SSD硬盘的缓存结构：从DRAM Cache到SLC Cache

以上有关SSD掉速的内容涉及到方方面面，不过对单个SSD硬盘来说，SSD掉速问题没那么复杂，下面我们要进入正题了，先来看看现代SSD硬盘的基本结构：

不论SATA还是M.2硬盘，它们的PCB布局都差不多，上面的M.2硬盘从左到右分别是DRAM缓存、主控及NAND闪存，其中主控及NAND闪存是必不可少的，DRAM缓存可以有也可以没有，没有的主要是低端SSD硬盘，减少DRAM缓存可以降低成本，特别是过去两年中DRAM内存因为大涨价，低端SSD更加流行无DRAM缓存的方案，它们会用过HMB主机内存缓存来弥补导致的性能损失。

对于高性能的SSD硬盘，DRAM缓存不可少，因为就算是DDR3缓存，其带宽也能达到数GB/s甚至十几GB/s，远高于SSD闪存的性能，对提升性能还是很有帮助的，现在三星等公司在高端SSD上已经开始使用DDR4-2133做缓存了。

至于DRAM缓存容量，容量少的有128MB，256MB、512MB比较常见，随着SSD硬盘越来越大，1GB缓存的也不少见了，一般来说是1TB闪存配1GB  DRAM缓存，越高越好。

DRAM缓存是现代SSD硬盘的第一道缓存结构，从硬盘上读取数据首先就是看DRAM缓存中有没有需要的数据，如果有，那就先用这里的，所以速度会很快，如果缓存中没有再去NAND闪存中寻找，速度就是NAND闪存的了，相对来说慢很多。

总的来说，DRAM缓存对SSD硬盘来说是锦上添花的，从DRAM缓存到NAND闪存也是存在掉速的，不过通常这种调速大家是感受不出来的，毕竟缓存容量还是太小了，很容易就超出。

SSD硬盘大部分情况下还是要依赖NAND闪存自身性能的，但我们都知道从SLC到MLC再到TLC及现在刚刚兴起的QLC闪存，写入性能是不断下降的，原始的TLC、QLC闪存性能非常难看，不加修饰的话QLC闪存写入性能可能都没有100MB/s，HDD硬盘都比它快不是吹的。

但实际发售的TLC及QLC闪存硬盘中，不论SATA还是M.2接口的，性能都很强大，三星970  Evo这样的产品中250GB版标称写入性能可达1500MB/s，但它就是使用了写入加速（Write  Acceleration）技术之后的性能，实际性能大约是300MB/s，中间差了四倍性能。

SSD写入加速技术是个通用称呼，常见的方案是SLC Cache（SLC缓存），它的意义就是字面意思——用SLC当缓存提速，因为SLC闪存是性能最好的。

在MLC闪存时代，SLC缓存技术还不是必要的，三星970 Pro都没有使用这样的技术，而970 EVO就有，但SLC缓存也不是没有代价的，因为SLC只能存储1位数据，TLC是3位数据，QLC是4位数据，在TLC/QLC闪存上使用SLC缓存意味着是牺牲容量换取性能，这是一个魔鬼交换，说的难听点就是你选择X味的巧克力还是巧克力味的X一样，都不是最好的选择，但不得不选。

用SLC缓存可以提升SSD的写入速度，让它看起来很NB，但是这意味着要损失一部分空间，具体多大要看厂商选择的方案，如果全盘方案的话就意味着只有1/3甚至1/4的容量可用。

用SLC缓存就好比过山车

更关键的是，即便用了SLC缓存，一旦写入数据超过了缓存容量，SSD性能还得现原形，这个时候就是SSD硬盘掉速了，因为超过缓存加速空间之后就不得不使用原始TLC/QLC性能，这个时候会很难看，写入速度100MB/s左右很正常。

当然，SLC缓存带来的额外好处也不是没有，那就是意外断电时损失更小，毕竟SLC是存储1位数据的。

具体的每家SSD厂商中，SLC Cache技术有不同的叫法，三星叫做TurboWrite，SanDisk叫做nCache，美光有Dynamic Write Acceleration动态缓存加速技术。这些技术实际上也是分为不同类型的，有全盘SLC Cahce的，也有部分空间做缓存的，其中全盘模拟效果最好，但对空间浪费是最大的，所以现在SLC Cache技术普遍是划出部分空间，具体选择多少空间是厂商综合考虑的，10%以下可以，20%也可以。

另外，不论全盘还是部分空间模拟，实际上还有动态及静态SLC Cache之分，这两种技术其实也是各有优劣，美光的DWA就是动态写入缓存加速技术，它的好处就是在用户用了不同容量之后都可以保持较好的加速性能。

总之，在SLC缓存上各大厂商有自己的选择，缓存空间、缓存分配、加速策略都有可能是不一样的，技术路线没有高下之分，但不论哪种，SLC缓存空间用尽之后，SSD的性能都会暴露出应有的水平，那就是TLC/QLC原始性能。

就是这一点，SSD硬盘如果使用的空间越多，那么剩余空白容量就越少，这对缓存加速越不利，所以性能就越低，这也是很多人使用SSD硬盘感觉越用越慢的根源，常说的掉速就是这么来的。

对于SSD掉速问题，除了特定问题导致的之外，如果是因为缓存用尽而掉速，那还真没什么好办法，除非不怕倒腾数据的麻烦，经常把SSD硬盘安全擦除一下。

如果对掉速问题很介意，现在的选择只有购买MLC硬盘或者购买大容量SSD，容量不低于1TB，越大越好。