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突破硬盘性能瓶颈

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目前硬盘主轴电机的转速已经接近工艺极限,而一味地提高存储密度收效并不明显。这时事物的螺旋形发展规律再次体现:就像当年CPU发展到一定程度后,发现内存已经很难满足CPU高速存储数据的需求时,开发人员为CPU添加了二级缓存一样。当如今内存的速度已经远远超过硬盘时,为何不在内存和硬盘之间加一个读写速度介于两者之间的存储层呢?

令人没有想到的是,微软在这个技术问题上走在了硬件厂商之前。从Windows Vista开发伊始便把这种理念扎根于新的操作系统中,并提出了三种解决方案:ReadyBoost、ReadyDrive和SuperFetch。其中ReadyBoost是通过在Flash芯片上建立类似页面文件的缓存来提高磁盘性能;而ReadyDrive就是现在炒得火热的混合式硬盘;最后一种SuperFetch,我们可以将它看作前两种方式的合体。可惜计划归计划,实践起来并没有这么顺利。ReadyBoost由于微软局限于USB Flash载体,在需要频繁读取大容量文件的场合用处不大;ReadyDrive虽然听上去不错,可是目前高速的NAND闪存集成到硬盘里的工艺要求太高,至今还没有价格合理的成品上市;至于SuperFetch,就更是音讯全无。Robson Card横空出世

很明显,微软的初步意图是这样的:用目前较容易实现的USB 2.0接口、支持ReadyBoost功能的优盘或者SD卡之类的存储介质,把它放置在内存和硬盘之间缓冲。而Intel也在打着类似的算盘,只是内存和硬盘之间的缓冲区由外界的Flash存储器换成了内置、PCI Express接口的Robson Card,也就是我们今天将要剖析的主角。

ReadyBoost是借助USB接口,主要在需要频繁读取一些小文件的场合用处较大,可以提高小容量内存系统的磁盘性能(比如在小容量内存的平台上运行Vista系统)。而Robson则是借助PCI-Express接口的高速高带宽在硬盘和内存之间建立缓冲区,在需要频繁读取大容量文件的应用场合发挥自己的用武之地。两种方式在实现原理上颇为类似,却有各自的应用侧重点。

我们知道,在编程设计中如果一个变量需要反复快速读取,可以将其申明寄存器变量,利用CPU Cache的读写速度远高于内存的特点来提高程序的执行效率。与此类似,当某一个硬盘上的文件需要频繁读取的时候,也可以通过将其载入到Robson Card上来提高读写速度。例如,某程序需要访问文件A,它首先会在内存中查找是否有该文件,如果没有,那么会立即到硬盘中去查询。在使用了Robson Card之后整个过程发生了变化:当某程序需要访问文件A时,它依然会先在内存中查找,如果没有找到,它会先查看Robson的数据库,如果此文件被放在了Robson Card上,那么就会直接被调用,再也没硬盘什么事儿了。

近距离剖析Robson Card

说了那么多,接下来就让我们看看工程版Robson Card是什么样子吧(据说已经和最终成品相差不大)。

相比早期版本,现在几乎可算是成品的样卡PCB板型更小,更有利于节省成本。板卡上共有四个Flash芯片焊位,两个留空。这样的设计可以通过搭配不同规格的Flash芯片来生产高,中、低端的产品。

虽然从整体板型上来看,Robson Card远没有显卡、声卡来的复杂,但是由于它的成本直接体现在闪存芯片和控制芯片上,因此目前这种板型的Robson Card具有很大的弹性空间。容量上有四个焊位可以灵活组合,控制芯片的升级换代将直接影响到它的性能和价格。

我们拿到的这块样卡是4GB版本,板载两颗编号为“29F16G08FANB1”的单颗2GB容量NANDFlash芯片,另外还有一种1GB版本的(板载两颗512MB的NAND Flash芯片)。

按照Intel的市场定位,1GB的版本适合绝大多数普通用户而4GB的版本,按照惯例应该会成为“Extreme”版。一般来说,使用4GB版本的高端用户会拥有2GB左右的系统内存,同时会运用到高系统负载和多任务环境,如游戏,多媒体编辑等。当然,Intel的Extreme系列产品价格也不是普通用户能够承受得了的。

可以看到,整个板卡结构并不复杂,但这不代表该项技术实现起来不复杂。Robson,也就是现在的Intel Turbo Memory,是一个基于软硬件混合的平台,在硬件方面需要拥有配备ICH7/8/9R或者DH南桥芯片的主板支持,其中ICH7(一般搭配975X北桥芯片)和ICH8(一般搭配P/G/0965北桥芯片)都是成品,而与ICH9配套的G33、P/G35和X38北桥芯片也将于今年第二季度面世。除了这些集成SATA控制器的南桥芯片以外,自然还需要我们前面已经细看过的Robson Card。为了尽可能提高其性能,Robson Card上的NAND Flash芯片也必须拥有较高的读写速度。

软件方面,当然少不了Robson Card的驱动。另外还有一个程序连结软件(Intel Application Pinning Technology),至于这个程序如何使用,我们将在稍后的测试中介绍。

让卡动起来――Robson Card性能测试

由于是最新技术的测试,因此测试环境也基本是最高端的配置。我们搭建了两套完全一样的平台,一个平台使用Robson Card,另一个则没有。

激活Robson Card

Step1

最先要做的是更新AHCI驱动。Windows Vista在安装的时候会自动安装上兼容驱动,对于一般应用,这款兼容驱动并没有问题。但是由于我们要开启SATA控制器对Robson的支持,因此必须更新内部版本的驱动。

Step 2

安装Robson Card的驱动,我们可以看到该设备名为“IntelDiamond Lake NAND‘RHCI’Disk Cache Controller”。这个Controller其实指的就是之前我们看到的板卡上靠近PCI,Express接口的那颗小小芯片。

完成驱动安装后需要重新启动电脑,让操作系统能够正确调用驱动程序。然后打开一个叫“Robson Driver Settings Editor&Viewer”的程序。

这个程序负责将Robson卡上Flash芯片的存储空间进行分配。其中有一部分必须被保留为系统使用,然后剩下的一部分作为Robson的缓存。再从这部分缓存划分出一部分提供给Vista,作为Ready Drive使用。设置完毕后,再次重新启动。

启动进入操作系统后,在“磁盘管 理”中出现了一个新的存储设备。就是刚才最后划分出来的Ready Drive部分,将其格式化后甚至能使用ReadyBoost功能。

经过这样多次重启设置系统,Robson应用环境终于大功告成了口现在看来确实比较麻烦,不过Robson Card目前还处在测试阶段,相信到了最终版本,这些步骤应该能够得到简化。

Step 3

之前介绍过Application PinningTechnology,这里便要用到它来调用Robson Card。该程序是需要安装的,安装完成后会在桌面和开始菜单产生快捷方式。启动程序后在主界面提供了配置列表。点击‘'Add profile”弹出生成配置界面。

这里有两种方式调用Robson。其一是在上面的文本框输入一串字符作为配置名,然后点击“Add Files”将要运行的软件、游戏整个目录拖入。另外一种方式就是点击“Pin&Learn”,这样只要选择,exe文件运行就会启动软件。这时Pin程序便开始监听整个过程中调用了哪些硬盘文件,当退出运行的程序后,就会生成这些调用过的文件列表。相对而言,第二种方式更加人性化,也方便入门级用户使用。最后点击“OK”。此时我们需要等待一段时间,因为刚才选中的文件正在写入Robson Card。

不过在测试过程中,我们发觉并非每次写入都很成功。有时虽然提示写入了,可是实际上并没有。此时需要在“Create a Profile”窗口中按下“F3’来查看每个文件的存储状况。

实测Robson Card

首先,我们选择了两款硬盘读取量比较大的游戏《DOOM 3》和《Farcry》进行了测试,测试发现两款游戏的第一章节载入时间都将近缩短了40%。尤其值得一提的是《DOOM3》,众所周知在游戏进行中经常会遇到某场景门一打开就产生一个明显的延迟情况,在使用了Robson Card后,这一现象完全消失了。

如果说前面的掐秒表计算出来的时间还没有说服力,那么我们就来看看PCMark05 HDD Benchmarks的测试结果:其中Windows XP Startup提高了1.85倍,Application Loading提高了2.11倍,General HDD Usage提高了2.32倍!不得不说RobsonCard在对比传统硬盘时取得了极大的优势,几乎所有的性能都有明显提高(当然,这些测试成绩都是基于理想状态,与实际应用有一定差距。

小结

从添加Robson Card的便利性上来看,只需要用户有Intel平台和空余的PCI,Express插槽就好,而不必像使用混合式硬盘那样淘汰掉现有的磁盘系统。从测试的结果来看,也达到了Intel 2005年公布这项技术时所承诺的性能提升幅度。但是为什么两年过去了,Robson却依然处在工程样品测试阶段呢?我们认为,有两个原因较为可能:一是使用过程过于繁琐且受应用局限,相信只要看过本文之后,读者应该有所感悟;二是目前NAND Flash芯片的售价依然没有进入普通消费者的可接受范围。

“难道还要我们等下去吗?”,着急的用户一定已经不耐烦了。但是现实情况就是这样,只有等到这两个问题都解决了,才真正是Robson技术走向零售市场的时候。

坦白地讲,这项技术本身还存在着与生俱来的问题,相关设计人员看来必须在产品面世前很好地协调一下连接操作所耗费的时间在整体应用中的比例,否则过长的连接时间也会给Robson Card的实际应用效果打上不小的折扣。Intel主张“Leap ahead”――超越未来,在实现Flash加速磁盘子系统方面Intel确实“超越”了多数同行,可是梦想彻底实现的“未来”,又会是多久以后呢?而且在混合式硬盘的虎视眈眈之下,最终的胜利者将会是谁呢?就让我们拭目以待吧!