Robson闪存加速技术详解

　　计算机系统访问硬盘的速度往往远远慢于访问内存的速度，正因如此计算机的发明者才发明了内存，由它作为CPU与硬盘之间的缓冲，由此计算机系统就形成了CPU，处理器缓存，内存，硬盘这样的四级存储结构。这并不是什么创举，而是计算机科学家无可奈何的选择。到目前为止硬盘性能低下的状况并没有得到什么改善，它在10年之前就已经成为计算机系统的瓶颈了，虽然信息技术在10年内的变化惊人，但是硬盘的瓶颈并没有因为技术进步而消除，反而变的越来越严重。我们相信大家一定清楚这意味着什么，也许你使用顶级的双核处理器，也拥有顶级的双显卡，但是系统启动速度却快不了多少，大型游戏漫长的加载过程也使玩家急不可耐，就连PhotoShop,OUTLOOK这样的软件也需要花费数秒的启动时间，而不是我们想象的那样一点就开。
　　

电脑工作流程

　　Flash闪存作为存储家族中的一员，虽然在速度上还和DRAM相差很远，但比起机械结构，依靠磁性存储的硬盘要快很多，而且它具备和硬盘一样的掉电不丢失数据的特征，如果我们使用FLASH闪存取代硬盘作为主要的数据存储设备，上面的问题岂不可以得到解决?快速的读取让软件启动速度大大的加快，用户可以行云流水般的流畅的操作电脑，这不仅仅是效率的提升，更是用户对电脑使用上感受的提升，让用户使用电脑的时候保持轻松愉快的心情，这一美妙的设想并不遥远，在06年3月份举行的IDF技术论坛上，Intel就公布了其使用NAND闪存作为硬盘缓冲区的技术，这项技术被命名为“Robson”技术。
　　

Robson模块 　　● 闪存作为硬盘缓冲的技术可行性

　　在介绍Robson技术之前，我们有必要进一步探讨硬盘瓶颈以及使用Flash闪存作为缓冲的技术可行性。
　　

硬盘接口发展
　　在过去的10年中，作为计算机核心组件的处理器一直都精确的按照摩尔定律向前发展，芯片集成度每18个月翻一翻，处理器性能大幅度攀升，内存技术和图形技术的发展也是日新月异，尤其是图形领域的技术革新远快于处理器，然而并非所有部件都能保持如此高的发展速度，最典型的就是硬盘性能。在接口方面，硬盘的技术提升还算积极，从ATA-33到ATA-66，ATA-100和ATA-133，再到现在的SATA 150,SATA 300标准，硬盘的接口传输速率提升了近10倍，当前最新的SATA 300标准可以提供300MB/S的接口传输速率，理论上传输1G的文件，只需要3.3秒，加载数据，启动系统，开启程序缓慢的情况将不可能发生。
　　
硬盘内部结构
　　然后上面只是美好的设想，真正决定硬盘性能高低的是内部读取性能，磁头要获取数据就必须在机械驱动下到达制定位置， 通过磁场的作用产生反馈的电讯号，进而实现数据的输出，这种机械式的读取方式，令硬盘无法快速提升其效能，如今7200转硬盘平均读取性能只有50M左右，而主流笔记本的5400转硬盘仅仅为30M，很难令人满意。再者，硬盘的机械结构很难实现瞬时响应，主流7200转硬盘平均寻道时间在8－10毫秒左右，平均延迟时间在4毫秒左右，这样总的读写延迟在12毫秒以上。而笔记本硬盘由于转速更低，读写延迟时间要更长一些，这样对于那些需要频繁读取数据的应用而言，反应慢，性能低下的硬盘无疑是非常严重的制约。

　　Intel在介绍其Robson技术前列出这样的数据：在过去的10年间，硬盘速度只保持2.5%左右的年平均增长率，累计到现在只有1.3倍左右的性能提升。但是同时，微处理器性能提升超过30倍，硬盘领域的技术革新远远落后于微处理器，这种不对等的发展造就的弊端就是计算机在数据存取时造成的明显的数据瓶颈，进而严重拖慢了系统运行的速度。

如果处理器需要数据，那么它首先搜索自己的缓存单元，这个过程处理器必须停步等待，如果缓存中没有数据，处理器就必须从内存中获取，倘若内存中依然没有需要的数据，处理器就必须在速度缓慢的硬盘中寻找，这个过程往往需要耗费数秒的时间，对于频率很高的处理器来说，区区几秒的等待，就浪费了大量运算周期。实际使用中就是系统开机过程缓慢，程序加载速度缓慢，看起来不大不小的问题，却严重影响了用户的使用感受。
　　
NAND闪存
　　以NAND型闪存作为硬盘的缓存区在技术上完全可行，首先，NAND闪存具有不挥发性，在掉电的情况下，闪存中的数据也可以永久保存，与磁性记录的硬盘毫无二致，作为硬盘的缓存非常合适。

　　其次，NAND闪存在速度上拥有绝对的优势，目前三星的“OneNAND”型闪存可以达到108M的平均读取性能，虽然目前的7200转硬盘的突发传输速率可以到达120M以上，但是其平均传输速率只有50M左右。仅为OneNAND闪存的一半，即使是传统的NAND闪存的读取速率也能达到36M左右，超过各品牌5400转笔记本硬盘。而这些都基本是NAND闪存最基本的数据规格，如果采用内存模组的多芯片，多传输通道设计，那么NAND的传输速度会有成倍的提升。在写入方面，NAND/OneNAND闪存在7－10M范围内，这个指标虽然比较低，但是在多通道设计下，闪存模块同样可以实现超越硬盘的写入速度。

　　如果能以高速NAND闪存来取代硬盘承担主要的数据读写任务，那么数据操作性将大大加快，最直接的好处就是系统开机和程序加载时间将会大大缩短，这无疑将会给用户带来更好的使用感受。不过，要将这种想法变成现实还并不是那么容易，必须要面对以下两个问题，其一，NAND闪存加速功能采用何种形式与系统连接。其二，如何在软件上提供支持，令NAND闪存的读写优先级别高于硬盘。 　　● Robson技术：NAND扩展卡让存储加速

　　Robson技术将会首先出现在代号为“Santa Rosa”的第四代移动技术平台中，这样笔记本将成为Robson技术最早的受益者。在具体实现上Robson采用闪存加速卡＋核心驱动的模式运作，扩展卡包含一块NAND闪存，闪存容量可以在128M-4G之间，闪存的容量越大，容纳的数据量就越大，加速效果越好，控制芯片则负责传输实际的数据读写动作，功能类似于PC系统中的内存控制器，而它采用何种设计直接关系到闪存加速能达到什么样的效果。
　　
　　我们知道，诸如USB接口的闪存盘以及各种闪存卡的读写速度都非常的慢，主要原因在于接口控制芯片的制约，令内部的NAND闪存无法在最高性能的理想模式下工作，再加上这些设备对速度并没有太高的要求，厂商一般都使用读写速度为17M/S的低速NAND闪存芯片，在这些因素的制约下，U盘和存储卡自然就无法获得高性能。但是Robson加速卡以性能为第一要务，除采用高速NAND闪存外，英特尔还将采用多通道总线，将多枚NAND芯片捆绑在一起并行读写，这样就可以大幅度提高闪存模块的读写效能，从NAND闪存现有性能指标来看，并行读写的效果将极其惊人，若采用108M/S读取速度规格的OneNAND闪存，且采用双芯片并行读写的设计方案，那么Robson模块将可获得200M/S以上的读取速率。

　　作为对比，我们不妨看以下事实，若采用15000转的SCSI硬盘构成RAID 0系统，平均读速率大约可以在100－130MB/s左右，尽管英特尔还没有完全公布Robson模块的具体设计细节，但业界认为它将会远超过硬盘的读写速度。 　　Robson接口控制芯片除了负责闪存读写的实际控制之外，还掌管模块本身与系统的通讯。Robson并非采用专用于存储的SATA-300接口，而是采用PCI Express串行总线直接连接在南桥上，Robson将会采用小体积的MINI PCI Express卡的形式存在，这种卡的外观类似于迅驰平台的3945abg无限网络模块。如果用户嫌模块中闪存容量不够大，还可以自己更换规格更高的Robson加速卡。但是轻薄型的笔记本内部空间可能没有那么充裕，无法提供Robson加速卡的安装位置，那么直接将Robson加速卡上的元件焊接在主板上，也许是个不错的主意。
　　
目前Robson模块采用的是PCI-E接口
　　如果没有驱动程序的支持，Robson加速卡就和一块普通USB闪存盘没有区别，倘若要实现加速功能，就要求系统在启动程序和做各类数据操作时都将Robson作为第一选择，显然专门的驱动程序必不可少。英特尔表示Robson驱动将具有跨平台性质，除了Windows Vista以外，Windows XP，Mac OS以及Linux操作系统都将有对应的Robson驱动，以保证该技术在各类操作平台中都保证受益。驱动程序的主要功能就是将系统和应用程序启动所需的数据，预先加载到Robson加速卡中，闪存容量越大，就能容纳越多的程序。
　　
Robson模块基本工作原理
　　这样，当用户启动操作系统和应用程序时，CPU将会通过PCIE总线直接从Robson加速卡中获取数据，并将其加载到内存中。因为Robson加速卡读取响应更快，数据传输率也就更高，加载等量数据所需要的时间也就更少，因此就能提高启动速度。在数据写入的时候，Robson驱动将Robson加速卡作为第一写入目标，数据首先被写入到闪存中，如果闪存空间写满，系统会自动启动硬盘，并将相应的数据写入。在这个过程中，硬盘可以长期处于休眠状态，这不仅有利于大幅度降低系统的功耗，更可以降低硬盘的发热量，提高笔记本使用舒适度，同时也可以大大延长硬盘的使用寿命，Robson加速卡的容量越大，可以容纳的数据就越多，硬盘启动的时间就越短，降低功耗的效果就越好。 　　在操作系统和程序启动方面，Robson技术的加速效果也是立竿见影，由于休眠的数据可以存储在闪存芯片中，系统开机恢复到可以操作的状态仅仅需要5秒钟的时间。即便完全重新启动，速度也比标准机型快的多，程序启动方面，英特尔演示机型开启Adobe Reader费时5.4秒，而支持Robson技术的机型启动仅仅需要0.4秒，用户几乎感觉不到任何停顿。
　　
使用Robson的笔记本（左）启动速度明显要快
　　而在响应速度上，Robson也具备很强的优势，在MobileMark测试中，Robson模块在连续操作下的平均延时仅为2.6毫秒，这个数字远远低于常规的硬盘，低延迟能够有效缩短CPU索取数据的等待，CPU的工作因此也变的更加有效率。而在功耗方面，Robson模块的功耗仅仅为0.1瓦，而平台的2.5英寸笔记本硬盘的平均功耗一般都在1-1.3瓦左右，实际运行时，Robson机型存储系统的平均耗能为0.49瓦,这其中包括Robson模块与间隔启动的硬盘的功耗，而常规机型的平均耗能达到1.18瓦，英特尔表示，仅此一项技术就可以让笔记本的使用时间多出20分钟。
　　
Robson优异的功耗表现
　　更快的系统和程序启动速度，更长的电池使用时间，Robson技术将极大的提升用户的使用体验，同时将进一步增强英特尔移动平台的竞争力，在英特尔的强力推动下，Robson有望在2007年获得广泛的应用，这项极富实用意义的技术将无疑受到用户的热烈欢迎。