用在筆記本電腦上的固態硬盤,散熱和緩存哪個更重要?

蔡琰Yc


固態硬盤因其出色的讀寫速度,小巧的外形和逐漸下降的價格,深得用戶的喜愛。無論是新裝機還是升級舊電腦,固態硬盤已經成了首選配件。

回到問題上,從固態硬盤用在筆記本和有石墨烯散熱這兩個條件可以判斷,這是兩款不同規格的M.2固態硬盤,一款有緩存但無散熱片,另一塊正好相反。

先給出我的答案:選擇有緩存的那一款!

從使用角度考慮,固態硬盤無論是削減緩存還是散熱不良,都非常影響硬盤的使用效果,這二者最好兼備。從現實角度出發,受限於預算,魚和熊掌不可兼得,只能做出妥協,那麼如何選擇就顯得非常重要。


緩存的作用

緩存是一種DRAM顆粒,它與電腦中的內存顆粒相似,讀寫速度非常快,作用在數據和閃存顆粒之間為緩衝。不過其在掉電時無法保存數據,比較注重數據安全性的硬盤會在硬盤上設置缺電保護電路,能夠為緩存提供短時間的電力供應,使其有時間將數據寫入到閃存裡。

通常情況下,固態硬盤由主控、PCB、緩存和閃存組成,但並非缺一不可,許多低端的固態硬盤為了節省成本,會將緩存取消,並不影響硬盤的使用。

但是能取消並不代表緩存不重要,相反它直接影響著硬盤的讀寫速度,沒有緩存的硬盤性能通常比較低。


這要從固態硬盤的工作原理說起,當數據需要寫入硬盤內部時,首先會寫入緩存中,由於它的速度非常快所以效率很高,特別是寫入數據小於緩存容量時,基本上硬盤就是以緩存的性能來寫入(不過受限於接口的速度)。數據寫入緩存後,在由主控分配,寫入每個閃存的指定區域,這段時間用戶察覺不到。當寫入數據大於緩存容量,多出來的一部分才是以正常閃存的寫入速度進行工作,所以當我們在複製大文件時,能看到前期速度快,然後突然速度掉下來。

當數據需要讀取時,由於數據是分別存在每一個閃存顆粒中,硬盤主控會先建立一個FTL表以追蹤所有數據的位置。緩存速度更快,於是將FTL存在其中能顯著提高讀取能力。沒有緩存的話就只能存在閃存中,速度相比之下會慢一些。


這裡還要強調另一個概念,就是固態硬盤的SLC緩存,這是一種用其它顆粒模擬SLC顆粒的工作模式,並非真正的物理緩存。

目前大多數固態硬盤採用的閃存顆粒是TLC,檔次高用的是MLC閃存,低端的有用QLC閃存,但是從速度和耐用性上來說還是SLC最好,不過成本最高。以常見的額TLC顆粒為例,一個TLC單元能夠寫入8個數據,而SLC單元只能寫入兩個數據,所以速度比較快,但是容量低。硬盤廠商會把一部分TLC顆粒僅寫入兩個數據,當做SLC來用,等待硬盤空閒時,再將數據逐漸導入其它TLC顆粒裡面。

SLC緩存並非固定某一區域,根據各個主控的算法策略,可能採用不同的TLC區域作為SLC緩存,已達到平衡磨損的效果。


綜合來看,無論固態硬盤是寫入還是讀取數據,緩存都能達到加速的目的,並且配合主控能夠更好的平衡數據寫入位置,使得固態硬盤的壽命延長。


固態硬盤的溫度影響

電子產品都會發熱,不過相比來說固態硬盤的比較特殊,它根據硬盤不同性能、不同使用狀態等有不同的發熱量。M.2固態硬盤的讀寫速度比普通的SATA固態硬盤要快得多,普通的機械硬盤更加難以望其項背,不過超快的速度下隱藏著發熱量比較大的弊端。

根據長期的測試證明,50攝氏度到55攝氏度是固態硬盤的最佳工作溫度,太高和太低都會影響硬盤的正常工作狀態。同樣是固態硬盤,為何M.2硬盤的發熱這麼高?主要是以下兩點原因。


  • 性能強

固態硬盤存儲的過程,實際上是對閃存顆粒內部施加不同電壓,以改變內部狀態的過程。M.2速度快,代表著電壓的更改頻繁,閃存顆粒的發熱隨之增大。

除了閃存外,主控也是比較大的發熱區域。主控總體來說就像一個小型的電腦,內部集成了ARM架構微型的CP,由它運算所有的命令。好的主控處理能力強,功耗和發熱也比較大一些。


  • 體積小

M.2硬盤的按尺寸來分有三個規格,2280、2242、2230,前面的22代表寬度22毫米,後面的80、42和30代表三種不同的長度。

從規格上說,即使最大的也就80x22mm,相比2.5寸SATA固態硬盤的100x69.9mm,它的面積非常小,而且厚度也不如SATA過她一片。面積小,那麼所有的電子元件會很集中,熱量聚積不易散發。

沒有輔助散熱的固態硬盤,在讀寫數據量非常大的時候,可能會達到上百攝氏度!這時候硬盤的速寫速度會嚴重下降,並且影響到內部元件的壽命!為防止此現象發生,廠商會為固態硬盤表面設計安裝散熱片,幫助硬盤散熱。


綜合判斷,選擇有緩存那一款更為妥當

從以上關於緩存和溫度的分析來看,這兩樣都能影響硬盤的工作表現,但是綜合以下幾點原因來看,緩存顯得更加重要。


  • 緊迫性和即時性

上文中說道緩存的作用,從總可以看出如果固態硬盤缺失緩存,那麼它的速度會降低,而且是即時降低,不會有緩衝的過程。我們為筆記本升級固態硬盤,看中的就是它的速度,所以要儘量選擇有緩存的版本。

而散熱片則不同,固態硬盤的溫度有個上升的過程,並不會剛開機就達到最高溫度。在硬盤還沒受到高溫影響之前,它的狀態和速度是正常的。

筆記本換固態硬盤,通常是看中其出色的隨機讀寫能力,用它來當做系統盤以提高系統流暢性,這並不涉及非常大的讀寫數據量。即使用它來作為存儲盤,正常家用也不會反覆寫反覆刪,使固態硬盤持續在高速運轉當中。讀寫量不大的時候,固態硬盤的發熱量也不會很大,現在許多筆記本標配的固態硬盤很多都沒有散熱片,也不影響正常使用。

從這一點來說,溫度上升是緩慢並且可控的過程,而沒有緩存則立刻會降低性能。


  • 可替換性

這個就更加容易理解,散熱片能自己裝,而緩存則不能。

圖中左側是DRAM緩存顆粒,採用的是BGA接口,用專業焊臺將顆粒焊在PCB板上,普通用戶無法自行拆卸安裝。即使拿到有專用設備的維修店也無濟於事,因為緩存的大小、類型等參數要和固態硬盤的主控相匹配,否則就無法工作,並不是隨便拿一個緩存顆粒焊上去就行。再退一步,就算拿到了相匹配的原廠顆粒,也會受到維修員的技術影響,可能工作不穩定。算上購買和安裝成本,比買一塊帶緩存的固態硬盤還貴,完全犯不上。

題目中說的石墨烯散熱並不是什麼黑科技,只是導熱性比較好的材料而已,而且價格也不貴。除此之外也有其它選擇,網上有各式各樣的散熱片出售,能夠適應不同尺寸的硬盤,安裝很方便。甚至還可以根據筆記本的空間進行定製,這種散熱方案也非常靠譜。

甚至可以先不要散熱片,看下裸片狀態下硬盤能否適應,如果能行完全可以就這麼用。如果影響較大或者以後天氣原因溫度升高,那時候再加散熱也不遲。

以上兩點說明選擇有緩存的固態硬盤更穩妥!


使用固態硬盤的注意事項

從題目中來看,還是做了不少功課的,對固態硬盤的速度、協議、顆粒、尺寸,再加上有疑問的緩存和散熱,都一一做了比較,基本涵蓋了固態硬盤的所有參數。

這一段主要介紹下固態硬盤使用中常見的注意事項。


  • 禁止磁盤碎片整理

系統中的磁盤整理是針對機械硬盤設計的優化程序,它將硬盤中不連貫的碎片文件通過寫入刪除的方法使其儘量轉移到同一個扇區,這樣可以減少磁頭的尋址時間,加快系統響應速度。而閃存顆粒有擦寫壽命的限制,需要將文件均勻分散在不同的區域,使多個閃存壽命儘量保持一致。磁盤整理會白白耗費擦寫次數影響固態硬盤的壽命,而且會使硬盤性能降低。


  • 需要4K對齊

硬盤數據最早是以512b為基準扇區大小進行讀寫操作,隨著硬盤容量增加,改為了4KB大小 ,然而根據早期的NTFS規範,數據寫入的位置會落在兩個4K扇區之間。這樣一來,即使寫入的數據遠遠小於4KB,也會同時使用兩個扇區。如此速度會降低,而且增加硬盤不必要的寫入次數,

4K對齊是以空出某些扇區為代價,使物理扇區和4KB的文件系統精準對齊,這樣就不會出現上述的情況。

4K對齊可以使用系統原版鏡像的分區工具或者Disk Genius第三方工具進行對齊,並在安裝好系統後使用AS SSD Benchmark軟件檢查是否成功對齊,如果未對齊不必重新分區,使用Paragon Alignment Tool軟件可進行無損對齊。


  • 容量不能太滿

這裡需要提到寫入放大的概念,簡單來說,固態硬盤的邏輯單元是“頁”(類比扇區),由多個頁組成“塊”,數據讀寫時以“頁”為單位,而刪除時只能以“塊”為單位,並且“塊”只能先擦除再寫入。

硬盤寫入的太滿,閃存顆粒就已經沒有空閒的“塊”,但是有很多空閒的“頁”存在(剩餘空間),這時候再往裡寫入數據,主控只能先把“塊”中已經寫過的頁的數據先提取,再將“塊”整個刪除,再把提取的數據和準備寫入的數據一起存到“塊”裡面。本來只是一次寫入操作,實際上閃存顆粒分別進行了一次擦除和寫入的過程,這個就是寫入放大。

硬盤存的越滿,寫入放大現象就越明顯,為避免此問題,一般來說需要保留所有容量的百分之二十左右。


總結

從上述的多個角度考慮,顯然採用有緩存那一款更合適。除此之外,本文還介紹了一些使用固態硬盤的常見注意事項。


固態硬盤雖然性能強,可以大幅提高系統和軟件的速度,不過由於它的原理和特性,也有著諸多禁區,不當的操作會傷害到固態硬盤,尤其需要注意。

希望我的回答能夠幫到你,謝謝。


硬件有多硬


筆記本固態的散熱要求還挺高的。

我前段時間入手了一塊NVMe SSD三星的PM981a。

給你看看我主動散熱之後的效果

我說的主動散熱是我給他加了銅管,並且引向了風扇的位置。

如果不加這個銅管,僅僅只是被動散熱的話,並且在不開風扇的情況下,很容易就上到70度去了。

根據我自己的測試數據,如果你連續長時間讀寫的話,那麼如果是被動散熱的情況肯定會有降速的情況出現,就是因為過熱導致的降速,因為這個時候溫度可能會超過80度。

我用HD tune測試的時候,如果溫度超過80度時,一定會有降速觸發的。


可以看到 在連續讀寫到110GB左右的位置,由於磁盤溫度過高出現了降速,溫度下降之後又很快回到了原來的位置,並且在後續再一次降速。

這種反覆橫跳的情況 就是溫度引起的,而不是緩存DRAM用盡引起的。


所以,對於這個問題的回答,溫度優先級要高於緩存容量優先級。

NVMe固態的連續讀寫速度越來越高,這塊的散熱也成了巨大的瓶頸,原先的被動散熱可能已經不太夠用了。


羞恥地匿了


“硬盤乃數據之倉庫,內存取出數據交於CPU處理之。”可見硬盤的家庭地位著實不能小瞧,它的讀取速度決定了整臺電腦的流暢性。相信看完今天的科普,能讓您找到答案。固態硬盤與機械硬盤不同,它並非採用磁盤存儲數據,而是採用了存儲芯片。這個芯片被大家稱作為閃存顆粒,而根據不同閃存的工作原理,聰明絕頂的設計師將閃存芯片型號分別命名為SLC、MLC、TLC和QL。

目前主流的硬盤考慮到成本和性價比都是使用MLC、TLC的閃存顆粒,不要覺得它很弱,其實很平民很常見。而目前生產這些的閃存顆粒廠商主要有三星、東芝、閃迪、英特爾、海力士、鎂光等。其中三星和英特爾作為半導體行業的巨頭,擁有著自在極意功孫悟空的實力,實屬強勁。瞭解完了固態硬盤的身體,我們來了解一下它的大腦吧。如果說存儲著數據的閃存顆粒是整個固態硬盤的身體,那麼操控這些數據和調度各個元件之間合作的主控芯片就是它的大腦。主控很重要,假設你有一個無敵的閃存芯片,卻沒有搭配一個合適的主控,那麼你會像一個雖有著渾身武力值但是智商跟不上的鐵憨憨。可以說,一款主控芯片的好壞直接決定了固態硬盤的實際體驗和使用壽命,而主控芯片也有不同的生產廠商。

根據戰鬥力劃分分別是Marve11、三星、慧榮、群聯,而說完了固態硬盤的閃存顆粒和主控芯片。就不得不提提最後的緩存了,硬盤跟CPU一樣,也有緩存,緩存能夠有效地提高硬盤的工作效率,提前寫入部分數據。當然也有不少低端固態沒有緩存,或者緩存容量較小,這就導致了這些固態硬盤在讀取或者寫入文件的時候變成幾秒的速度,前面的速度還算正常,可要不了多久速度就會降下去。甚至有的掉速後不如機械硬盤,你說你這個硬盤那到底還有什麼用?瞭解完了固態硬盤的三大件知識,接下來說它的接口類型,固態硬盤根據不同的接口類型有著不同的最高速度,例如sate接口的方盒子最高速度上限為600MB/S,而M.2口香糖接口或者PCIE接口的硬盤最高速度上限可突破3000MB/S。

不要看到這恐怖的速度差距就感覺sate前途渺茫,其實在不移動大文件的情況下,日常使用、打遊戲等,sate接口你的固態真的就夠用了。就算你用上最高端的PCIE固態,日常使用也很難用出什麼差距,這裡再加一句,有的M.2接口的固態走的是sate協議,與方盒子並未本質區別。而有的主板上的接口是sate.2接口,最高上限速度只有300MB/S,與600 MB/S的sate3接口區別過大,用上方盒子固態會被限速一半左右。所以在選購硬盤之前,不僅要看好顆粒主控緩存,還要看準接口類型,免得一不小心就買到個花錢糟心的貨。

硬盤在電腦裡屬實是個狠角色,不知道大家有沒有遇到過這種情況,電腦開機時間過長,點開軟件一直加載都打不開,動不動電腦就白屏無影響。其實這些都是硬盤過慢的症狀,哪怕給你用上i9 9900k也無法避免,畢竟硬盤過慢,一直輸送不出數據給CPU處理。那你的電腦也只有愣著發呆了,想要日常使用的流暢和穩定體驗,個人推薦大家使用速度較快的固態硬盤裝系統。買個價格較低容量較高的機械硬盤裝文件,保證了日常系統的穩定流暢的同時又擁有了較多的容量空間,實屬明智的做法。

可能很多人對硬盤不太瞭解,其實應該很多人都聽過一句話,就是說硬盤就是硬盤,它只負責數據讀取,關遊戲性能什麼事。其實這句話有它的道理,但是又不完全正確。硬盤其實就是數據的倉庫,它負責了數據的存儲和讀取,它的好壞也決定了數據讀取時的速度。比如你下載了電影,硬盤的容量越大就能放下更多的電影,而硬盤的速度越快也就越能更快地打開視頻看劇了。而電腦系統其實就是一個大型的軟件,它存放在硬盤裡面,所以這就解釋了為什麼大家都說要買一塊好一點的硬盤拿來裝系統。

這樣不僅系統開機更快,日常使用系統的時候也能得到更快的響應時間。而你的遊戲和其他軟件並不是每時每刻都在進行讀取和存儲,例如LOL和絕地求生,你把它放在容量更大速度更慢的硬盤裡面,其實只會影響遊戲的打開和響應時間,以及讀取的時長。而遊戲性能什麼的都取決於你的CPU和顯卡,不關硬盤什麼事,反正用超慢的機械硬盤安裝LOL,進遊戲之前就算他們雙路泰坦也得等你加載完畢。瞭解完硬盤的基礎知識,我們來看一波機械硬盤的構成操作吧,上面也講到,固態硬盤是由其芯片存儲數據的,所以數據相較於機械硬盤而言更快。而機械硬盤則是採用磁盤存儲數據,原理就是機械硬盤內的磁盤高速旋轉,有磁頭上寫入或讀取數據,所以說從理論上而言磁盤的轉速越快,讀寫操作的速度也就越快。

當然這是理論,在某寶上的什麼萬轉硬盤不是真的都要比千轉快,別被這單一的數據嚇唬住了,影響機械硬盤性能的指標多了去了。不單單隻有磁盤轉速這一個因素,而在大佬西數對自己機械硬盤的分類中,又有藍盤、綠盤、紅盤、黑盤,這些分別對應了企業專用、平民首選、平民很愛、不怎麼常見等。這些機械硬盤的在目前的容量都是1TB起步,10TB開衝,就普通的家用而言,1TB的機械就夠了。下載不少遊戲後還會有一定的剩餘空間,至於更大的容量就是看你是否有視頻剪輯的需求了。

目前的2TB機械價格都在400元以內,比較推薦希捷的酷魚或者西數的藍盤,他們都有不少的用戶基數,不會隨意的就爆炸昇天,但是機械硬盤就是比較慢,1TB的家用機械和128G的sate固態來說速度相差了3倍以上。你的電腦能裝多少個硬盤,得看你的主板上有多少個硬盤接口,一般情況下的家用電腦都可以裝5個硬盤以上,機械硬盤和固態硬盤可以隨便裝,不存在兼容與能否使用的問題,當然,機械硬盤也有數據保存沒有固態那麼安全,體積較大,結構複雜等缺點。說到最後,不管想選擇哪個都是看自己的經濟能力和喜愛程度。




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