问题

不同闪存容量大小的 iPhone 7 的写入速度的差异是什么原因造成的?

回答
要弄清楚为什么 iPhone 7 不同存储容量的型号在写入速度上会有差异,我们需要深入了解 iPhone 背后的技术细节。这不仅仅是简单地把数据塞进存储空间,而是一个涉及到硬件设计、闪存颗粒特性以及系统优化等多个层面的复杂问题。

首先,最直接也最核心的原因在于闪存颗粒的规格和接口带宽。

想想看,存储容量大小的差异,往往意味着手机内部使用了不同数量的 NAND 闪存芯片,或者这些芯片本身在性能规格上就有所不同。更重要的是,这些闪存芯片需要通过一个控制器来与手机的主处理器(A10 Fusion 芯片)进行数据交互。这个控制器就像一个交通枢纽,负责管理数据的读写请求,并决定数据传输的效率。

闪存芯片的数量与并行读写: 更大的存储容量通常需要更多的闪存芯片来堆叠实现。就像你需要更多的车道才能让更多车辆同时通过一样,更多的闪存芯片可以允许更多数据块同时进行读写操作。iPhone 7 的存储控制器设计,在面对更多闪存芯片时,可能会有更高的并行处理能力,能够同时驱动更多的芯片进行写入,从而提高整体写入速度。反之,容量较小的 iPhone 7,可能使用的闪存芯片数量较少,或者这些芯片的连接方式限制了并行处理能力,导致写入速度相对慢一些。

NAND 闪存的类型与层级: NAND 闪存本身也有不同类型,比如 SLC(单层单元)、MLC(多层单元)、TLC(三层单元)甚至QLC(四层单元)。SLC 速度最快、寿命最长,但成本也最高,容量密度较低;MLC 介于 SLC 和 TLC 之间;TLC 和 QLC 成本更低、容量密度更高,但写入速度和寿命相对较差。虽然苹果通常会在其设备中使用高质量的闪存,但为了在不同存储容量之间控制成本,可能会在低容量型号中采用一些规格稍逊的闪存颗粒,或者在闪存芯片内部的单元密度上有所差异,这都会影响到写入速度。例如,同一个控制器,在写入 TLC 闪存时,由于其固有的速度限制和管理复杂性(例如需要更频繁的擦除和写入均衡),整体写入速度会比写入 MLC 或 SLC 慢。

接口带宽和控制器设计: 闪存控制器与闪存芯片之间的通信速度,以及控制器本身的处理能力,是决定写入速度的关键。苹果的设计团队在为不同存储容量的 iPhone 进行硬件设计时,会考虑整体成本和市场定位。为了优化成本,他们可能会为存储容量更大的型号配备更强大、带宽更高的闪存控制器,或者与闪存芯片之间采用更高效的连接协议。更大的接口带宽意味着数据可以在控制器和闪存芯片之间以更快的速度传输,这直接体现在写入速度的提升上。

其次,软件和固件的优化也扮演着重要的角色。

苹果以其软硬件一体化设计而闻名,这意味着iOS系统和固件会针对不同的硬件配置进行精细的优化。

写入缓存和垃圾回收机制: 闪存的写入过程并非是直接写入,而是涉及到更复杂的“写入缓存”和“垃圾回收”(Garbage Collection, GC)机制。写入缓存可以暂时存储数据,然后批量地写入闪存,以提高效率。而垃圾回收则是在闪存芯片中清理不再需要的数据块,以便为新的写入腾出空间。这些过程都需要闪存控制器和系统软件协同工作。为了充分发挥闪存的性能,苹果会根据不同容量型号的闪存配置,调整这些缓存的大小、刷新策略以及垃圾回收的频率和方式。更大容量的 iPhone 可能拥有更精细优化的垃圾回收算法,或者更大的写入缓存,这可以减少写入操作中的延迟,提高整体写入速度。

文件系统管理: 手机存储中的文件系统(如 APFS)在管理数据存储、分配空间和处理读写请求时,也会影响到实际的写入速度。不同的存储容量型号,其文件系统的具体配置和优化程度可能会有所差异,以更好地适应底层闪存的特性。

最后,我们不能忽视市场定位和成本控制。

苹果作为一家商业公司,产品定价和配置之间总是存在权衡。

性能差异与成本的权衡: 通常来说,提供更快写入速度的闪存颗粒和更强大的存储控制器成本更高。为了在不同存储容量的产品线上拉开价格梯度和市场定位,苹果可能会在低容量型号上采用性能稍逊但成本更低的闪存解决方案。用户在购买更高容量版本时,除了获得更大的存储空间,也可能间接获得了更快的读写性能。这种差异化策略既能满足不同用户的需求,也能通过成本控制来优化利润。

总结来说,iPhone 7 不同闪存容量型号的写入速度差异,是多种因素共同作用的结果。最根本的原因在于不同容量型号可能采用了不同规格的闪存颗粒,以及不同性能的存储控制器。这些硬件差异通过优化的软件和固件策略,进一步被放大或弥补。最终,这既是技术上的实现,也是商业策略上的考量,旨在为消费者提供多样化的选择,并在成本和性能之间找到一个平衡点。

网友意见

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我现在工作就是做SSD(flash)控制芯片。不过是企业级的,但应该和终端级的在原理上差别不会太大。

首先通道数对写性能影响很大,一般有4/8/16 channels,如果是相同的flash颗粒和相同的控制芯片,通道数就决定了写性能的上限,写性能上限与通道数基本成正比。但是,这仅仅是理想情况。

另外,假如两者所用flash颗粒不同,如SLC,MLC,TLC,读写性能当然会有差异,价格也差异明显。

即使是同一块flash和同一颗控制芯片,在不同使用情况下,写性能差异也很大。这是因为flash是需要擦除的,即写过数据的地方想要二次写,是需要先进行擦除才能二次写;并且,写和擦的最小单位是不同的。以服务器所用的SSD为例,写是以page单位写的,page的大小一般在0.5~16 kbytes;而擦是以block来擦,block的大小一般在1024~8192个page之间。实际设计中,控制芯片一般更是将大概16~512个block捆绑为raid block,作为一组,一起拿来用于写和擦。

在使用过程中,随着用户的不同操作,没写过的raid block依次被逐渐写入数据;而已经写过的raid block里面,有的数据变为无效。最后,没写过的raid block越来越少,写过的raid block里有效的数据也越来越少,假如继续写下去而不进行其他操作,所有的raid block将被写完,假设没有一个写过的raid block中的数据全变无效,那么盘就被写死了,因为擦任意一个raid block 都会擦到有效数据造成数据丢失。这就需要gc(garbage collection)。

gc一般将会在剩余未写的raid block不多时启动,它会将所剩有效数据最少得raid block中的所有有效数据读出来重新写,这样一来该raid block就可以拿去被擦了,擦完之后就重新变成未写的raid block作为备用。通过gc,就可以保持整个盘可以一直被往复写。但问题是,gc的读写会占用flash的读写带宽,并且为了防止gc太慢赶不上用户写数据的速度而导致盘被写死,控制芯片在进入gc阶段时会限制用户的写入速度,并且剩余raid block越少,将用户写入速度限制得越低,gc则被允许更大速率的读写以产生足够多新的未写的raid block。所以,SSD使用时不要写太满,并不是因为上面

@北极

所提到的平衡磨损,而是因为gc。

因此在不清楚题主所提到的写入速度测试的flash的存储情况的条件下,不能断定32g比256g写速率慢这么多。当然,256g很可能通道数要比32g的多,写性能的上限本来就比32g的高。

所以,要比较两者真实写性能的差异,最好在两者都空盘的情况下测试,并且测试所用的写入数据也不能大到使32g盘进gc。

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1. 麻烦仔细看视频42MB/s和341MB/s都是写速度,不是读速度,读速度一个是600+另一个是800+,差距没那么大:

2. iPhone7的32G和其它版本用的Flash不一样,好像一个是MLC一个是TLC,主控的设计不同可能会影响测试结果。

3. 因为不知道他的测试参数,目测可能是持续写128M数据,对于256G的iPhone7来说,这点数据可能还没填满缓存,而另一个很有可能已经满了,做设备performance测试的一个原则就是要填满缓存,否则测试没意义。换句话说,如果256G版本的iPhone写的数据足够大,可能看着也没那么好看。

4. 注意视频开头有提到两个设备剩余空间不一样,一个剩余200多G,另一个只有一半的样子。闪存类的存储设备,剩余空间比较少的时候,可能会触发回收机制,性能有可能急剧下降。从视频中看,手机都是装了一些东西了,肯定用了一段时间,所以不好说过去写了多少数据。

5. 不同容量的存储器,通道数是不同的,通道越多,并发效果越好,自然速度就快一些,已知的是256G的通道数肯定大于32G。


我的结论是:肯定有差别,但不代表差别就一定是实情(注:同样的设备,不同的测试方案能得到很多不同的结果),设备本身强大与否,与所在的整个系统的方案有很大关联。

要说这个视频有没有意义,我觉得也有意义,至少说明在实际使用中32G的确实不尽人意,至于是不是苹果故意阉割,那还不好说。


至于后面那个复制4.2G数据的东西,可能是因为lightning线接到USB2.0口上的原因,没有参考价值。


还有,如果拿这个跟华为P10去比就比错地方了,flash持续写性能,不管是什么设备都好不到哪去,P10的问题是在读上面的巨大差异。截图就可以看出来苹果不同设备的读性能差距没那么大,还有,华为洗地的水平太差,不说别的,就性能测试这块,我手头同样的一个华为手机、同样的一个软件,就能跑出好几种结果,真要洗地麻烦提高点知识水平好不?

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