深度解析SLC缓存技术对NVMe固态硬盘性能的影响

深度解析SLC缓存技术对NVMe固态硬盘性能的影响

SLC缓存技术通过模拟SLC（单层单元）闪存的工作模式，可以在一定程度上提升NVMe固态硬盘的写入性能。本文将详细介绍SLC缓存技术的工作原理、应用模式、测试结果及其对功耗的影响。

什么是SLC缓存？

SLC缓存技术通过在闪存颗粒内部划分独立空间，模拟SLC颗粒的工作模式，以提升固态硬盘的写入性能。SLC颗粒因其单层存储特性而提供更高的写入速度，但成本较高。SLC缓存技术则通过主控机制和固件在TLC（三层单元）或QLC（四层单元）闪存中模拟SLC的性能，从而提升整体写入速度。

SLC缓存的两种应用模式

动态容量模式

动态容量模式利用固态硬盘的剩余容量作为SLC缓存。此模式的优点在于，硬盘容量越大，缓存冗余也越大，在硬盘空间未饱和时，写入性能会显著提升。然而，随着硬盘空间的占用，整体性能会下降，导致硬盘的使用体验一致性降低。

固定容量模式

固定容量模式则是SSD制造商根据应用场景和硬盘容量预设一个固定的SLC缓存容量。该模式的优势在于性能更为稳定，因为缓存容量不会因硬盘使用情况而改变。然而，它的缺点是无法动态调整缓存大小，可能导致在不同工作负载下的性能不如动态模式灵活。

测试产品与结果

Gabriel Ferraz使用了Pichau Aldrin Pro 2TB SSD进行测试，该SSD采用Innogrit IG5236控制器和YMTC 128层TLC NAND闪存。测试结果揭示了SLC缓存对性能的显著影响：

• 启用SLC缓存 ：在写入691GB数据之前，固态硬盘的写入速度达到了惊人的6.5 GB/s。然而，当写入量接近691GB时，速度下降至2.2 GB/s，进一步减少至860 MB/s。显示了SLC缓存对于短时间内高性能写入的显著提升，但长期写入性能会有所下降。

• 禁用SLC缓存 ：在禁用SLC缓存的情况下，固态硬盘的写入速度维持在2.1 GB/s。虽然整体性能较为稳定，但峰值性能明显低于启用缓存时的表现。

功耗与效率分析

测试还对SLC缓存技术的功耗和效率进行了检验。启用SLC缓存时，固态硬盘的功耗约为5W，带宽超过3000 MB/s。禁用缓存则降低了功耗，但带宽减少至约1900 MB/s，整体效率降低。启用缓存时的最大功耗为7.3W，而在TLC模式下运行时的功耗则更低。这表明，虽然SLC缓存可以提供更高的性能，但会增加功耗。

实际应用场景中的表现

在实际应用场景中，如游戏加载和Windows启动速度，SLC缓存和非缓存模式的性能差异微乎其微。这可能是因为当前的软件尚未完全优化，无法充分发挥SLC缓存技术的速度优势。