闪存为Vista加速 Ready了吗？

概述篇：受命于危难之际？

前言

2005年秋季IDF上，英特尔首次披露了Robson技术，标志着闪存即将进入计算机的存储器系统架构中。根据该公司的计划，2007年5月被称为迅驰4的Santa Rosa移动平台发布时，并在先进的P35芯片组中也预留了它的位置。微软的Windows Vista统赋予了U盘前所未有的加速功能，与此同时，混合硬盘（Hybird Hard Disk Drive）和固态盘（SSD，Solid State Disk）也已经就绪。闪存的介入的问世是否标志着现代计算机系统开始又一场革命呢？

这是一个很难回答的问题，也许我们可以通过集ReadyBoost和ReadyDrive为一身的Turbo Memory来进行研究，它比U盘更专业，比混合硬盘和固态盘更接近于中国的用户，相信也有许多消费者正在为是否选择搭载Turbo Memory的笔记本而踌躇。

英特尔的Turbo Memory演示动画截图，将南桥和北桥合为了一体

英特尔声称，Turbo Memory将会为系统提供高达20%左右的启动加速，高达200%的程序加载及运行速度提升，并且能明显延长笔记本电脑的电池续航能力。

然而，在Santa Rosa笔记本全面铺货时，Turbo Memory只是作为选配出现在高端型号中。在6月份，全球笔记本出货量第一的惠普宣布目前不考虑在其产品中加入这一模块，理由是“成本太高提升不明显”，随后，英特尔搁置了在最新的P35系列台式机主板芯片组上采用Turbo Memory的计划，版本升级到1.5之后再推向桌面平台……

国内外的舆论对于Turbo Memory也是褒贬不一，吹棒者有之，抵毁者有之，见风使舵者有之。目前Santa Rosa已经走过了青涩的年华，成为市场中高端的主流。英特尔留给了消费者选择的空间，而Turbo Memory是一笔合理的投资吗？它的真实性能究竟如何？相信本文会给你一些有建议。

受命于危难之际？

大部分用户对于“闪存”的感性认识来自于U盘和MP3/4，一款传输速率达到15MB/s以上的U盘已经被认为是“高性能”，相比之下，当前主流的台式机硬盘持续传输率在60MB/s左右，希捷最新的7200.11甚至可以达到100MB/s，而用于主流笔记本平台的2.5英寸硬盘，最大持续传输率也可以达到35MB/s以上，把闪存放在硬盘和内存之间真的能起到加速作用吗？

一张令人悲观的曲线图，近十年来，CPU性能突发猛进，硬盘性能却几乎是原地踏步，实际上真的如此吗？（图片来源：英特尔）

英特尔认为，自1996年2006的十年之间，处理器性能提升了30倍，然而硬盘性能只提升了1.3倍，平均每年只有2.5%。这一说法是否确切呢？CPU的进步有目共睹，由于当中还涉及到指令集的问题，无法单纯地用MIPS来描述，不过30倍还是一个很容易理解的数字，不过硬盘的性能增长就很难理解了，1997年还是昆腾大脚等“老爷车”横行的时期，再对比一下当前武装到牙齿的希捷7200.10，日立7K1000等先进产品，似乎无论如何都很难得出1.3倍的结论。

我们无法得知英特尔是如何去比较的，但可以用以下的这张表来对比一下硬盘十年来的发展，要注意是其中的参数来自于官方产品说明，并非评测数据。（注：在谈及存储器的时候，一般会用访问周期、带宽、容量、价格去衡量，和直接关系到存储器性能的是访问周期和带宽。访问周期就是我们常提到的延迟值，而带宽可以理解为数据传输率。）

注：橘黄色为2.5英寸硬盘（点击查看大图）

可以看出的是，硬盘的各个方面都有着显著的进步，就接口的最大持续传输率而言，相对10年前产品的提升已经超越10倍。但是也有例外，那就是随机访问性能。决定硬盘随机访问性能的两个参数是磁头平均潜伏时间和平均寻道时间，前者主要由转速来决定，再先进的7200rpm硬盘也难逃4.167ms的平均延迟，而且单碟容量（更确切的说是磁道密度）是平均寻道时间非常重要的决定性因素，可以对比一下西数的JB系列和7200.11，单碟40GB和单碟200GB的存储密度反映到平均寻道时间上，也带来了较大的差异。

即使接口速率已经达到了3Gbp/s，即使有NCQ，即使垂直记录技术的潜力不断地被挖掘，即使缓存容量扩展了50倍以上，然而这些改良技术仍然无法摆脱“温彻斯特”架构的限制。10年之间，硬盘随机访问性能的增长，仍然只能以“蹒跚”来形容，而随机访问性能的瓶颈将是致命的，DDR2 667内存的延时值仅为80ns左右（软件实测值），CPU的二级缓存的访问周期是内存的1/10~100左右，但是硬盘和内存之间的随机访问速度差距甚至达到了1万倍，无数个时钟周期就在硬盘的寻寻觅觅中白白耗费了。

DDR2 667内存（CL＝5）访问延迟为87.4ns，Core2 Duo T7700的L2缓存访问延迟为5.7ns，L1缓存为1.1ns，差距不大。然而从内存的100ns级到硬盘的10ms级，已有万倍之差，它们之间需要一个μs级的缓冲。

无论是英特尔还是AMD，都很注重CPU和内存之间的“交流”，英特尔Core2 Duo架构比Netburst内存访问效率更高，AMD K8处理器集成了内存控制器，L1缓存可以直接和内存对话，极大地减少了访问内存的延迟，975P的和PP965的内存控制器的优化，内存控制器。不过硬盘和内存之间的鸿沟一直以来几乎都没有特殊的措施去填充，只能放任由它们的性能自由发展，差距越来越大。

如果想在内存和硬盘之间再加一层缓冲，显然只能是随机访问存储器，即RAM。RAM在计算机系统中的应用非常普遍，CPU缓存是SRAM，内存和硬盘缓存是DRAM，还有什么选择呢？答案是NVRAM，闪存就是最常用的NVRAM，其μs级的访问周期虽然不如ns级别的DRAM，但是比ms级别的硬盘要快得多，价格相对而言较为适合，市场也已经非常成熟，于是一直游离在计算机系统边缘的闪存被微软和英特尔钦点为了救世主。

硬盘访问16KB文件时，接口传输用时为55μs，媒体传输用时220μs，而硬盘的机械延迟整整用去了5.13ms，占整个过程95%的时间，而且5.13ms还是一个较为乐观的时间。

由此可以算出，在访问16KB文件时，硬盘的随机访问速度只有2.5MB/s左右，尽管其内部传输率有70MB/s以上，如果是4KB的文件，那么硬盘的随机访问速度甚至有可能会低于1MB/s，因为机械延迟是恒定的。在这个实例中的机械延迟已经是相当乐观的情况，因为一台主流7200rpm硬盘，其平均机械延迟值往往在14ms左右，而5400rpm的2.5英寸笔记本机械延迟会更高，达到18ms左右，再计算一下其随机访问性能，绝对是惨不忍睹，英特尔1.3倍的观点并非空穴来风。

闪存会是什么样的情况呢？在此假设闪存的访问延迟（接口传输+寻址时间）为0.5ms，读取速度为20MB/s，那么在访问16KB的数据时，总用时约为1.8ms以内，随机访问速度是硬盘的4倍以上。而且文件越小，闪存的优势越大。同时，所列举的闪存的例子适用于U盘，在下文会提到，Turbo Memory的性能要远高于U盘，而且用于评测的迅驰4笔记本硬盘为5400rpm的WD，它们的在随机访问速度上的差距是十分惊人的。

借用一下英特尔Value SSD和硬盘的对比图，该SSD和Turbo Memory中的闪存速度相对接近，因此同样具备参考价值。在基于Windows的平台中，根据微软的统计，4KB以下的文件占到了近40%，16KB以下的文件超过50%，而大于128KB的文件只占文件总数的10%左右。对比闪存（紫色曲线）和硬盘（蓝色曲线），在访问小文件时，闪存大占上风，当文件大于512KB时，硬盘的优势才越来越明显。 （点击查看大图） 

不得不提的是Windows系统平台的文件结构，绝大部分的程序都采用了大量的DLL动态链接库文件，例如IE、Photoshop、Outlook Express这样的程序，所需的DLL文件都超过100个。而访问每个DLL文件可能要涉及到5~6个磁盘位置，包括NTFS主文件表的条目、目录、.data页面以及.text页面。此外，一个简单的注册表读写访问，也可能会涉及5~6次的随机磁盘访问。可以说，这样的文件结构特点放大了硬盘的弱势，也为闪存带来了机会。

DLL文件在硬盘上的布局