SSD固态硬盘节能特性你了解多少？

　　提到固态硬盘大家第一个想起的是性能怎样，第二个想到的或许就是价格如何，很少有人会关心到节能方面的特性。对于台式机来说节能看似无关紧要，但对于笔记本电脑来说，任何一个部件浪费的电能都将影响到电池续航时间。
　　
　　固态硬盘的主要特点除了高性能之外还有不怕震动、运行安静、更加节能，这与它的工作方式有很大关联。传统的机械硬盘是在通过电机驱动盘片高速运转，音圈马达控制磁头臂在盘片上方掠过来读写数据。机械硬盘的原理决定了它非常怕震动，工作时的震动可能会引发磁头臂与盘片接触导致坏道出现。
　　
　　而固态硬盘结构更为简单，除了主控制器之外，就是Flash闪存和外置DRAM缓存（缓存为可选项）。固态硬盘内部没有任何活动部件，待机闲置状态没有电机持续运转等带来的闲置功耗，也没有机械活动部件运作带来的噪音。
　　
　　本文将重点讨论功耗问题，机械硬盘的工作通常需要两种不同的电压，+12V电压一般提供给主轴电机驱动盘片旋转，转速常见为7200转每分钟；+5V电压在经过电压转换后提供给逻辑控制电路和盘上缓存等部件工作使用。
　　
　　对于系统盘用途来说，机械硬盘开机后就保持主轴电机持续运转，磁头臂也随时处于通电待命状态。如果要省电的话只能从主轴电机停转和磁头臂归位两个方面入手，由于盘片旋转需要电机驱动，重新起转到工作转速需要一定时间，恢复速度慢因而让电机停转的机会并不多。另外一个可以省电的方法是让磁头臂归位，表现在SMART信息当中就是C1。说道这里可能有些人已经想起了西部数据硬盘的C1门事件，西数为了加强节能效果而让磁头臂频繁归位，不仅导致恢复时的卡顿，个别情况下还会引发耐久度问题。
　　固态硬盘的工作一般仅需要+5V一种电压（mSATA、M.2固态硬盘使用的是+3.3V电压）即可。固态硬盘空闲时的耗电主要集中在主控和DRAM外置缓存上，此外还有GC垃圾回收功能在闲置时整理闪存带来的能耗。相比于电机来说，对这些芯片的功耗控制要容易一些。
　　
　　不论是机械硬盘还是固态硬盘，SATA接口的硬盘都使用相同的LPM（Link Power Management）节能特性。LPM节能特性包括三种基本状态：Active（活动）、Partial（轻度睡眠）和Slumber（深度睡眠）。LPM节能特性的实现有两种发起方式，由主机端（电脑南桥）发起的被称之为HIPM（Host-Initiated LPM），而直接由硬盘发起的则叫做DIPM（Device-Initiated LPM）。
　　LPM节能需要主机端电脑和设备端硬盘的共同支持，此外还需要操作系统及磁盘控制器驱动的协同工作。LPM节能的运作在外部是无法观察到的，但是通过Intel提供的一款名为Battery Life Analyzer(BLA)电池寿命分析工具可以分析硬盘处于各种工作状态下的时间百分比。这款软件在各大软件下载站都能下载到，但是仅支持较早的SandyBridge、Ivybridge等芯片组的电脑使用，而且有使用时间限制。下面的测试是我在SNB平台笔记本上进行的。在运行软件前需要先将系统日期调整回2013年，否则软件会因过期而无法运行。
　　
　　打开后的Intel Battery Life Analyzer软件包含多个监测项目，这里使用我们关心的SATA LPM监测功能。通过一分多钟时间的监测可以看到作为系统盘使用的东芝Q300固态硬盘在83.22%的时间内都处于深度睡眠状态，有15.18%的时间处于轻度睡眠状态，仅有1.6%的时间是被唤醒工作。如果不是BLA软件的监测，我们很难想象Q300仅用了1.6%的时间就完成了各种工作，多数时间都是空闲后进入深度睡眠来最大限度节能。
　　
　　根据Intel在IDF2013上的介绍，Slumber深度睡眠状态能大幅降低固态硬盘的功耗。从Partial轻度睡眠状态回到Active活动状态需时小于10微秒，从Slumber深度睡眠状态回到Active活动状态需时小于10毫秒，比机械硬盘的一次寻道操作所需的时间还要小。由于固态硬盘在不同节能状态与活动工作状态之间的切换速度极快，所以节能的同时也不会影响到性能的发挥。
　　
　　除了上述的Partial和Slumber两种节能之外，还有一种新的Devslp节能状态，他也是当前固态硬盘拥有的最深度休眠状态，节能效果最强。在Devslp状态下固态硬盘将切断一切不必要的通信链路，固态硬盘的DRAM外置缓存也会被关闭，缓存内的FTL映射表等信息需要刷回到闪存当中，对固态硬盘固件的设计要求很高，如果设计不严谨可能会因Devslp状态而引发多种问题，严重的甚至会导致蓝屏和丢失固态硬盘内的数据。现在有些厂商对如何用好Devslp这一高难课题选择了回避，主动去掉了对Devslp技术的支持，而东芝Q300作为入门级固态硬盘依然能够支持这一新特性，这其中包含了闪存原厂的技术实力体现。
　　
　　一款设计出色的固态硬盘应当做到静如处子，动如脱兔：空闲时尽可能进入睡眠状态节能，而在需要时于最短时间内恢复全速状态完成工作。
　　
　　节能状态对于固态硬盘来讲不仅仅是降低功耗的作用，在节能状态下还是固态硬盘执行内部维护工作的好时机，进入HIPM节能状态意味着主机当前没有读写操作需要进行比较空闲，固态硬盘可以在收到主机端要求进入节能的命令后抓住这个空闲进行一些内部打扫工作，比如GC垃圾回收：将闪存内不再有效的数据清除，整合不同的Block，将数据已经废弃的Block擦除掉以便下次更快的写入。
　　除了主机端发起的HIPM节能，固态硬盘在自身感觉到空闲时也可以主动发起DIPM节能，对于空闲还是忙碌的状况，固态硬盘对自己的了解显然更胜于操作系统。不过DIPM节能也会对固态硬盘的节能兼容性提出更高要求。如果固态以你光盘在没有与主机端沟通好就自己进入节能睡眠状态，就有可能导致主机请求读写数据的时候发生迟滞甚至出错而卡顿。所以说固态硬盘节能特性是把双刃剑，能否用好全看固态硬盘厂家的技术实力。