SSD为何会掉速 了解缓存外速度

这里我们先简单回顾一下之前多次提到的闪存芯片类型，也就是SLC、MLC、TLC、QLC等等。它们能存储不同容量的数据，其实就是对电荷容量的区分方式不同，要想存储更多数据，就得更细致地区分存储电荷的量（图1），呈现出更多的“电平”状态，在存入电荷时的控制肯定更复杂，使得存储速度更慢。

但是，在主流闪存芯片从SLC发展到TLC的同时，SSD的速度却是越来越快的，这又是为什么呢？除了技术进步提升了闪存芯片的运行速度、主控芯片的处理速度外，最重要的一点就是使用高速缓存。在向在SSD运行，特别是写入文件的时候，我们常常会发现它的速度有点奇怪，有可能突然从高速下降至较低的速度，也就是所谓的SSD“掉速”问题。其原因主要是SSD的高速缓存容量用完，因而“暴露”了闪存芯片的实际写入速度，一般被称为“缓存外速度”。这本来是比较正常的情况，但常常因为厂商的刻意淡化甚至隐瞒，乃至偷偷更换配置而带来的变化，成为购买和使用中的“大坑”。SSD里拷贝数据时，大量数据实际上是先存储在缓存里，再逐步转移到闪存芯片里。但当缓存装满了之后，数据存储的效率下降，甚至有可能是直接向相对低速的闪存芯片中写入，存储速度会有所下降（图2），就是前面提到的闪存芯片实际存储速度“暴露”的时候了。

所谓的缓存，在很多高端SSD中是大容量DDR缓存芯片，其实就是内存芯片（图3），其大小一般是SSD总容量的1/1000，比如500GB SSD配512MB缓存、1TBSSD配1GB缓存。它们的读写速度都远高于闪存芯片，而且因为是独立芯片，所以设计合理的话可以一边缓冲新数据，一边把老数据平稳地送进闪存芯片，进而提供远超自身容量的高速、平稳写入数据量，有些甚至可以做到SSD全容量写入基本不掉速（图4）。

目前的入门和主流SSD常常采用另一种“同片”缓存，即在闪存芯片（目前一般为TLC或QLC闪存）中划出一部分只记录高低两种电荷状态，其实就是当作SLC使用（见图1）。这样牺牲了一些数据容量，但可以换取更快的写入速度，这部分就作为整个SSD的写入缓存使用。和独立的高速缓存芯片不同，这些位于同一芯片上的SLC“缓存”很难做到一边缓冲数据，一边将其中的数据写入“主容量”，而是用完就没有了，一旦写入的数据量超过缓存容量，就只能以TLC的实际速度写入数据了，如果主容量速度太低，写入速度会“断崖式”下降（图5）。

这种设计还有一个很明显的问题，就是在SSD的容量使用较多时，会不得不压缩SLC缓存，释放出更多空间（图6），此时再写入数据就更容易出现缓存外速度下降的情况。

当然，从成本和大多数实际情况来看，同片缓存其实很实用，毕竟绝大部分时候我们不会连续写入数十GB的数据。但目前有些产品可能会偷偷地更改闪存芯片选料（图7），如果是同片缓存设计，那么改成了性能更差的闪存芯片后“缓存”的性能、超出缓存后的闪存自身存储速度都会受到影响，当然对整体速度的影响就更明显了。

由于厂商很少在更换闪存时公开说明，因此除了盡量选择拥有独立缓存的型号外，在选购无独立缓存的入门、中速SSD时（主要是M.2SSD），首先一定要搜索一下是否有相关的报道，如果有，那么确认出现这一问题的SSD是否在产品编号上有变化，购买时与销售确认编号、性能。购买到手后，则应马上使用HDTune的“文件基准”测试，将文件长度设定到50GB以上进行写入速度测试（图8），如果出现过快的掉速，或者掉速后的速度实在太低，可以尽快申请退货。