硬碟殺手SSHD混合碟評測:發展演進到架構解析,與純SSD混戰拚速度

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章節目錄:

第一章:SSHD發展太慢是敗筆,產品價格兩樣情

第二章:混合碟的加速基礎就是學習,微軟亦為SSHD推手

第三章:智慧學習就是監控你,快取未必大就是美

第四章:選對軟體才能看見效益,概觀效能SSD輕鬆勝

第五章:SSD、SHD僅數秒之差,改觀就別再困惑

SSHD加速基礎就是學習

前面談論到固態混合硬碟應用彈性,以及每GB儲存成本等面向內容,其重點在於相同花費代價下,使用者可以得到怎樣的結果。接著進一步來探討其架構特性,還有真實應用面的兩三事,來看它究竟是何以達成加速效果。

延遲反映的即為速度

無論是固態硬碟,或者固態混硬碟,還有其他土砲混合等解決方案,都脫離不了「快閃記憶體」。傳統硬碟存取性能表現,通常取決於主軸馬達轉速,以及所採用碟片的磁錄密度規格。無論規格如何,都無法跳脫資料散落在碟片各處,磁頭懸臂檢索資料得疲於奔命移動,導致延遲時間較高的限制。

再者,碟片用來紀錄資料的磁軌,受制於碟片屬於圓形設計,每圈長度與可規畫磁區數量都不同。由於主軸馬達轉速屬於恆定設計,因此存取速度會有內外圈落差,無法提供相近甚至是一致的表現。基於種種機械動作的物理限制,即便性能也持續提升,仍然無法追上固態硬碟。

當前普遍採用的快閃記憶體,大多屬於NAND Flash架構類型,廣泛應用在固態硬碟、記憶卡等裝置上。其結構沒有機械元件,內部是由電晶體構成陣列,透過電壓與電流控制閘極狀態,來達成資料紀錄或讀取動作。特點是延遲時間短,不到硬碟硬碟的2%或更短,存取速度快而且趨近線性。

磁碟I/O成為效能瓶頸

快閃記憶體誕生於1984年,過去除了應用在記憶卡產品上,也少量以儲存裝置型態應用在工業電腦、航太設備等環境。現今所謂的固態硬碟(Solid-State Disk),特別是長2.5吋、9.5mm、SATA介面這模樣的,是在2000年代後期才出現。嚴格說起來,固態混合硬碟起源時間相近,只是量產上市相差一段時間。

要說固態混合硬碟就不得不提到微軟,Windows Vista開發設計之初,即構思以快閃記憶體來為硬碟加速。因為在當年,處理器已經發展至一定性能階段,系統使用中有不少時間,都是在等待硬碟餵食與寫入資料。也就是說,磁碟I/O總是跟不上處理器速度,這議題過去曾經常被討論到。

微軟亦為SSHD推手

當年已經有USB隨身碟,微軟發想應用之一ReadyBoost,就是透過它存放快取檔案。藉由分散硬碟存取負載量,改善的是系統執行流暢度,並無法提升硬碟存取速度。其實在相近年代,Intel也為Centrino筆電平台,設計出效用相似的TurboMemory,該產品猶如現今mSATA固態硬碟前身。

硬碟殺手SSHD混合碟評測:發展演進到架構解析,與純SSD混戰拚速度

硬碟殺手SSHD混合碟評測:發展演進到架構解析,與純SSD混戰拚速度

以HD Tune Pro測試為例,在存取時間項目可看到固態硬碟是0.163ms,多數個人用硬碟則在12ms以上,兩者差距達73.6倍之多。顯示純電子運作的固態硬碟,在資訊檢索搜尋等動作上,勢必遠遠優於機械結構的硬碟。

硬碟殺手SSHD混合碟評測:發展演進到架構解析,與純SSD混戰拚速度

隨著固態硬碟普及,ReadyBoost逐漸逐漸失去應用價值,畢竟透過USB隨身碟為系統加速,還存在傳輸介面速度、裝置性能等變數影響。當系統使用一定性能固態硬碟時(Windows判定依據以4K速度為主),反而會拒絕提供ReadyBoost功能,以避免造成反效果。

有效改善儲存裝置存取性能,是微軟計畫中的一部分,當年如Seagate等廠商都曾參與。這亦即是固態混合硬碟的前身,為硬碟加入快閃記憶體,用以儲存特定快取作用的檔案,如此便能改善硬碟速度。只不過其推廣時程推延許多,早年只有Seagate推出Momentus 5400 PSD,這款近乎實驗性的產品。

同為SSHD但架構有別

時至今日,Seagate、Toshiba、WD等3大硬碟廠,都已經有固態混合硬碟產品。Seagate與Toshiba設計方案,是在既有硬碟電路板上,加入快閃記憶體與必要的控制器,並搭配相關的韌體層功能。其特點是無須驅動程式,或者特定應用軟體搭配,消費者真實操作使用程序,和傳統硬碟完全相同。

WD方案則是具有混血色彩,整合在電路板的元件並非一般快閃記憶體,而是來自SanDisk的iSDD。這是和eMMC相似的產物,內建固態硬碟控制器,並且採用小型化封裝生產。使用時還得安裝ExpressCache軟體套件,方可構成固態混合架構,但真實使用體驗異於前述方案。

我們過去也曾經介紹過土砲Hybrid硬碟議題,像是來自Marvell磁碟控制器的HyperDuo,還有Intel晶片組Intel Smart Response Technology等。這2種磁碟控制器附加功能,都是由韌體層與軟體配合控制,使用者必須參與部分組建設定動作,WD方案看來猶如這的翻版。

重複率為熱檔判定依據

前述各方案,運作原理大同小異,都是透過控制核心監控硬碟讀取動作來達成。對於經常讀取且耗時的資料,會自動將其標記為熱檔,並且從硬碟讀取至快閃記憶體製做成熱檔(快取檔)。熱檔判定基本依據普遍是短時間內使用3次,而且以可執行程式之類檔案為主,各家實際演算法、判定標準不盡相同。

共通特性是系統再次檢索相同檔案時,控制核心能直接從快閃記憶體內讀取出來,如此達成加速系統開機,以及縮短應用程式啟動執行速度目的。這些方案主要是用來改善硬碟的讀取速度,熱檔標記與快取製作都是在背景自動執行,使用者是無以察覺其執行動作。

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Amigo
1.  Amigo (發表於 2014年3月26日 22:17)
我的考量多了耗電量:http://amigotechnotes.wordpress.com/2013/12/11/buffer-and-cache-in-hard-drive-and-operating-system-explains-the-ssd-cache-size-of-your-sshd/。另外要注意,SSHD 的耗電量在同時有 HD 與 SSD Cache 寫入時,比 SSD / HD 來的更高,根據 http://amigotechnotes.wordpress.com/2013/12/31/match-hard-disk-startup-current-with-power-adapter-output-current/ 的電壓與電流的說明,有造成無法輸出穩定電壓的可能。
Ken
2.  Ken (發表於 2014年3月27日 01:13)
我是直接 240G SSD 當系統碟, 2T HD 當資料儲存
覺得好像沒有 SSHD 可以用的地方 ╮(╯_╰)╭

另外就是不太喜歡增加常駐程式 囧rz
bisheng
3.  bisheng (發表於 2014年3月27日 11:46)
※ 引述《Ken》的留言:
> 我是直接 240G SSD 當系統碟, 2T HD 當資料儲存
> 覺得好像沒有 SSHD 可以用的地方 ╮(╯_╰)╭
>
> 另外就是不太喜歡增加常駐程式 囧rz

Seagate 方案不用裝軟體,Toshiba 如果沒變也是,
目前確定要裝的只有 WD。

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