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[维护基础] 谁偷了你的性能?揭密优盘为何速度不快

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发表于 2014-5-2 21:02:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
SSD主控都用上 优盘速度有多快?
       优盘随着USB3.0接口、更低的价格迅速普及,同时它的读写速度首次超过台式机硬盘,突破200MB/秒。这位SSD固态硬盘的近亲,天生基因优越,甚至于,它直接采用SSD主控和闪存。这就很好理解它的速度为何能甩开机械硬盘。同时,新的问题摆在我们面前,它真的那么快么?
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世界上最快的优盘有多快?
       当今世界最快的优盘数前几个月发布的闪迪CZ88,读取260MB/秒、写入240MB/秒的速度傲视群雄,但是优盘中的佼佼者尚且勉强超出USB3.0的一半速度。为何优盘始终未能完全发挥USB3.0的速度。
采用SSD主控的1TB优盘
       世界上最大容量的优盘是金士HyperX 骇客系列1TB优盘,它的读写速度仅稍逊于闪迪CZ88。而它却是一块SSD做出来的高速优盘,正当家用SSD的读写速度接近SATA3.0极限速率的时候,这款1TB优盘仅达到USB3.0的一半速度。
       毫无疑问,作为存储产品的优盘,它首先强调大容量。当优盘的容量越来越大,我们必然对它的读写速度有更高的要求,以提高传输效率。本文将探讨USB3.0优盘的速度里那些秘密、以及优盘行业的潜规则。
优盘和SSD的异同:主控天壤之别
       固态硬盘的工作原理和优盘类似,两者均具备有主控、闪存以及必要的供电线路。但是为什么优盘的速度却无法和SSD固态硬盘相比?原因在于它们的主控和闪存有区别。
1、主控:USB3.0和SATA模式南辕北辙
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优盘是SSD近亲,两者接口完全不一样
       我们网友使用的SSD采用SATA接口主控,而绝大部分优盘采用USB接口主控。部分厂家将SSD主控移植到优盘来获取更高的读写速度,它还需要加装SATA桥接USB转换芯片,否则SSD主控是无法直接使用到优盘。
2、限制:桥接芯片导致主控性能衰减
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闪迪CZ80 32GB优盘拆解

       我们以市面上性能最强之列的金士顿DTWS 32GB优盘为例,它采用SF2241 SSD主控,理论上可达到500MB/秒的读写速度。但是这款优盘在实际应用时,其读写速度为250MB/秒。
       原因在于金士顿DTWS 32GB优盘的“SATA桥接USB主控”,它的运算能力远远没有SF2241那么强,导致金士顿DTWS 32GB优盘的带宽速度打了折扣。
3、性能:原生USB主控不及SSD主控一半
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世界上最快的优盘也达不到SSD一半速度

       SSD主控广泛采用运算能力强悍的32bit ARM架构甚至CPU级别的RISC架构,而原生USB接口主控为了控制成本,采用更为简单指令集架构,并且位宽也降低到8-16bit,这就导致它的运算能力远不如SSD主控。
       以目前已知性能最强的闪迪CZ88 128GB优盘为例,其读写速度高达260MB/秒、240MB/秒,均不及性能较好的SSD主控。
       编辑点评:优盘的性能好坏,主要取决于主控。无论是原生USB3.0主控方案,还是SSD主控搭配桥接芯片方案,它们的性能表现只能说比机械硬盘强悍,但远不如SSD。

主控的灵魂:算法决定速度/寿命
       主控是SSD、优盘的核心部件,直接决定两者的整体性能。而主控必须具备逻辑算法才能读写数据、擦除数据恢复性能。目前主控分为压缩算法和非压缩算法两大派系。   
两种算法的最大区别:
       两种算法的最大区别在于写入放大比率。①压缩算法主控对数据进行识别,处理器针对“压缩型数据”根据一定比例压缩,然后将压缩好的数据写进闪存,有利于降低闪存的数据写入量;②非压缩算法主控则不区分数据类型,对闪存直接写入数据,对闪存的寿命有较高的要求。
压缩算法主控特点:  
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压缩算法主控代表:SF-2241

       优点:压缩算法主控有利于延长闪存的使用寿命,针对压缩型数据,它能表现出较高的性能水准。厂家可制造小容量版本的高速优盘,在使命寿命和读写速度寻找平衡点。
       缺点:一旦运算非压缩型数据,除了耗费时间识别数据类型,最后还需要将数据强行写入闪存,占用主控运算资源,性能下降。
非压缩算法主控的特点:
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非压缩主控代表:Marvell 88SS9187

       优点:通吃压缩和非压缩两种类型数据,基本保持原汁原味的读写性能。它更适合对SSD性能有严格要求的家用领域,部分高端大容量优盘采用此类主控。
       缺点:整体方案成本高,对闪存的品质具有十分高的要求,对闪存使用寿命无实质帮助。因此这类优盘没有较小容量版本,否则以动辄200MB/秒的写入速度,将轻易挥霍16GB-32GB优盘的容量寿命。
非压缩和压缩型主控谁更快?
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闪迪CZ88堪称性能霸主它没有小容量版本

       假设非压缩主控方案(简称F方案)的写入1MB数据用时为1秒;压缩主控方案(简称Y方案)写入同样1MB数据时,先压缩用了0.5秒,但是压缩后只有0.3MB了,写入0.3MB用了0.3秒,那实际使用时间总共就是0.8秒。
       因此写入的这1MB数据是否可压缩,可压缩的程度对Y方案影响很大,越是可压缩的话就越比Y方案速度快,越是不可压缩就反而比F方案要慢了。
       编辑点评:通过优盘的算法设计比较,①非压缩算法主控在各个容量均能有较好的性能表现,但是它较少出现32GB这类小容量;②压缩算法主控在大容量版本有较好的性能表现,小容量版本需要在使用寿命和读写速度进行平衡衔接。

解析SSD主控优盘 源自压缩算法
金士顿DTWS 32GB优盘拆解分析:
       某评测中心曾对金士顿HyperX 512GB骇客优盘进行评测,它的超大容量让厂家无需过于顾忌闪存的使用寿命,因此它的写入放大比率较高,赋予优盘较为完整的性能。在本文,我们将对它的小兄弟--金士顿DTWS 32GB优盘进行拆解分析:
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金士顿DTWS 32GB优盘拆解

       这款高速优盘采用SATA3.0 6Gbps接口的SandForce SF2241压缩算法主控,然后通过Fujitsu(富士通)USB3.0-SATA Bridge LSI转换芯片进行桥接,最后通过USB3.0进行数据交互。
       较小容量的32GB优盘采用压缩型主控,厂家如何在使用寿命和读写速度进行平衡,我们将用两款压缩/非压缩型数据软件对这款优盘进行测试:
压缩算法/速度测试:
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ATTO Benchmark测试成绩

       ATTO Disk Benchmark是一款压缩型数据的速度测试软件。金士顿DTWS 32GB优盘读取速度达到255.6MB/s,最大写入速度达到250.2MB/s。它采用的主控类型以及算法设计,决定它擅长压缩型数据的运算和传输。
非压缩算法/速度测试:
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CrystalDiskMark测试成绩

       CrystalDiskMark是一款具备非压缩型数据的速度测试软件,金士顿DTWS 32GB优盘读取速度达到195MB/s,写入速度达到39.15MB/s。它处理非压缩型数据,需要一定时间的进行识别/转换,因此其读写速度有不同程度下降。
       举例分析:假设1MB数据文件,金士顿DTWS 32GB优盘通过SF2241主控的强大运算能力,压缩成0.5MB写入闪存,这等于间接延长闪存的容量寿命。如果这1MB文件的数据类型,决定这款优盘的速度快慢。
       编辑点评:金士顿DTWS 32GB优盘属于典型的优盘解决方案,甚至是这种方案的极致。大部分USB3.0优盘,尤其是那些动辄百余兆/每秒的高速优盘,它们采用压缩型主控,同时厂家通过算法控制写入放大比率,这就是为何优盘用起来感觉没那么快的原因。

总结:优盘速度越快 死得越早?

       在优盘行业流传一句至理名言:“速度越快,死得越早”。一块伪劣的山寨32GB优盘,以150MB/秒写入数据,不到4分钟满载,我们确实得担心它写多少轮数据之后会废掉。实际上优盘的读写速度和闪存容量成正比。
闪存芯片:我不是磁盘 我有P/E寿命
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英特尔原厂闪存(3000 P/E)

       基于闪存芯片的优盘和传统机械硬盘有很大不同,它是半导体而非磁盘,因此它具备有限循环使用的贯穿寿命,我们称之为P/E次数,1 P/E代表闪存的一次擦写。
不是秘密:闪存品质其实不高
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普通优盘采用的闪存品质较次

       普通USB3.0优盘的速度为何慢的另外一个重要原因,使用低等级的MLC闪存或者原本TLC闪存,其P/E使用寿命充其量仅数百次。闪存厂家对一些性能或者寿命有瑕疵的芯片,以较低的价格流通到闪存交易市场,用于制造优盘甚至SSD。
什么厂家能造高速USB3.0优盘?
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优盘的山寨要素:成本低廉、销售快捷、结构简单

       不少网友担心伪劣的高速优盘出现,诚然优盘的制造门槛低,不过高速优盘的高制造成本,较长的销售周期打消不少非法厂商的山寨念头,而通过低成本部件制造的所谓高速优盘,速度乏善可陈,甚至称不上高速优盘。

       全文总结:高速优盘技术目前掌握在少数几家诸如闪迪、东芝、金士顿等移动存储巨头。它们不惜成本制造、研发原生高速USB3.0主控,或将SSD作为优盘来制作,这些优盘的读写速度郝然在200-260MB/秒之列。

       而更多的主流USB3.0优盘,厂家出于大批量生产、控制成本、节能等原因,它们所采用的主控和闪存并没有高端优盘那么有性能和品质优势。
       这些主流优盘的闪存等级处于最底层。厂家等待更大容量的闪存容量来提升优盘寿命,而优盘寿命对读写速度快慢有十分重大的影响,充足的优盘使用寿命是保证读写速度的基础。这些主流优盘的读写速度已推进到100-180MB/秒之间。



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发表于 2016-3-20 12:54:53 | 显示全部楼层
激动人心,无法言表!
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发表于 2016-6-12 14:20:19 | 显示全部楼层
厉害哦,顶一顶
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发表于 2017-4-4 19:59:19 | 显示全部楼层
真是难得给力的帖子啊。
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发表于 2017-6-7 17:42:16 | 显示全部楼层
强烈支持楼主ing……
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