，1TB容量的SSD硬盤千元內(nèi)售價(jià)已經(jīng)是主流，而且還可以買到更高性能的M.2硬盤而非SATA硬盤，不怕死的話還可以考慮一些將近5毛/GB的雜牌SSD硬盤，買來當(dāng)倉庫盤還是可以的。回頭看看多年不降價(jià)的HDD硬盤，機(jī)械硬盤市場日薄西山不是沒道理的。

但是HDD硬盤逐漸遠(yuǎn)離桌面、筆記本電腦市場，這就能代表SSD硬盤各種完美了嗎？還真不是，如今在大降價(jià)的環(huán)境下SSD硬盤各種“真香”，但它還是有一個(gè)讓人糟心的問題——掉速。對(duì)于SSD硬盤掉速，長期使用過SSD硬盤的玩家應(yīng)該有體會(huì)（也有人其實(shí)沒意識(shí)到這個(gè)問題），今天的超能課堂我們就來談?wù)凷SD硬盤的掉速問題。

對(duì)于SSD硬盤掉速，目前并沒有準(zhǔn)確的定義，這里我們就按照字面意義上的掉速將其理解為“性能下降”，分析目前可能導(dǎo)致SSD掉速的種種原因及解決方案。

·SSD掉速之SLC、MLC、TLC到QLC變遷

閃存類型的升級(jí)也是SSD硬盤掉速的原因嗎？仔細(xì)想想的話還真沒錯(cuò)，實(shí)際上我們可以說正是閃存類型不斷變化才導(dǎo)致了SSD硬盤掉速問題越來越嚴(yán)重，如果我們還在使用SLC閃存，那掉速問題早就不是事了，只不過SLC閃存硬盤這事別想了，最好的閃存意味著最貴的成本，即便廠商現(xiàn)在還敢把SLC閃存當(dāng)主力，普通消費(fèi)者也用不起。

從SLC、MLC到TLC再到QLC，由于cell單元可以保存的電荷位越來越多，容量在不斷增加，相應(yīng)地成本在下降，但是NAND閃存先天的特性就注定了電位越多，控制就越復(fù)雜，寫入數(shù)據(jù)的時(shí)間就越長，導(dǎo)致性能大幅下滑（主要是寫入性能，讀取性能還好）。

我們現(xiàn)在看到的TLC、QLC閃存的硬盤性能指標(biāo)還不錯(cuò)，SATA接口的也能達(dá)到500MB/s寫入速度，M.2接口的視PCIe 3.0通道數(shù)不同，寫入性能可達(dá)1GB/s、2GB/s甚至更高，但是這樣的性能是施了魔法之后的，是理想情況下的性能。

上圖就是英特爾QLC閃存的660P硬盤的實(shí)際表現(xiàn)，隨著寫入數(shù)據(jù)量的增加，緩存空間用完之后QLC原始性能就暴露無遺了，寫入速度就降至100MB/s，這性能沒比HDD硬盤快多少了。

·SSD掉速之垃圾回收GC、TRIM

提到SSD硬盤掉速問題，老玩家可能還會(huì)想起來早些年浦科特 在自家M系列高性能SSD硬盤中宣傳的不掉速功能，這個(gè)賣點(diǎn)當(dāng)時(shí)是吸引了不少SSD用戶的，考慮到那時(shí)候MLC閃存還是市場主力，SSD硬盤掉速主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的主控管理機(jī)制問題所致。

具體來說就是SSD的GC垃圾回收以及TRIM指令問題，如果大家看過我們之前的科普文章，就知道NAND閃存特殊之處就在在于寫入文件的方式，需要一塊一塊的刪除，由于各種寫入、刪除操作會(huì)在SSD留下雜亂的數(shù)據(jù)，其中有些是還有用的，有些就是無效的，GC功能啟動(dòng)之后就把有用的數(shù)據(jù)拷貝到另外的區(qū)塊，原來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的區(qū)域就會(huì)被清楚，恢復(fù)空盤水平以準(zhǔn)備寫入新的數(shù)據(jù)，SSD硬盤的性能也就恢復(fù)了。

除了GC垃圾回收機(jī)制，微軟在Windows 7及之后的系統(tǒng)還引入了TRIM指令，這是基于SATA控制器的一個(gè)指令，一旦有文件刪除或者分區(qū)格式化，操作系統(tǒng)就會(huì)發(fā)TRIM指令給SSD主控告訴它某處的數(shù)據(jù)已經(jīng)刪除了，SSD因而知道那些數(shù)據(jù)是能動(dòng)那些不能動(dòng)的，之后就可以進(jìn)行清空操作以恢復(fù)性能了。

GC及TRIM也能影響SSD硬盤的掉速，不過現(xiàn)在來說這些功能已經(jīng)變成了SSD的基本功能，操作系統(tǒng)上的支持也不是問題了，因?yàn)檫@兩個(gè)問題導(dǎo)致SSD掉速的現(xiàn)象少多了。

·SSD掉速之840 EVO掉速門

從SLC到MLC再到TLC、QLC，不僅閃存的性能在逐漸下降，其實(shí)可靠性也是在降低的，反映到物理層就是由于TLC、QLC閃存存儲(chǔ)的電荷位更多，控制也更復(fù)雜，而隨著時(shí)間的流逝，電子的活性也會(huì)損失的，在TLC閃存剛問世的時(shí)候，三星840 Evo就出現(xiàn)過長期不用導(dǎo)致性能下降的問題。

840 EVO掉速門事件就是說它在讀取存儲(chǔ)超過數(shù)周或者數(shù)月的舊文件時(shí)，速度嚴(yán)重不如預(yù)期，官方指標(biāo)中840 Evo讀取速度超過450MB/s，但讀取舊文件時(shí)速度就低至60MB/s，速度明顯下降。

對(duì)于這個(gè)問題，三星之后也做了調(diào)查，表示“借助閃存管理軟件算法，SSD通常會(huì)隨時(shí)間校正Cell單元的狀態(tài)，840 Evo的讀取-重試（read-retry）操作太過激進(jìn)，導(dǎo)致了整體讀取性能的下降。這種情況只會(huì)發(fā)生在其內(nèi)部Cell單元無數(shù)據(jù)變化的情況下，如果這個(gè)單元的數(shù)據(jù)隨后遷移了或者被覆寫了，這就不會(huì)有性能下降的問題 。”

最后三星發(fā)布了新固件，解決了840 Evo掉速的問題。在這個(gè)問題上，三星沒有承認(rèn)這是TLC閃存的問題，但在發(fā)展初期，TLC閃存從閃存到主控管理都是有些問題的，出現(xiàn)這個(gè)問題并不意外。

·SSD掉速之主控過熱保護(hù)

上面提到的SSD掉速都是圍繞閃存而言的，但SSD主控其實(shí)也會(huì)影響SSD掉速問題，這主要是由于SSD硬盤的過熱保護(hù)問題引起的，SATA硬盤上基本上沒這么問題，主要是在高性能M.2硬盤大量上市之后才比較集中的。

SSD主控本質(zhì)上也是基于ARM或者自研架構(gòu)的CPU，為了提高性能，SSD主控往往也是多核心架構(gòu)了，三核甚至四核主控不少見，高負(fù)載下發(fā)熱也是個(gè)問題。對(duì)于高性能PCIe、M2接口的SSD硬盤來說，由于空間狹小，發(fā)熱集中，主控區(qū)域的溫度超過90°C甚至上百度都很正常，為了避免高溫?fù)p壞，SSD硬盤會(huì)有溫控機(jī)制，檢測到溫度過高就會(huì)降頻，進(jìn)而減少發(fā)熱。

不過降低主控頻率，實(shí)際上也會(huì)降低SSD性能。要想解決因?yàn)榘l(fā)熱掉速的問題，最常用的手段就是提高散熱效果，比如三星在970 Pro硬盤的主控設(shè)計(jì)就使用了更好的封裝，整個(gè)主控使用了金屬外殼封裝，提高了導(dǎo)熱性能。

當(dāng)然，更直接的手段還是加裝散熱片，所以大家可以看到各種M.2硬盤都開始流行散熱馬甲了，影馳之前還推出了鐵甲戰(zhàn)將M.2硬盤，使用了厚度驚人的散熱片，雖然樣子難看了點(diǎn)，但是效果杠杠滴。

除了上面介紹的這些掉速原因，其實(shí)還有一些別的因素會(huì)影響SSD性能正常發(fā)揮，比如4K沒對(duì)齊、同步/異步閃存、AHCI/IDE模式等等，不過這些操作現(xiàn)在來說并不是主要問題了，以前是問題主要還是SSD不普及，很多人不懂設(shè)置，而現(xiàn)在Windows系統(tǒng)自己就加入了很多SSD優(yōu)化設(shè)置，第三方工具對(duì)SSD的支持也到位了。

SSD硬盤的緩存結(jié)構(gòu)：從DRAM Cache到SLC Cache

以上有關(guān)SSD掉速的內(nèi)容涉及到方方面面，不過對(duì)單個(gè)SSD硬盤來說，SSD掉速問題沒那么復(fù)雜，下面我們要進(jìn)入正題了，先來看看現(xiàn)代SSD硬盤的基本結(jié)構(gòu)：

不論SATA還是M.2硬盤，它們的PCB布局都差不多，上面的M.2硬盤從左到右分別是DRAM緩存、主控及NAND閃存，其中主控及NAND閃存是必不可少的，DRAM緩存可以有也可以沒有，沒有的主要是低端SSD硬盤，減少DRAM緩存可以降低成本，特別是過去兩年中DRAM內(nèi)存因?yàn)榇鬂q價(jià)，低端SSD更加流行無DRAM緩存的方案，它們會(huì)用過HMB主機(jī)內(nèi)存緩存來彌補(bǔ)導(dǎo)致的性能損失。

對(duì)于高性能的SSD硬盤，DRAM緩存不可少，因?yàn)榫退闶?a target="_blank">DDR3緩存，其帶寬也能達(dá)到數(shù)GB/s甚至十幾GB/s，遠(yuǎn)高于SSD閃存的性能，對(duì)提升性能還是很有幫助的，現(xiàn)在三星等公司在高端SSD上已經(jīng)開始使用DDR4-2133做緩存了。

至于DRAM緩存容量，容量少的有128MB，256MB、512MB比較常見，隨著SSD硬盤越來越大，1GB緩存的也不少見了，一般來說是1TB閃存配1GB DRAM緩存，越高越好。

DRAM緩存是現(xiàn)代SSD硬盤的第一道緩存結(jié)構(gòu)，從硬盤上讀取數(shù)據(jù)首先就是看DRAM緩存中有沒有需要的數(shù)據(jù)，如果有，那就先用這里的，所以速度會(huì)很快，如果緩存中沒有再去NAND閃存中尋找，速度就是NAND閃存的了，相對(duì)來說慢很多。

總的來說，DRAM緩存對(duì)SSD硬盤來說是錦上添花的，從DRAM緩存到NAND閃存也是存在掉速的，不過通常這種調(diào)速大家是感受不出來的，畢竟緩存容量還是太小了，很容易就超出。

SSD硬盤大部分情況下還是要依賴NAND閃存自身性能的，但我們都知道從SLC到MLC再到TLC及現(xiàn)在剛剛興起的QLC閃存，寫入性能是不斷下降的，原始的TLC、QLC閃存性能非常難看，不加修飾的話QLC閃存寫入性能可能都沒有100MB/s，HDD硬盤都比它快不是吹的。

但實(shí)際發(fā)售的TLC及QLC閃存硬盤中，不論SATA還是M.2接口的，性能都很強(qiáng)大，三星970 Evo這樣的產(chǎn)品中250GB版標(biāo)稱寫入性能可達(dá)1500MB/s，但它就是使用了寫入加速（Write Acceleration）技術(shù)之后的性能，實(shí)際性能大約是300MB/s，中間差了四倍性能。

SSD寫入加速技術(shù)是個(gè)通用稱呼，常見的方案是SLC Cache（SLC緩存），它的意義就是字面意思——用SLC當(dāng)緩存提速，因?yàn)镾LC閃存是性能最好的。

在MLC閃存時(shí)代，SLC緩存技術(shù)還不是必要的，三星970 Pro都沒有使用這樣的技術(shù)，而970 EVO就有，但SLC緩存也不是沒有代價(jià)的，因?yàn)镾LC只能存儲(chǔ)1位數(shù)據(jù)，TLC是3位數(shù)據(jù)，QLC是4位數(shù)據(jù)，在TLC/QLC閃存上使用SLC緩存意味著是犧牲容量換取性能，這是一個(gè)魔鬼交換，說的難聽點(diǎn)就是你選擇X味的巧克力還是巧克力味的X一樣，都不是最好的選擇，但不得不選。

用SLC緩存可以提升SSD的寫入速度，讓它看起來很NB，但是這意味著要損失一部分空間，具體多大要看廠商選擇的方案，如果全盤方案的話就意味著只有1/3甚至1/4的容量可用。

用SLC緩存就好比過山車

更關(guān)鍵的是，即便用了SLC緩存，一旦寫入數(shù)據(jù)超過了緩存容量，SSD性能還得現(xiàn)原形，這個(gè)時(shí)候就是SSD硬盤掉速了，因?yàn)槌^緩存加速空間之后就不得不使用原始TLC/QLC性能，這個(gè)時(shí)候會(huì)很難看，寫入速度100MB/s左右很正常。

當(dāng)然，SLC緩存帶來的額外好處也不是沒有，那就是意外斷電時(shí)損失更小，畢竟SLC是存儲(chǔ)1位數(shù)據(jù)的。

具體的每家SSD廠商中，SLC Cache技術(shù)有不同的叫法，三星叫做TurboWrite，SanDisk叫做nCache，美光有Dynamic Write Acceleration動(dòng)態(tài)緩存加速技術(shù)。這些技術(shù)實(shí)際上也是分為不同類型的，有全盤SLC Cahce的，也有部分空間做緩存的，其中全盤模擬效果最好，但對(duì)空間浪費(fèi)是最大的，所以現(xiàn)在SLC Cache技術(shù)普遍是劃出部分空間，具體選擇多少空間是廠商綜合考慮的，10%以下可以，20%也可以。

另外，不論全盤還是部分空間模擬，實(shí)際上還有動(dòng)態(tài)及靜態(tài)SLC Cache之分，這兩種技術(shù)其實(shí)也是各有優(yōu)劣，美光的DWA就是動(dòng)態(tài)寫入緩存加速技術(shù)，它的好處就是在用戶用了不同容量之后都可以保持較好的加速性能。

總之，在SLC緩存上各大廠商有自己的選擇，緩存空間、緩存分配、加速策略都有可能是不一樣的，技術(shù)路線沒有高下之分，但不論哪種，SLC緩存空間用盡之后，SSD的性能都會(huì)暴露出應(yīng)有的水平，那就是TLC/QLC原始性能。

就是這一點(diǎn)，SSD硬盤如果使用的空間越多，那么剩余空白容量就越少，這對(duì)緩存加速越不利，所以性能就越低，這也是很多人使用SSD硬盤感覺越用越慢的根源，常說的掉速就是這么來的。

對(duì)于SSD掉速問題，除了特定問題導(dǎo)致的之外，如果是因?yàn)榫彺嬗帽M而掉速，那還真沒什么好辦法，除非不怕倒騰數(shù)據(jù)的麻煩，經(jīng)常把SSD硬盤安全擦除一下。

如果對(duì)掉速問題很介意，現(xiàn)在的選擇只有購買MLC硬盤或者購買大容量SSD，容量不低于1TB，越大越好。