解讀固态硬盤的“4K性能”

　　在談到固态硬盤性能的時候，大家都會想到非常重要的“4K性能”，即4K随機讀寫IOPS。作為系統盤使用時，固态硬盤執行的讀寫操作中，4K随機讀寫占據了相當大的份額。

　　“4K性能”受哪些因素影響呢?閃存沒有機械活動部件，随機讀寫的效能比機械硬盤高出許多，但依然會受一些因素的制約，譬如閃存讀寫延遲、LUT(Look up table)效率。閃存的讀寫延遲基本是固定的，而LUT效率就成了影響固态硬盤“4K性能”的主要因素。

　　LUT填補了閃存與針對傳統機械硬盤設計的文件系統之間鴻溝，解決閃存不能覆蓋寫入、擦寫次數存在限制等問題。LUT可以被當成是一張邏輯地址(文件系統)與物理地址(閃存單元)之間對應關系的查找表。

　　根據LUT表的存儲位置，固态硬盤可以分為有外置緩存和無外置緩存(DRAM-less)兩種類型，後者因為省去了固态硬盤當中的DRAM芯片，在性價比上擁有更好的表現。但省去DRAM緩存理論上會對“4K性能”産生一些不利影響。下圖是東芝TR200固态硬盤，采用當前主流的DRAM-less無外置緩存方案。

　　DRAM-less方案也有LUT表，存儲在主控内集成的高速、小容量SRAM緩存當中。兩種方案的工作模式類似于字典中拼音和部首兩種檢字法。

　　拼音檢字表：有DRAM緩存，大腦中對字的讀音已經了解，可以快速查到這個字的釋義所在頁碼。

　　部首檢字表：無DRAM緩存，需要先找到部首，然後根據比劃數量最終找到頁碼，等于查了兩次表，完整的Look up table需從NAND閃存上讀出。

　　當然事無，東芝TR200主控内置了高達32MB容量的高速SRAM緩存，按照1MB:1GB的标準LUT容量，能夠覆蓋32GB容量的閃存空間，相當于常用數據無需二次查表，LUT效率提升的結果就是“4K性能”的大幅改善。由于SRAM比外置DRAM緩存速度更快，東芝TR200的4K單線程讀取速度達到了52MB/s以上。

　　PCMark 7和PCMark 8存儲測試成績也表明TR200具備不俗的性能，說明隻要主控硬件和固件設計得當，無外置緩存(DRAM-less)并不會給固态硬盤實用性能造成影響。

　　在RC100和BG3/4固态硬盤中，東芝還充分利用了NVMe協議中的Host Memory Buffer主機内存緩沖特性，通過借用主機内存中的一小段專用空間存儲LUT表，實現了更高性價比的設計目标。