SLC 缓存：NVMe SSD 中的利用率和特性

最近几个月您听到最多的有关 NVMe SSD 性能的术语之一是 SLC 缓存。 这就是我们为您准备这篇文章的原因，以便您了解它的工作原理以及它为我们的高性能固态硬盘的性能带来哪些好处。

基于 NAND 闪存技术的数据存储导致计算的各个领域发生范式转变，从用于手持设备的存储卡到 NVMe SSD 在 PC 上。 也正是在后一种情况下，历史上的瓶颈之一被消除了，没有传统硬盘在访问延迟和带宽上的限制，但没有完美的技术可以100%运行，总是有影响它的元素，迫使工程师必须找到并实施解决方案。

NAND 闪存是一种 NVRAM 或非易失性 内存，这意味着它的操作与传统的 RAM 相同，但不同的是，当系统停止接收电源时，它的数据不会丢失。 拥有这种能力的代价是在其生命周期中的内存写入次数有限。 尽管在访问存储方面性能方面的优势是值得的，但并非徒劳，但每个计算机系统的速度都取决于其最慢的部分（通常是存储）离开它的速度。

RAM 存储器中的每一位存储器都存储在所谓的存储单元和第一个用于 SSD 存储，每个单元使用一位，这使得存储非常昂贵。 解决方案？ 每个单元格可以保存 2 位的数据（ MLC ), 3 位 ( TLC ) 或最多 4 位 ( QLC ）。 添加的问题？ 每个单元的位数越多，它们退化的速度就越快，因此使用寿命越短。 请记住这一点，因为它是理解 SLC Cache 的基础。

到了这一步，很多人脑海里就会浮现出这样的想法：MLC、TLC、QLC类型的NAND Flash存储容量更大，虽然持续时间更短，但它们的带宽是一样的，因此电池的类型不会改变性能。 好吧，让我们告诉您，坏消息并没有就此结束，访问速度也下降了。

当。。。的时候 中央处理器 请求访问 NVMe SSD 中的内存地址，它会被闪存控制器接收，该控制器将搜索内存中的数据，通过 PCI Express 或 SATA 接口将其传输，具体取决于您使用的接口。 单元，但闪存控制器直接访问单元的 NVMe 芯片以操作其数据，而不是通过我们提到的接口进行操作。

NAND Flash 存储数据的方式是通过电压的变化，一个 SLC 存储器只需要 1 个电压，一个 MLC 需要 3 , 但 TLC 转到 7 如果我们去QLC，事情就是去 15 . 好吧，数字越大，执行读写操作所需的时间就越长。 这什么时候开始成为问题？ 好吧，从 TLC 内存来看，如果您查看商店中 NVMe SSD 单元的数量，您会发现它们至少在今天都使用这些单元。

首先要记住的是，SLC 缓存与某些 NVMe SSD 中的 DRAM 缓存不同，因为我们不是在谈论闪存控制器和 PCI 接口之间的易失性内存。 表达相同，因为 SLC 缓存也在 DRAM-Less 单元中。 一般来说，虽然我们稍后会看到有例外，但在每个 NVMe 芯片中都有两种类型的 NAND 闪存：

我们首先要了解的是，缓存只不过是更接近处理器的内存，因此具有较低的延迟，可以临时存储数据。 如果我们回顾一下我们告诉您的内容，我们有以下前提：

因此，解决方案是将数据临时转储到 SLC 内存中，该内存用作缓冲区缓存，以便数据复制机制随后修改 TLC 中的内存地址。

我们来到最重要的部分，SLC 缓存有一个固定的大小，这意味着，如果我们使用它来发送或接收小数据，它的性能将保持不变，但是如果例如我们想要制作数据的顺序副本以非常大的数据块的形式，一旦 SLC 已满，性能就会下降。

这就是为什么，虽然我们手上可以拥有两块存储、访问接口甚至cell类型都相同的NVMe SSD，即几乎相同，但它们的性能可能完全不同。 原因？ 显然，SLC 缓存的大小可能不同。

SLC 缓存不仅用于存储顺序访问的数据，还用于存储随机数据，必须考虑到程序在访问信息时以高递归和分隔的信息块进行访问。

有两种方法可以管理 SLC 缓存，这取决于制造商在闪存控制器中实施的算法。 相反，它指的是可以为临时存储分配多少空间。

如果 SLC 单元的数量是固定的，那么动态缓存如何可能？ 问题是像使用 SLC 一样使用 NVMe TLC 单元，也就是说，让它们在每个单元中存储 3 位而不是 XNUMX 位。因此，有一些 NVMe 芯片将部分存储重新分配为缓存。

动态缓存的优点是没有耗尽SLC缓存的大小，但是存在越来越多的TLC cell不再用于存储的风险，影响了这个存储数据的整体容量。 出于这个原因，大多数动态 SLC 缓存系统使用通过固件限制其最大大小的系统。