Robson閃存加速技術詳解

計算機系統(tǒng)訪問硬盤的速度往往遠遠慢于訪問內存的速度，正因如此計算機的發(fā)明者才發(fā)明了內存，由它作為CPU與硬盤之間的緩沖，由此計算機系統(tǒng)就形成了CPU，處理器緩存，內存，硬盤這樣的四級存儲結構。這并不是什么創(chuàng)舉，而是計算機科學家無可奈何的選擇。到目前為止硬盤性能低下的狀況并沒有得到什么改善，它在10年之前就已經(jīng)成為計算機系統(tǒng)的瓶頸了，雖然信息技術在10年內的變化驚人，但是硬盤的瓶頸并沒有因為技術進步而消除，反而變的越來越嚴重。我們相信大家一定清楚這意味著什么，也許你使用頂級的雙核處理器，也擁有頂級的雙顯卡，但是系統(tǒng)啟動速度卻快不了多少，大型游戲漫長的加載過程也使玩家急不可耐，就連PhotoShop,OUTLOOK這樣的軟件也需要花費數(shù)秒的啟動時間，而不是我們想象的那樣一點就開。閃電頻道:外部設E-=^程序』原始數(shù)據(jù)!運行結果:i輸入翩出命奄閃電頻道:外部設E-=^程序』原始數(shù)據(jù)!運行結果:i輸入翩出命奄Flash閃存作為存儲家族中的一員，雖然在速度上還和DRAM相差很遠，但比起機械結構，依靠磁性存儲的硬盤要快很多，而且它具備和硬盤一樣的掉電不丟失數(shù)據(jù)的特征，如果我們使用FLASH閃存取代硬盤作為主要的數(shù)據(jù)存儲設備，上面的問題豈不可以得到解決?快速的讀取讓軟件啟動速度大大的加快，用戶可以行云流水般的流暢的操作電腦，這不僅僅是效率的提升，更是用戶對電腦使用上感受的提升，讓用戶使用電腦的時候保持輕松愉快的心情，這一美妙的設想并不遙遠，在06年3月份舉行的IDF技術論壇上，Intel就公布了其使用NAND閃存作為硬盤緩沖區(qū)的技術，這項技術被命名為“Robson”技術。

點29FQ4G08AAWBigFr|06H6K薩三J㈢?'⑴斜Robson模塊?閃存作為硬盤緩沖的技術可行性點29FQ4G08AAWBigFr|06H6K薩三J㈢?'⑴斜在介紹Robson技術之前，我們有必要進一步探討硬盤瓶頸以及使用Flash閃存作為緩沖的技術可行性。閃曲頻.:首ATA/33|ata/w叫.心&沁召133薄旎溷99200001020304硬盤接口發(fā)展在過去的10年中，作為計算機核心組件的處理器一直都精確的按照摩爾定律向前發(fā)展，芯片集成度每18個月翻一翻，處理器性能大幅度攀升，內存技術和圖形技術的發(fā)展也是日新月異，尤其是圖形領域的技術革新遠快于處理器，然而并非所有部件都能保持如此高的發(fā)展速度，最典型的就是硬盤性能。在接口方

面，硬盤的技術提升還算積極，從ATA-33到ATA-66,ATA-100和ATA-133，再到現(xiàn)在的SATA150,SATA300標準，硬盤的接口傳輸速率提升了近10倍，當前最新的SATA300標準可以提供300MB/S的接口傳輸速率，理論上傳輸1G的文件，只需要3.3秒，加載數(shù)據(jù)，啟動系統(tǒng)，開啟程序緩慢的情況將不可能發(fā)生。硬盤內部結構然后上面只是美好的設想，真正決定硬盤性能高低的是內部讀取性能，磁頭要獲取數(shù)據(jù)就必須在機械驅動下到達制定位置，通過磁場的作用產(chǎn)生反饋的電訊號，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出，這種機械式的讀取方式，令硬盤無法快速提升其效能，如今7200轉硬盤平均讀取性能只有50M左右，而主流筆記本的5400轉硬盤僅僅為30M，很難令人滿意。再者，硬盤的機械結構很難實現(xiàn)瞬時響應，主流7200轉硬盤平均尋道時間在8—10毫秒左右，平均延遲時間在4毫秒左右，這樣總的讀寫延遲在12毫秒以上。而筆記本硬盤由于轉速更低，讀寫延遲時間要更長一些，這樣對于那些需要頻繁讀取數(shù)據(jù)的應用而言，反應慢，性能低下的硬盤無疑是非常嚴重的制約。Intel在介紹其Robson技術前列出這樣的數(shù)據(jù)：在過去的10年間，硬盤速度只保持2.5%左右的年平均增長率，累計到現(xiàn)在只有1.3倍左右的性能提升。但是同時，微處理器性能提升超過30倍，硬盤領域的技術革新遠遠落后于微處理器，這種不對等的發(fā)展造就的弊端就是計算機在數(shù)據(jù)存取時造成的明顯的數(shù)據(jù)瓶頸，進而嚴重拖慢了系統(tǒng)運行的速度。如果處理器需要數(shù)據(jù)，那么它首先搜索自己的緩存單元，這個過程處理器必須停步等待，如果緩存中沒有數(shù)據(jù)，處理器就必須從內存中獲取，倘若內存中依然沒有需要的數(shù)據(jù)，處理器就必須在速度緩慢的硬盤中尋找，這個過程往往需要耗費數(shù)秒的時間，對于頻率很高的處理器來說，區(qū)區(qū)幾秒的等待，就浪費了大量運算周期。實際使用中就是系統(tǒng)開機過程緩慢，程序加載速度緩慢，看起來不大不小的問題，卻嚴重影響了用戶的使用感受。NAND閃存以NAND型閃存作為硬盤的緩存區(qū)在技術上完全可行，首先，NAND閃存具有不揮發(fā)性，在掉電的情況下，閃存中的數(shù)據(jù)也可以永久保存，與磁性記錄的硬盤毫無二致，作為硬盤的緩存非常合適。其次，NAND閃存在速度上擁有絕對的優(yōu)勢，目前三星的“OneNAND”型閃存可以達到108M的平均讀取性能，雖然目前的7200轉硬盤的突發(fā)傳輸速率可以到達120M以上，但是其平均傳輸速率只有50M左右。僅為OneNAND閃存的一半，即使是傳統(tǒng)的NAND閃存的讀取速率也能達到36M左右，超過各品牌5400轉筆記本硬盤。而這些都基本是NAND閃存最基本的數(shù)據(jù)規(guī)格，如果采用內存模組的多芯片，多傳輸通道設計，那么NAND的傳輸速度會有成倍的提升。在寫入方面，NAND/OneNAND閃存在7-10M范圍內，這個指標雖然比較低，但是在多通道設計下，閃存模塊同樣可以實現(xiàn)超越硬盤的寫入速度。如果能以高速NAND閃存來取代硬盤承擔主要的數(shù)據(jù)讀寫任務，那么數(shù)據(jù)操作性將大大加快，最直接的好處就是系統(tǒng)開機和程序加載時間將會大大縮短，這無疑將會給用戶帶來更好的使用感受。不過，要將這種想法變成現(xiàn)實還并不是那么容易，必須要面對以下兩個問題，其一，NAND閃存加速功能采用何種形式與系統(tǒng)連接。其二，如何在軟件上提供支持，令NAND閃存的讀寫優(yōu)先級別高于硬盤。?Robson技術：NAND擴展卡讓存儲加速Robson技術將會首先出現(xiàn)在代號為“SantaRosa”的第四代移動技術平臺中，這樣筆記本將成為Robson技術最早的受益者。在具體實現(xiàn)上Robson采用閃存加速卡+核心驅動的模式運作，擴展卡包含一塊NAND閃存，閃存容量可以在128M-4G之間，閃存的容量越大，容納的數(shù)據(jù)量就越大，加速效果越好，控制芯片則負責傳輸實際的數(shù)據(jù)讀寫動作，功能類似于PC系統(tǒng)中的內存控制器，而它采用何種設計直接關系到閃存加速能達到什么樣的效果。

CrestlineChipsetRobsonModuleCrestlineChipsetRobsonModuleIntefsNANDTechnologyinSantaRosa我們知道，諸如USB接口的閃存盤以及各種閃存卡的讀寫速度都非常的慢，主要原因在于接口控制芯片的制約，令內部的NAND閃存無法在最高性能的理想模式下工作，再加上這些設備對速度并沒有太高的要求，廠商一般都使用讀寫速度為17M/S的低速NAND閃存芯片，在這些因素的制約下，U盤和存儲卡自然就無法獲得高性能。但是Robson加速卡以性能為第一要務，除采用高速NAND閃存外，英特爾還將采用多通道總線，將多枚NAND芯片捆綁在一起并行讀寫，這樣就可以大幅度提高閃存模塊的讀寫效能，從NAND閃存現(xiàn)有性能指標來看，并行讀寫的效果將極其驚人，若采用108M/S讀取速度規(guī)格的OneNAND閃存，且采用雙芯片并行讀寫的設計方案，那么Robson模塊將可獲得200M/S以上的讀取速率。作為對比，我們不妨看以下事實，若采用15000轉的SCSI硬盤構成RAID0系統(tǒng)，平均讀速率大約可以在100-130MB/s左右，盡管英特爾還沒有完全公布Robson模塊的具體設計細節(jié)，但業(yè)界認為它將會遠超過硬盤的讀寫速度。Robson接口控制芯片除了負責閃存讀寫的實際控制之外，還掌管模塊本身與系統(tǒng)的通訊。Robson并非采用專用于存儲的SATA-300接口，而是采用PCIExpress串行總線直接連接在南橋上，Robson將會采用小體積的MINIPCIExpress卡的形式存在，這種卡的外觀類似于迅馳平臺的3945abg無限網(wǎng)絡模塊。如果用戶嫌模塊中閃存容量不夠大，還可以自己更換規(guī)格更高的Robson加速卡。但是輕薄型的筆記本內部空間可能沒有那么充裕，無法提供Robson加速卡的安裝位置，那么直接將Robson加速卡上的元件焊接在主板上，也許是個不錯的主意。

ICHxMww!島1?-PCI-Einterface-Mmicard-HalfMinicard?GMCHRcbsonDriverRobsoriOverviewPlatformNVdiskICHxMww!島1?-PCI-Einterface-Mmicard-HalfMinicard?GMCHRcbsonDriverRobsoriOverviewPlatformNVdiskcache:-ScalableCapacity-DrivermanagedOpC.由fiphhc，DRAMRobsonHW如果沒有驅動程序的支持，Robson加速卡就和一塊普通USB閃存盤沒有區(qū)別，倘若要實現(xiàn)加速功能，就要求系統(tǒng)在啟動程序和做各類數(shù)據(jù)操作時都將Robson作為第一選擇，顯然專門的驅動程序必不可少。英特爾表示Robson驅動將具有跨平臺性質，除了WindowsVista以外，WindowsXP，MacOS以及Linux操作系統(tǒng)都將有對應的Robson驅動，以保證該技術在各類操作平臺中都保證受益。驅動程序的主要功能就是將系統(tǒng)和應用程序啟動所需的數(shù)據(jù)，預先加載到Robson加速卡中，閃存容量越大，就能容納越多的程序。ArthicrturtStHchti-RobsonArchitecture?NANDflashsolutiononPCI-ebus,ArthicrturtStHchti-RobsonArchitecture?NANDflashsolutiononPCI-ebus,InteldriverinterfacestoMicrosoftReadyBoost*andReadyDrive*?O-ROMhandlespredriverloadcachemanagement成蹄冷七，cn卜UKUM■W"■j--r-?.■?Supportson-motherboardandminicardsolutionsArwMW"TtfvAmupvz乳E麻M111WFMWwrrRcblonDiivMCTRL-OpecaGirtg這樣，當用戶啟動操作系統(tǒng)和應用程序時，CPU將會通過PCIE總線直接從Robson加速卡中獲取數(shù)據(jù)，并將其加載到內存中。因為Robson加速卡讀取響應更快，數(shù)據(jù)傳輸率也就更高，加載等量數(shù)據(jù)所需要的時間也就更少，因此就能提高啟動速度。在數(shù)據(jù)寫入的時候，Robson驅動將Robson加速卡作為第一寫入目標，數(shù)據(jù)首先被寫入到閃存中，如果閃存空間寫滿，系統(tǒng)會自動啟動硬盤，并將相應的數(shù)據(jù)寫入。在這個過程中，硬盤可以長期處于休眠狀態(tài)，這不僅有利于大幅度降低系統(tǒng)的功耗，更可以降低硬盤的發(fā)熱量，提高筆記本使用舒適度，同時也可以大大延長硬盤的使用壽命，Robson加速卡的容量越大，可以容納的數(shù)據(jù)就越多，硬盤啟動的時間就越短，降低功耗的效果就越好。在操作系統(tǒng)和程序啟動方面，Robson技術的加速效果也是立竿見影，由于休眠的數(shù)據(jù)可以存儲在閃存芯片中，系統(tǒng)開機恢復到可以操作的狀態(tài)僅僅需要5秒鐘的時間。即便完全重新啟動，速度也比標準機型快的多，程序啟動方面，英特爾演示機型開啟AdobeReader費時5.4秒，而支持Robson技術的機型啟動僅僅需要0.4秒，用戶幾乎感覺不到任何停頓。使用Robson的筆記本（左）啟動速度明顯要快而在響應速度上，Robson也具備很強的優(yōu)勢，在MobileMark測試中，Robson模塊在連續(xù)操作下的平均延時僅為2.6毫秒，這個數(shù)字遠遠低于常規(guī)的硬盤，低延遲能夠有效縮短CPU索取數(shù)據(jù)的等待，CPU的工作因此也變的更加有效率。而在功耗方面，Robson模塊的功耗僅僅為0.1瓦，而平臺的2.5英寸筆記本硬盤的平均功耗一般都在1-1.3瓦左右，實際運行時，Robson機型存儲系統(tǒng)的平均耗能為0.49瓦,這其中包括Robson模塊與間隔啟動的硬盤的功耗，而常規(guī)機型的平均耗能達到1.18瓦，英特爾表示，僅此一項技術就可以讓筆記本的使用時間多出20分鐘。日ypowersavings:wtienactiveRobsonsystemidlesooner1,BothActiveBisS#flno*2154WRo^Spn=J.4日ypowersavings:wtienactiveRobsonsystemidlesooner1,BothActiveBisS#flno*2154WRo^Spn=J.4神S^vmgb=.14W幽翎Me?I.MWRgqn=1P06WSavinge-1,44御RobsonWilhouRobson'12T)24Q3?04翎?D720fl<r._pennssEijnLcomxti3.BothFtfteBasfltint■=1.54WRolKcn-.94WSavinua=.*板的Electuear：uBeneritsRobsonPowerSavings廣屁w砒修saved(withmore:RM??..Morslov;powerstateswhenisle更快的系統(tǒng)和程序啟動速度，更長的電池使用時間，Robson技術將極大的提升用戶的使用體驗，同時將進一步增強英特爾移動平臺的競爭力，在英特爾的強力推動下，Robson有望在2007年獲得廣泛的應用，這項極富實用意義的技術將無疑受到用戶的熱烈歡迎。雙通道的作用:雙通道內存技術其實是一種內存控制和管理技術，它依賴于芯片組的內存控制器發(fā)生作用，在理論上能夠使兩條同等規(guī)格內存所提供的帶寬增長一倍。它最早被應用于服務器和工作站系統(tǒng)中，后來為了解決臺式機日益窘迫的內存帶寬瓶頸問題它又走到了臺式機主板技術的前臺。在幾年前，英特爾公司曾經(jīng)推出了支持雙通道內存?zhèn)鬏敿夹g的i820芯片組，它與RDRAM內存構成了一對黃金搭檔，所發(fā)揮出來的卓絕性能使其一時成為市場的最大亮點，但生產(chǎn)成本過高的缺陷卻造成了叫好不叫座的情況，最后被市場所淘汰。由于英特爾已經(jīng)放棄了對RDRAM的支持，所以目前主流芯片組的雙通道內存技術均是指雙通道DDR內存技術，而最早提供對雙通道DDR內存技術支持的是Intel的865系列芯片組，隨后的875、915、945、965、975X以及即將發(fā)布的P35、X38芯片組支持內存雙通道。說白了，目前的主流芯片組都支持內存雙通道。而AMD方面，nForce2芯片組曾經(jīng)引入了雙通道的概念，后來自K8時代的Socket939處理器才真正引入了雙通道的支持。由于目前AMD的處理器是內部集成內存控制器，因此支持雙通道與否與主板沒什么關系。其實，組建雙通道理論上可以成倍的提高內存帶寬，帶來性能的大幅度提升。但實際上這個性能提升幅度是比較小的，特別是對于AMD平臺而言，由于處理器內部集成了內存控制器，因此對雙通道不是很敏感，組建與否，不會帶來很大的性能提升，一般來說可能提升5%左右的性能。而Intel方面則不一樣，Intel平臺對雙通道的依賴還是比較大的，一般來說可以帶來20%左右的性能提升。最后要指出的是，不管什么平臺，如果采用了集成顯卡，應該盡量考慮用雙通道！雙核CPU與單核CPU有什么區(qū)別?雙核就是2個核心核心（Die）又稱為內核，是CPU最重要的組成部分。CPU中心那塊隆起的芯片就是核心，是由單晶硅以一定的生產(chǎn)工藝制造出來的，CPU所有的計算、接受/存儲命令、處理數(shù)據(jù)都由核心執(zhí)行。各種CPU核心都具有固定的邏輯結構，一級緩存、二級緩存、執(zhí)行單元、指令級單元和總線接口等邏輯單元都會有科學的布局。從雙核技術本身來看，到底什么是雙內核？毫無疑問雙內核應該具備兩個物理上的運算內核，而這兩個內核的設計應用方式卻大有文章可作。據(jù)現(xiàn)有的資料顯示，AMDOpteron處理器從一開始設計時就考慮到了添加第二個內核，兩個CPU內核使用相同的系統(tǒng)請求接口SRI、HyperTraort技術和內存控制器，兼容90納米單內核處理器所使用的940引腳接口。而英特爾的雙核心卻僅僅是使用兩個完整的CPU封裝在一起，連接到同一個前端總線上?？梢哉f，AMD的解決方案是真正的“雙核”，而英特爾的解決方案則是“雙芯”?？梢栽O想，這樣的兩個核心必然會產(chǎn)生總線爭搶，影響性能。不僅如此，還對于未來更多核心的集成埋下了隱患，因為會加劇處理器爭用前端總線帶寬，成為提升系統(tǒng)性能的瓶頸，而這是由架構決定的。因此可以說，AMD的技術架構為實現(xiàn)雙核和多核奠定了堅實的基礎。AMD直連架構（也就是通過超傳輸技術讓CPU內核直接跟外部I/O相連，不通過前端總線）和集成內存控制器技術，使得每個內核都自己的高速緩存可資遣用，都有自己的專用車道直通I/O,沒有資源爭搶的問題，實現(xiàn)雙核和多核更容易。而Intel是多個核心共享二級緩存、共同使用前端總線的，當內核增多，核心的處理能力增強時，就像現(xiàn)在北京郊區(qū)開發(fā)的大型社區(qū)一樣，多個社區(qū)利用同一條城市快速路，肯定要遇到堵車的問題。HT技術是超線程技術，是造就了PENTIUM4的一個輝煌時代的武器，盡管它被評為失敗的技術，但是卻對P4起一定推廣作用，雙核心處理器是全新推出的處理器類別；HT技術是在處理器實現(xiàn)2個邏輯處理器，是充分利用處理器資源，雙核心處理器是集成2個物理核心，是實際意義上的雙核心處理器。其實引用《現(xiàn)代計算機》雜志所比喻的HT技術好比是一個能用雙手同時炒菜的廚師，并且一次一次把一碟菜放到桌面;而雙核心處理器好比2個廚師炒兩個菜，并同時把兩個菜送到桌面。很顯然雙核心處理器性能要更優(yōu)越。按照技術角度PENTIUMD8XX系列不是實際意義上的雙核心處理器，只是兩個處理器集成，但是PENTIUMD9XX就是實際意義上雙核心處理器，而K8從一開始就是實際意義上雙核心處理器。雙核處理器（DualCoreProceor）：雙核處理器是指在一個處理器