當今社會處於一個信息爆炸的大數據時代，對超高速、高帶寬、大容量、高密度、低功耗和低成本的超高性能計算需求呈爆發式增長，而人工智能的出現更加速了這種趨勢，因為它需要大量的數據進行訓練。然而，大量的數據需要存儲，目前市場上有機械硬盤和固態硬盤兩種，暫且不說這兩種形式的硬盤的優劣，它們共同存在一個掉速的問題。即我們要說的主題，固態硬盤掉速原因解析。固態硬盤速度降低原因主要有：4K對齊、SLC Cache加速技術、固態硬盤散熱等因素。
首先，我們瞭解一下固態硬盤的順序讀寫和隨機讀寫，對現實使用的影響。
固態硬盤順序與隨機讀寫的現實體會
存儲廠商在出售存儲商品時，會標出它們的信息，我們可能經常關注讀寫速度，感覺越高越好，但是讀寫有順序和隨機，它們之間到底是怎樣的關係？是誰決定了使用快慢呢？今天我們TR200的測試參數為例（TR200是一款基於AHCI協議的SATA接口的固態硬盤）。
順序與隨機指的是每次數據存取請求對應的地址是否連續。Windows系統採取“見縫插針”的策略進行數據寫入，多任務系統下各進程對硬盤位置的讀寫請求也變得更為隨機化。
隨機存取速度快是固態硬盤相比機械硬盤的一個重要優勢，在各種硬盤測速軟件中，隨機讀寫性能也佔據了較大的評分權重。通過AS SSD測試軟件得到的結果，與當前主流相比，不相上下，不錯的的4KB隨機讀取效能優勢，有助於提升家用電腦日常使用條件下的性能表現。
存取區塊大小影響
系統盤的IO請求中4KB隨機讀取佔據了相當大的比重。但是順序讀寫速度同樣具備自己的價值。順序讀寫並沒有固定的區塊大小，HDTune默認使用64KB區塊進行順序讀取測試，空盤下東芝TR200可以測得473.6MB/s的順序讀取速度。
但若更改設置，將測試區塊增大到8MB，順序讀取速度則相應提升至532MB/s。
硬盤在電腦中面臨的複雜使用方式，隨機與順序讀寫、不同區塊大小、不同隊列深度下的性能表現都會有較大的出入。
固態硬盤4K對齊操作對齊的到底是什麼？
在購買和使用固態硬盤的過程中，大家一定都聽說過“注意4K對齊”這個提醒。那麼4K對齊到底對齊了什麼？為什麼它如此重要？4K對齊對固態硬盤的性能影響到底有多大？
硬盤和文件系統對數據的管理：
在機械硬盤時代，一個硬盤扇區的大小是512字節。操作系統管理硬盤空間的最小單位是分配單元（舊稱簇），早期文件系統的一個分配單元大小也是512字節，所以文件系統層面的分配單元和硬盤上的物理扇區總是能夠做到一一對應關係。
NAND閃存的最小讀寫單位是Page（頁），它的大小隨著閃存的發展而不斷變化。目前普遍認可的閃存Page頁大小是4KB（實際大小是16KB，但主控對4KB做了充分優化），為了與過去的機械硬盤兼容，固態硬盤將一個4KB頁模擬成8個512字節扇區，這樣操作系統就不會覺察到有任何變化。
目前Windows系統常用的NTFS文件系統格式默認文件分配單元大小恰好也是4KB。但不幸的是為了容納文件分配表等元數據，硬盤分區並不是從0扇區開始的，傳統上第一個硬盤分區的起始扇區是63，即31.5KB的位置，如果分區從這個位置開始向後排布將難以與硬盤的物理扇區4K對齊。
4K不對齊的結果就是4KB大小的文件分配單元總是會跨越硬盤上的4KB物理扇區，一個分配單元的內容讀寫需要相鄰兩個物理扇區才能湊齊，大大降低了讀取性能，同時也增大了固態硬盤的寫入放大率。
4K對齊就是要讓所有硬盤分區的起始位置與硬盤物理扇區對齊。目前Windows 7以後的操作系統在建立分區時已經能夠自動對齊，只要不使用過時的DOS或PE工具箱分區軟件，就可以避免4K不對齊的問題。
SLC Cache加速技術
什麼是SLC Cache加速技術？
常見的方案是SLC Cache（SLC緩存），它的意義就是用SLC當緩存提速，但是這意味著要損失一部分空間，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。
不同的存儲廠商，SLC Cache技術有不同的名稱，三星叫做TurboWrite，美光有Dynamic Write Acceleration動態緩存加速技術，Phison Dynamic SLC Cache。
閃存製造廠商為了讓TLC固態硬盤獲得更高的產品性能，會在既有的固態硬盤裡面劃出一部分空間，模仿SLC NAND Flash的工作機制，讓其在每個Cell中只寫入1bit的數據，只有兩個電壓狀態能夠很快寫完，所以TLC固態硬盤也就有了較高的速度性能，當實際數據寫入量大於SLC Cache區域的大小、超出其臨界值以後，這部分空間便不再具有SLC Cache緩存的作用，重新變成TLC區域。
下面給大家舉個例子，就會發現SLC加速技術對固態硬盤性能影響有多大，我們採用的是HD Tune軟件，固態硬盤容量是250G，顆粒是TLC，我們向固態硬盤寫入一個大小為100G的文件，檢測固態硬盤在什麼時候速度降低，就是其SLC Cache的大小。
如圖所示，大約在18~19G的位置，固態硬盤開始速度降低，速度由SLC速度掉至TLC，然後一直保持下去，由此我們可以確定這款固態硬盤的SLC Cache 容量大概佔固態硬盤總容量的10%，這個數字也是很多廠家採用的SLC容量，也有部分固態硬盤採用20%，現如今部分固態硬盤選擇將全盤動態劃分SLC Cache區域，SLC Cache的大小會隨著SSD的實際使用容量而變化，這樣就可以避免SLC Cache區域寫完後降速的情況了。
關於固態硬盤速度降低的部分就和大家分享到這裡，主要介紹固態硬盤正常因素的速度降低，不包括固態硬盤由於壞塊導致、部件損壞等導致的原因，也是為了讓大家對固態硬盤有更加深入的瞭解，對存儲行業有比較好的理解。大家如果有其他想要理解的部分歡迎留言或者私信。
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