自从三星在消费级SSD产品线主力980中采用无缓方案,从PCIe3.0到PCIe4.0,无缓的产品开始越来越多,但普通消费对它们抵触还是很大。无缓究竟是无良缩水还是可以接受的小便宜呢?

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01、DRAM——固态硬盘的“缓存”

在一般的网络讨论中,有DRAM的SSD一般称为“有缓方案/产品”,而有些则没有,被厂商称为DRAM-less,用户一般称为无缓。

固态硬盘将数据存储在一些被称为NAND闪存颗粒的内存单元上。在固态硬盘的使用期限内,数据会在这些单元中大量移动。在主控的控制下,它自动这样做,以确保没有任何一个存储单元因过度重复读/写而被超负荷磨损,提前达到颗粒使用寿命,这也是现在一般不建议高速固态硬盘分区的原因,因为分区可能导致(主要是老旧产品,目前主流的主控已经可以规避)数据只在某几颗颗粒中频繁读写。

因此,你的固态硬盘在使用时需要保持一个数据在硬盘上的位置图。这样,当你想启动一个程序,运行一个游戏或打开一个文件时,你的SSD就知道在哪里可以找到它并自动调取出来。该“地图”存储在SSD的DRAM上,即动态随机存取存储器中。

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一个有DRAM缓存的SSD

对于无DRAM的固态硬盘,很多人认为,没有DRAM意味着没有硬盘的“地图”。然而,无DRAM的硬盘其实有一个硬盘的地图;它只是放在你的设备的NAND闪存颗粒中。NAND颗粒的读写速度,当然没有DRAM内存的读写速度快,因此“调用地图”的过程,比起有缓存的产品,自然会慢。

02、DRAM≠SLC CACHE

当然,提到固态硬盘缓存大家还会知道一个SLC CACHE,也有很多人把DRAM缓存和SLC CACHE混为一谈。

而SLC Cache一般都是在TLC或者QLC闪存颗粒中,划分出一定的空间用来作为模拟SLC空间。这两者之间在物理上的就有本质的区别了,在DRAM缓存中的数据一断电就会消失,而在SLC Cache中的数据,如果没有擦除掉,是可以永久保存的。

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SLC CACHE颗粒空间占用巨大

理论上SLC CACHE是越大越好,但是在实际应用中,如果SLC Cache越大,占用的空间将会越多。一个TCL颗粒的240GB SSD,如果固件规划了SLC Cache空间大小为5GB,那么就需要占用20GB 的TLC颗粒空间。这时你拷入一个10G的文件,那么在5G数据传输后就会掉速,直到SLC Cache中的数据写入正常的TLC中,才会恢复SLC的读写速度。如果提供50G SLC Cache空间,那么需要占用200GB的TLC空间,如果硬盘的写入达到100GB了,那么50G的SLC Cache就失效了,之后就只能一直用TLC的读写。这就是所谓的“出缓掉速“。

SLC CACHE的出缓掉速影响比DRAM的出缓掉速大得多,因为DRAM缓存一般存储”数据地图“为主,大小1~4GB(1GB的最多),而SLC CACHE往往还把数据本身写入这个缓冲区。

采用SLC CACHE方案的SSD

还有一种使用全盘动态SLC仿真的SSD,全盘模拟SLC Cache可以让硬盘不管什么容量的时候都可以使用SLC加速。而缺点就是SSD在一次性跑满剩余空间的一半容量就会开始掉回TLC的速度,必须要等一定的空闲时间才能恢复,所以盘的剩余空间越小就越容易出现掉速的问题。但全盘模拟SLC CACHE的写入放大会大大加剧SSD寿命衰减。

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03、带DRAM的固态硬盘的优势

带有DRAM芯片的固态硬盘比没有DRAM的固态硬盘拥有更好的性能。对于内置独立缓存的SSD来说,独立缓存可以提高输入/输出(I/O)性能和耐用性。临时保存已从闪存读取的数据、要写入闪存的数据或地址映射表的DRAM要比NAND闪存快得多。你的电脑不需要在固态硬盘上寻找相关数据,而是可以直接进入高速DRAM找到读写地址表。因此,你的电脑不需要等待很长时间,SSD就可以检索或写入到它需要的数据。这将为用户带来更快的体验。

与此相反,一些厂商为了降低功耗、制造成本和外形尺寸,取消了SSD上的独立缓存,但导致了产品I/O性能不可避免的下降,尤其是随机4K读写性能的下降(频繁从相对低速NAND颗粒读取数据地图),因为无DRAM的SSD将数据地图直接存储到NAND闪存中。正如我们前面提到的,NAND内存比DRAM慢。不幸的是,这导致了较慢的整体性能。

此外,将地图直接存储到NAND闪存意味着对内存单元的磨损更大,因此数据地图的读写远比数据本身读写的频次高。这可能会大大降低SSD的寿命。这就是为什么无DRAM的SSD比有DRAM的SSD有更短的保修期的原因。

目前市面热门PCIe4.0 SSD代表性产品中,这些是有DRAM方案:三星980PRO(1GB)、西数SN850(1GB)、铠侠SE10(1GB)、惠普FX900PRO(1GB)、雷克沙NM800(1GB)、浦科特M10PGN(1GB)、京东京造9系(1GB)、英睿达P5 PLUS(1GB)、宏碁掠夺者GM7000(1GB)、致态度TiPRO7000(1GB)。

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04无DRAM的固态硬盘的优势

什么?无DRAM还有优势?虽然无DRAM的固态硬盘有一些缺点,但仍然有一些优点。

首先,无DRAM的SSD几乎总是比有DRAM的SSD便宜。其次,虽然无DRAM的SSD比有DRAM的SSD慢,但无DRAM的SSD仍然比传统的机械硬盘快很多,就读写曲线表现来说,采用最新主控方案的无DRAM方案产品实际上比早期MLC和TLC时代采用固定SLC CACHE方案产品的读写曲线更为顺滑。而且现在仍然有很多采用SLC CACHE方案的无缓SSD可以选择。

因此,如果你从机械硬盘升级到固态硬盘,即使你选择了无DRAM的固态硬盘,你也会看到速度的大幅提升。如果你的预算紧张,无DRAM的固态硬盘还是可以考虑的。

而且,市面上有不少名牌且性能口碑很高的产品,甚至是旗舰和准旗舰产品,它们也是DRAM-less。它们的如何无DRAM维持了高性能的?接着往下看。

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05、折衷:HMB 智能SLC CACHE拯救无缓盘“低端”印象

而一些较新的DRAM-less固态硬盘,就利用起了NVMe1.2以后的新技术特性——HMB(Host Memory Buffer),即主机内存缓冲来降低这个问题的影响。

由于NVMe接口在主机和SSD主控之间提供了非常快的传输速度,因此SSD主控可以访问主机内存而不会造成性能损失。此外,由于主机内存可以从主机的操作系统以及SSD主控访问,如果有效使用,可以获得更多好处。

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简单来说,HMB缓存技术就是使用主机内存(甚至是CPU缓存)的部分高速存储空间来提升SSD的I/O性能,并且由于它的设计不是为了替换SSD内置的独立缓存,而是作为补充,因此它不会从主机中消耗大量的内存,只需几十MB便能够满足用户需求,如三星的980固态硬盘,可以利用你的CPU的DRAM多达64MB来跟踪映射,而不是在固态硬盘层面使用DRAM。

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另外,传统的SLC CACHE发展到现在也开始智能化了,能够根据写入数据的大小、零碎程度,自动灵活划分出SLC CACHE空间,并在完成读写后,重新划分空间,在不浪费空间的情况下,提供尽可能高的缓存稳定性。例如三星的智能TurboWrite 2.0功能,将最大分配的缓冲区增加到160GB(只要空间允许)之多。

当然,现在新的SSD产品,还有采用HMB SLC CACHE方案的(如三星980),这种情况下,其读写性能和有缓方案的差距就更小了。而前面列表里,无DRAM产品中出现了很多准旗舰和旗舰级口碑产品,原因就在于此,由于采用了这种混合无DRAM技术,因此其性能并不比有DRAM方案低。

06、总 结

考虑到更好的性能和更长的寿命,小A建议大多数人选择带有DRAM的SSD。尽管如此,无DRAM的驱动器可能是你更好的选择,只要你知道其固有的缺点不影响你的应用场景,那么它的性价比更高。甚至某些旗舰级无DRAM产品性能不亚于有DRAM产品。

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