SSD行動應用成主力 效能/反應/功耗缺一不可

*以Ultrabook應用相關重要指標為例

“本文同步刊載於新電子科技雜誌2012年電子工業市場年鑑”

作為近年來廣受討論與看好的儲存媒介,固態硬碟(Solid State Drive,SSD)在2012年這個時間點可謂獲得了關鍵性的成長機會。就整個電子裝置市場而言,過去SSD因為快閃記憶體價格居高不下、以及品質穩定度的疑慮,導致整體消費市場的接受度與普及度不如預期,主要仍以企業級應用為大宗,不過這樣的現象在隨著可攜式應用快速發展之下,將面臨一個巨大的轉捩點。

儘管快閃記憶體的價格仍是廠商決定是否導入SSD的關鍵考量之一,但隨著行動裝置市場的快速擴張,平板電腦、超輕薄電腦(Ultrabook)使用SSD作為主要儲存媒介的需求大幅提升,外加消費市場對速度、效能的要求也日益增高,SSD技術已逐漸被市場所接受;我們可以發現,SSD的繁榮前景已然成為業界可期且不爭的事實。然而,正因為相關應用如野火燎原般的快速發展,促使SSD的技術水準與效能表現必須能有效提升,才能滿足產品設計需求、消費者滿意度與市場整體預期。因此,一套可靠的SSD驗證標準更需要被有效的落實執行,以確保產品的品質與表現。作為各式產品測試驗證及品質諮詢顧問的百佳泰(Allion Labs, Inc),在此便以目前最熱門的Ultrabook為例,介紹SSD應用其中時必須注意的幾個關鍵指標。

Ultrabook應用關鍵指標:效能速度、反應能力、低功耗

不論是平板電腦或是近期炒得火熱的Ultrabook,為追求優異效能、行動運算能力與設計上的精簡輕薄,多半均採用SSD作為主要儲存媒介。傳統的磁碟式硬碟(HDD)不僅所佔體積無法符合Ultrabook一體成型機殼(Unibody)的輕薄短小,也不適合在運轉中移動,更無法切合行動裝置多樣化使用角度、用途的需求。因此,SSD在可攜式裝置的應用選擇上,具備了有利的先決條件。除此之外,對SSD應用於行動裝置來說,還有其他至關重要的評估指標必須一一達成,才能真實符合使用經驗;其中,尤以效能速度、反應能力、節電三者最為關鍵。

一、效能速度:打造更加流暢的使用體驗

由於SSD採用快閃記憶體,相較於傳統硬碟的最大優勢就是在於速度上的提升。透過多種技術來優化效能表現,將使得SSD在運作過程中能更有效的運用儲存空間、追求更佳的速度表現。這些技術包括像是ECC機制(Error Checking and Correcting)、Trim指令的支援能力(TRIM Command Support)、資料管理(Data Shaping)、平均抹寫技術(Wear Leveling)、空間回收(Garbage Collection Management)、以及對快取記憶體(Cache)和損壞區塊(Bad Block)的管理能力等等。

除此之外,Intel為Ultrabook所打造的快速反應技術(Smart Response Technology),也是以混合式硬碟技術(SSD搭配HDD)為基礎,將SSD用作快取記憶體的資料暫存使用,將常被存取使用的檔案和應用程式儲存於SSD,以提升效能、反應能力與易用性。這種種的技術揉合結果都能輔助SSD應用於Ultrabook上的效能進化。另一方面,硬體廠商可以選用高容量的硬碟產品,配合較小容量的SSD (20GB)就可以啟動這項功能,並兼具大儲存空間與更高效能的表現,藉以節省完全以SSD作為儲存媒介的較高成本。

那麼要進化到怎樣的標準才算是「符合行動裝置的速度標準」呢?舉例來說,PCMark Vantage原為一個基於Windows Vista版本開始發展的效能評估指標,由於能有效進行對儲存系統的標竿測試,而被業界視為是一個能忠實反應Ultrabook效能表現的評量工具。例如,在搭載SSD caching的狀態下,PCMark Vantage整體評量結果可達16,000分、影像編輯速度可達80 MB/s,目前皆被視為一個可以普遍適用的基本標準。

二、反應能力:隨時隨地回應用戶使用需求

對平板裝置與Ultrabook來說,最符合用戶需求的特點為即時性與方便易用性。對以行動需求所打造的裝置來說,隨時隨地都有可能被賦予任務來處理使用者的需求;因此,快速的開機速度和良好的休眠喚醒能力都是必須達到的前提。

除了前面提到的快速反應技術能提升效能與反應能力外,Intel推出的另一項技術:快速啟動(Rapid Start Technology),也是有效讓Ultrabook能快速開始運作的一種方式。Rapid Start試圖結合傳統應用上睡眠模式(Sleep Mode,S3)的快速反應與休眠模式(Hibernate Mode,S4)的節電,讓裝置能以最不耗電的方式被即時喚醒。這項技術也是基於使用SSD為儲存環境的基礎下所設計。目前,業界所要求的標準為從休眠模式喚醒到正常運作必須在七秒鐘內完成,不過許多廠商也透過對BIOS、韌體等的修改,來進一步加快啟動速度。

除此之外,另一個以SSD為建議環境所開發的智慧連接技術(Smart Connect Technology),將使得行動裝置能在睡眠模式的狀態下,持續保持與網路的連結,以最省電的方式持續接收電子郵件、網路訊息或社交訊息提醒。使用者不需再等到要使用裝置時,才重新搜尋網路來源或進行網路設定,就能獲得最流暢方便的網路使用經驗。

三、低功耗:有效滿足行動需求

第三個關鍵指標就是低功耗,也就是節電能力。對於行動裝置來說,由於無法持續取得電源供應,越長的待機時間對用戶的使用而言就越為方便,使用者無須因為電力耗盡而苦苦找尋插座來進行充電。至於對產品本身來說,要達到較長的待機時間可分為兩個層次,一者是內建電池本身的蓄電容量;二者則是各個關鍵零組件所構成的功耗表現。

因此,SSD便成為行動裝置追求高效、省電的儲存首選。SSD不若傳統硬碟需透過馬達運轉,在實際存取使用時也相當節省功耗。SSD不但能大幅加快電腦的開機速度、檔案開啟速度、和其他任務的執行速度,還能同時提供更長的待機時間與帶給消費者良好的使用經驗。

同樣以Ultrabook來看,目前的期望值便是至少提供在持續使用下五小時的續航力,而針對像是13吋以上尺吋的Ultrabook來說,由於有較多空間可以作為電池使用空間,而被期望必須達到八小時的續航力。而為了達成這樣的目標,針對SSD進行有效的優化也就成為開發廠商的ㄧ大挑戰。

儘管SSD本身已有相較於傳統硬碟更為省電的優勢,然而要真實的達到功耗優化,則有許多細節必須注意,例如在AOAC(Always on, always connected)的閒置狀態下, Ultrabook的整機電耗以及儲存系統的電耗都必須維持在一定的臨界值之下,同時並不能影響到裝置的效能表現,除此之外更有其他的電力管理要求需要一一達成。由此觀之,在功耗門檻與良好速度效能的追求之下,如何有效優化SSD的設計、技術整合與應用將會是廠商必須反覆研究、嘗試並加以驗證的重點。

從基礎功能測試到進階驗證分析 SSD品質再進化

誠如上述,SSD應用在Ultrabook此行動裝置上需要關注的重點外;對於相關廠商來說,還是必須回歸技術原點,對SSD進行通盤性的驗證。不久前,百佳泰曾專文討論過SSD的驗證重點以及相關可能肇因(全文請見新電子科技雜誌2010年12月號”層層把關儲存效能 關鍵驗證缺一不可”);簡單來說,對SSD的功能性測試不外乎是以下七個基礎項目:

1. 硬體:包括接口機構的合規性、傳輸訊號的穩定度等。

2. 相容性:確保SSD與其他電腦系統、周邊設備與軟體能正常相容使用。

3. 效能:量測SSD在處理不同類型檔案資料時的速度表現,包括是否達到宣稱的效能、是否會有效能不穩定等狀況的發生。

4. TRIM指令:瞭解SSD對TRIM指令的支援程度,以減少效能退化或抹寫不均勻的狀況。

5. 資料完整性:確認SSD在存取使用的過程中均能忠實儲存資料而不會有資料漏失或毀損的情形。

6. 可靠性:評估SSD的可有效使用壽命、以瞭解品質可靠度。

7. 功耗:監控在不同使用情境下SSD的電力使用狀況以確認其功耗的穩定性。

*圖一 效能退化實例

 

*圖二 效能表現不穩定實例

由於每個用戶在使用SSD相關裝置(不論是平板電腦或其他設備)的目的與訴求不同,因此在使用的方式上也會大相逕庭。而由於不同的檔案大小與檔案存取方式皆會影響SSD的速度,因此歸納並設計出各種可能的工作負載量(Workload),便是一個能確實驗證SSD在不同使用情境下效能表現的方式。另外,為了讓自家的SSD能在市場上脫穎而出,除了上述必須達到的基礎標準外,還有幾個能有效提升SSD品質與效能表現的驗證方式:

第一、透過模擬工作負載量進行多情境驗證

*圖三 利用指定工作負載量進行效能測試評估
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第二、執行標竿測試與競爭分析
舉例來說,在單純使用如Office等生產力軟體、玩線上遊戲、瀏覽網路、進行系統備份、點對點檔案傳輸和影音串流播放的幾種使用情境下,SSD的效能表現均大不相同。而這些情境都是能夠透過實驗、觀察與歸納來整理出邏輯、設計出相對應的模擬工作負載量來協助廠商進行驗證,才能依終端產品需求,調校成最符合該產品所需目的的最佳狀態。

「知己知彼,百戰百勝」在這個競爭激烈的市場環境中已是老生常談,要如何真正的知己知彼、找出自家產品的優勢,卻不是一蹴可幾。儘管進行標竿測試(benchmark test)是眾所皆知的可行方式;然而對SSD而言,找出合適的比較標竿、設計各種相應的測試情境、選擇合適的測試工具,並以正確的方式解譯、分析所獲得的測試結果卻不是件簡單的事。

舉例來說,目前市面鮮有以SSD為量測對象的標竿測試軟體,也無法客製設計不同工作負載量的測試情境、或是進行其他的可變因素調校,因此便難以進行有效的比較測試、取得可用結果。有鑑於此,百佳泰根據SSD的特性,設計開發出一套合適的量測軟體工具,除了能設計並記錄不同的工作負載量外,也能模擬出各種實際使用上可能遇到的狀況,並將測試資訊加以記錄追蹤。最後,藉由這樣的測試結果,進行比較與數值分析,進一步強化不足之處、彰顯產品價值。

 

*圖四 寫入吞吐量在不同SSD、不同使用情境下的表現可能大不相同

 

*圖五 Trim指令支援能力的標竿測試(範例)

第三、提升問題偵錯與錯誤分析能力

最後一項也是最難達成的一項,便是面對問題的偵錯能力。SSD的技術架構看似簡單實則博大精深,如何使控制晶片、快閃記憶體、傳輸接口與實際應用面能相互完美整合,始終是廠商必須投注心力的關鍵所在。正因為SSD有其技術門檻,加上各種常見的問題層出不窮(諸如效能退化、耐受性、穩定度、相容性等等),是以針對SSD進行通盤驗證以及問題偵錯成為SSD廠商的必備課題。

瞭解市面上SSD產品與應用的五花八門,百佳泰在開發完整的SSD獨立測試解決方案之外,也順應當下行動裝置的熱潮,針對這些新興產品應用規劃全面性的驗證計劃,並提供偵錯與肇因協尋的技術支援。本文在此謹以專業實驗室角度,點出SSD對Ultrabook這樣的行動裝置必須關注的重點項目,以及如何進一步提升SSD效能表現,希冀能提供SSD廠商在研發設計產品時,一個有效的參考方向。

 

CES 2012 系列報導(三):微軟Windows 8 能否再次win ∞

 

2012-3-6 下午 05-34-25

根據研究機構NPD DisplaySearch的報告指出,隨著觸控面板技術的創新與市場需求,未來不論是平板電腦、筆記型電腦以及超輕薄筆電將大幅地採納觸控式螢幕 ,使觸控面板模組的產值將從2012年29億美元成長至2015年的57億美元。而NPD DisplaySearch更大膽預測,Microsoft即將上市的 Windows 8對於觸控功能的強化,將為平板電腦與筆記型電腦的觸控需求帶來革命性的變化。換言之,Windows 8的上市將同時為PC、平板電腦以及觸控產業帶來極大的市場發展。正因如此,在今年的CES展中,除了之前所介紹的超輕薄筆電最受矚目外,另一個屬於Wintel架構的Microsoft也順勢釋出Windows 8的概念架構,為預計在今年秋天正式上市的Windows 8嶄露第一道曙光。到底時隔三年所推出的新一代Windows作業系統會有什麼創新發展與應用呢,且讓我們在此為大家一探究竟。

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CES 2012系列報導(一):改變、Wintel的逆襲、Ultrabook

全球三大電子展(含德國漢諾威電子展CeBIT、台北國際電腦展Computex)之一的2012美國消費性電子展CES已於2012年1月10日至13日在美國拉斯維加斯展開序幕,CES一向被視為當年度的科技風向球,率先為2012年的科技產業颳起第一波旋風。此次CES除了延續前幾年在平板電腦、智慧型電視、3D顯示的焦點外,最大的重頭戲即是「超輕薄筆電(Ultrabook)」的問市;根據CEA統計,現場有高達50款的Ultrabook同時、同步亮相,為2012的Ultrabook市場元年投入第一顆震撼彈。

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