固态硬盘读写速度理论上有上限吗？
固态硬盘（SSD）的读写速度，从理论上讲，当然存在上限。不过，这个上限并非由一个单一的因素决定，而是由多个相互关联的技术瓶颈共同制约。咱们就来掰扯掰扯，看看这些瓶颈都藏在哪儿。
首先得明白，SSD不像机械硬盘那样有物理移动的部件，它的核心是NAND闪存颗粒。这些颗粒通过电子信号来读写数据，速度那是杠杠的。但是，即便是电子信号，也需要通过一系列的电路来传输和处理，这里面的学问就多了。
1. NAND闪存颗粒本身的读写速度：
NAND闪存颗粒是SSD的“心脏”，它的速度直接决定了SSD能跑多快。闪存颗粒有很多种类型，比如SLC（单层单元）、MLC（多层单元）、TLC（三层单元）和QLC（四层单元），还有更高级的3D NAND技术。简单来说，单元存储的比特数越多，写入的复杂度就越高，速度自然也就越慢，寿命也越短。
SLC: 最简单，速度最快，寿命最长，但成本高昂，通常只用在企业级或高性能设备上。
MLC: 比SLC慢，寿命稍短，但性价比高。
TLC: 再慢一些，寿命也缩短，但成本进一步降低，是目前消费级SSD的主流。
QLC: 最慢，寿命最短，但成本最低，适合大容量存储，读写压力不能太大。
3D NAND: 通过堆叠的方式增加存储密度，在一定程度上缓解了传统平面NAND的速度和寿命瓶颈，但依然受限于NAND单元本身的物理特性。
所以，NAND颗粒的“原生”速度，是SSD速度的第一个理论上限。就算其他部件再快，也无法超越闪存颗粒本身能达到的极限速度。
2. 主控芯片（Controller）的性能：
主控芯片是SSD的“大脑”，它负责管理闪存颗粒的读写操作、数据均衡、磨损均衡、垃圾回收、错误校验等等一系列复杂的工作。主控芯片的性能直接影响到数据处理的速度和效率。
核心数量和主频： 就像CPU一样，主控的核心数量和运行频率越高，处理能力就越强，能够更快地响应主机的命令，并同时处理更多的闪存操作。
算法的先进性： 主控内置的固件算法，尤其是垃圾回收（Garbage Collection）、磨损均衡（Wear Leveling）和错误纠正码（ECC）的算法，对SSD的实际读写性能和寿命有着至关重要的影响。更优化的算法能显著提升数据处理效率，减少不必要的延时。
缓存的支持： 很多主控会搭配DRAM缓存来提升性能，用于存储FTL（闪存转换层）映射表等关键数据，减少对闪存的直接访问，加快响应速度。缓存的大小和速度也构成了一定的瓶颈。
一个性能强大的主控可以最大限度地发挥NAND颗粒的潜力，但如果主控本身处理速度跟不上，那么无论NAND有多快，SSD的实际表现都会受限。
3. 接口的带宽限制：
SSD的读写速度最终是通过数据接口传输到主机的。不同的接口有不同的理论带宽上限。
SATA 3.0 (6 Gbps): 这是目前绝大多数2.5英寸SATA SSD的标准接口，理论最大传输速度约为600 MB/s。即使你的NAND颗粒和主控能够提供更高的速度，SATA接口也会成为一个明显的瓶颈。
NVMe (NonVolatile Memory Express) + PCIe (Peripheral Component Interconnect Express): NVMe是专为闪存设计的协议，相比SATA协议效率更高，延迟更低。NVMe协议通常配合PCIe总线使用。PCIe的版本和通道数决定了接口的带宽。
PCIe 3.0 x4: 目前主流的消费级接口，理论带宽约 3.9 GB/s。
PCIe 4.0 x4: 速度翻倍，理论带宽约 7.8 GB/s。
PCIe 5.0 x4: 最新一代，理论带宽高达 15.8 GB/s。
PCIe 6.0 x4 (及更高版本): 还在发展中，未来会提供更高的带宽。
即使是最快的PCIe 5.0 x4接口，也存在一个理论带宽上限。当SSD的读写速度接近这个上限时，接口就成为了最直接的瓶颈。
4. NAND闪存的通道数量和工作模式：
为了提高读写速度，SSD内部的主控会同时与多个NAND闪存芯片（或闪存芯片内的多个Die）进行并行读写。
通道数量： 主控与闪存之间的数据通道越多，就可以同时传输更多的数据，速度自然就越快。高端SSD往往拥有更多的通道，以更好地发挥NAND颗粒的并行处理能力。
工作模式： NAND闪存颗粒本身也有不同的操作模式，比如同步（ONFi/Toggle DDR）和异步。同步模式的速度明显高于异步模式。
5. 缓存策略和SLC缓存（也称作伪SLC）：
很多TLC/QLC SSD为了提升日常使用的速度感知，会划分出一部分空间模拟SLC模式，也就是所谓的“SLC缓存”。当数据写入到这个缓存区域时，速度会非常快。但这个缓存区域是有限的，一旦写满，SSD就会开始直接写入到成本较低的TLC/QLC区域，速度会急剧下降。这并不是一个恒定的速度上限，而是受缓存大小和填充状态影响的一种动态表现。
6. 系统总线和内存带宽：
虽然不太常见，但在极端情况下，系统内存的带宽、CPU与内存之间的总线速度，甚至主板芯片组的性能，都可能对SSD的实际读写速度产生影响，尤其是当大量数据需要通过系统内存进行临时处理时。
总结一下：
固态硬盘的读写速度理论上确实有上限，这个上限是上述所有因素相互制约的结果。
最根本的限制是NAND闪存颗粒本身的物理特性和设计。
主控芯片的性能决定了能否充分挖掘NAND的潜力。
接口的带宽决定了数据传输到主机的“高速公路”能跑多快。
内部通道数量和闪存颗粒的设计也会影响并行处理能力。
你可以将SSD想象成一个链条，它的整体强度和速度取决于其中最薄弱的那个环节。一个拥有顶级NAND颗粒和超强主控的SSD，如果仅仅使用SATA接口，那么它的速度上限就是SATA接口设定的600 MB/s。反之，一个理论速度能达到10GB/s的闪存，如果搭配一个性能平平的主控或者过时的接口，其最终表现也会大打折扣。
随着技术的发展，新的NAND技术、更强大的主控芯片以及更高带宽的PCIe接口不断涌现，SSD的理论速度上限也在不断被推高。但只要我们还在使用这些基本的技术原理，就总会有一个由物理和工程限制决定的理论极限存在。
首先得明白，SSD不像机械硬盘那样有物理移动的部件，它的核心是NAND闪存颗粒。这些颗粒通过电子信号来读写数据，速度那是杠杠的。但是，即便是电子信号，也需要通过一系列的电路来传输和处理，这里面的学问就多了。
1. NAND闪存颗粒本身的读写速度：
NAND闪存颗粒是SSD的“心脏”，它的速度直接决定了SSD能跑多快。闪存颗粒有很多种类型，比如SLC（单层单元）、MLC（多层单元）、TLC（三层单元）和QLC（四层单元），还有更高级的3D NAND技术。简单来说，单元存储的比特数越多，写入的复杂度就越高，速度自然也就越慢，寿命也越短。
SLC: 最简单，速度最快，寿命最长，但成本高昂，通常只用在企业级或高性能设备上。
MLC: 比SLC慢，寿命稍短，但性价比高。
TLC: 再慢一些，寿命也缩短，但成本进一步降低，是目前消费级SSD的主流。
QLC: 最慢，寿命最短，但成本最低，适合大容量存储，读写压力不能太大。
3D NAND: 通过堆叠的方式增加存储密度，在一定程度上缓解了传统平面NAND的速度和寿命瓶颈，但依然受限于NAND单元本身的物理特性。
所以，NAND颗粒的“原生”速度，是SSD速度的第一个理论上限。就算其他部件再快，也无法超越闪存颗粒本身能达到的极限速度。
2. 主控芯片（Controller）的性能：
主控芯片是SSD的“大脑”，它负责管理闪存颗粒的读写操作、数据均衡、磨损均衡、垃圾回收、错误校验等等一系列复杂的工作。主控芯片的性能直接影响到数据处理的速度和效率。
核心数量和主频： 就像CPU一样，主控的核心数量和运行频率越高，处理能力就越强，能够更快地响应主机的命令，并同时处理更多的闪存操作。
算法的先进性： 主控内置的固件算法，尤其是垃圾回收（Garbage Collection）、磨损均衡（Wear Leveling）和错误纠正码（ECC）的算法，对SSD的实际读写性能和寿命有着至关重要的影响。更优化的算法能显著提升数据处理效率，减少不必要的延时。
缓存的支持： 很多主控会搭配DRAM缓存来提升性能，用于存储FTL（闪存转换层）映射表等关键数据，减少对闪存的直接访问，加快响应速度。缓存的大小和速度也构成了一定的瓶颈。
一个性能强大的主控可以最大限度地发挥NAND颗粒的潜力，但如果主控本身处理速度跟不上，那么无论NAND有多快，SSD的实际表现都会受限。
3. 接口的带宽限制：
SSD的读写速度最终是通过数据接口传输到主机的。不同的接口有不同的理论带宽上限。
SATA 3.0 (6 Gbps): 这是目前绝大多数2.5英寸SATA SSD的标准接口，理论最大传输速度约为600 MB/s。即使你的NAND颗粒和主控能够提供更高的速度，SATA接口也会成为一个明显的瓶颈。
NVMe (NonVolatile Memory Express) + PCIe (Peripheral Component Interconnect Express): NVMe是专为闪存设计的协议，相比SATA协议效率更高，延迟更低。NVMe协议通常配合PCIe总线使用。PCIe的版本和通道数决定了接口的带宽。
PCIe 3.0 x4: 目前主流的消费级接口，理论带宽约 3.9 GB/s。
PCIe 4.0 x4: 速度翻倍，理论带宽约 7.8 GB/s。
PCIe 5.0 x4: 最新一代，理论带宽高达 15.8 GB/s。
PCIe 6.0 x4 (及更高版本): 还在发展中，未来会提供更高的带宽。
即使是最快的PCIe 5.0 x4接口，也存在一个理论带宽上限。当SSD的读写速度接近这个上限时，接口就成为了最直接的瓶颈。
4. NAND闪存的通道数量和工作模式：
为了提高读写速度，SSD内部的主控会同时与多个NAND闪存芯片（或闪存芯片内的多个Die）进行并行读写。
通道数量： 主控与闪存之间的数据通道越多，就可以同时传输更多的数据，速度自然就越快。高端SSD往往拥有更多的通道，以更好地发挥NAND颗粒的并行处理能力。
工作模式： NAND闪存颗粒本身也有不同的操作模式，比如同步（ONFi/Toggle DDR）和异步。同步模式的速度明显高于异步模式。
5. 缓存策略和SLC缓存（也称作伪SLC）：
很多TLC/QLC SSD为了提升日常使用的速度感知，会划分出一部分空间模拟SLC模式，也就是所谓的“SLC缓存”。当数据写入到这个缓存区域时，速度会非常快。但这个缓存区域是有限的，一旦写满，SSD就会开始直接写入到成本较低的TLC/QLC区域，速度会急剧下降。这并不是一个恒定的速度上限，而是受缓存大小和填充状态影响的一种动态表现。
6. 系统总线和内存带宽：
虽然不太常见，但在极端情况下，系统内存的带宽、CPU与内存之间的总线速度，甚至主板芯片组的性能，都可能对SSD的实际读写速度产生影响，尤其是当大量数据需要通过系统内存进行临时处理时。
总结一下：
固态硬盘的读写速度理论上确实有上限，这个上限是上述所有因素相互制约的结果。
最根本的限制是NAND闪存颗粒本身的物理特性和设计。
主控芯片的性能决定了能否充分挖掘NAND的潜力。
接口的带宽决定了数据传输到主机的“高速公路”能跑多快。
内部通道数量和闪存颗粒的设计也会影响并行处理能力。
你可以将SSD想象成一个链条，它的整体强度和速度取决于其中最薄弱的那个环节。一个拥有顶级NAND颗粒和超强主控的SSD，如果仅仅使用SATA接口，那么它的速度上限就是SATA接口设定的600 MB/s。反之，一个理论速度能达到10GB/s的闪存，如果搭配一个性能平平的主控或者过时的接口，其最终表现也会大打折扣。
随着技术的发展，新的NAND技术、更强大的主控芯片以及更高带宽的PCIe接口不断涌现，SSD的理论速度上限也在不断被推高。但只要我们还在使用这些基本的技术原理，就总会有一个由物理和工程限制决定的理论极限存在。
网友意见
上限肯定有的，走SATA的，最高不超过6Gbps的总线速度（实际速度600MB/s），走PCIE的，要看PCIE的接口的情况，PCIE 4.0 x 1的速度是1969 MB/s，然后根据带宽乘一下就可以了。
也不是说可以无限叠加PCIE带宽。闪存类（NAND）的存储介质，访问速度其实很慢的，对外表现的高速度，其实是因为它的闪存访问通道多（可以实现并发），并且缓存大（一般都是用DDR内存），所以，固态存储的随机读有时候比随机写要慢（发生cache miss）。
那么读写速度的上限，肯定不会超过控制器内的cache的读写上限，也就是DDR内存的访问速度上限，按照DDR4的规范来看，上限应该是12-25GB/s左右。
硬件会随着规范升级而跟着升级，所以理论上限也会跟着DDR内存的速度变化而变化。
消费级的设备永远都不会达到这个速度，因为成本太高。工业级的Intel企业级系列的产品，速度已经能达到7.2GB/s，比较接近于DDR内存的速度了。
一般的用户态程序读取硬盘数据理论上最高可以达到host主内存实际读写速度的一半略低一些的速度，例如双通道DDR4-3200平台大约上限是24GB/s。这是理论上无论有多快的硬盘、再多的PCIe通道和硬盘数量都无法突破的上限，除非使用PCIe P2P直接送到其它设备（例如网卡、显卡或者FPGA加速器等等）
简化的SSD读取流程：
- 用户态软件发起类似 read(2) 的系统调用，传入文件fd和缓冲区信息；
- fs驱动计算读取位置后，调用block设备驱动通过MMIO向SSD发送读取命令；
- SSD控制器/HBA通过DMA将数据写入主机内存的DMA缓冲区；
- block驱动、fs驱动最终将数据拷贝到用户态传入的读取缓冲区。
如果是简单的跑分测试软件，用户态传入的缓冲区一般较小并且会重用，所以copy后不会立即写回到内存而是会留在CPU的write back cache里，并且会不停地由新拷贝进来地数据覆盖旧的数据。
可以看出，在第三步、第四步分别有一次主机内存的写入与读取操作，会占用两倍于IO速度的内存带宽。
一般用户的硬盘数量较少所以通常不会遇到这个瓶颈，但是对于一些特殊的设备（例如NVMe NAS）很可能遇到。
以AM4桌面平台为例，如果将所有PCIe通道都插满NVMe硬盘，可以获得20条直连CPU的PCIe 4.0通道和4条X570的PCIe 4.0通道，能同时连接6个三星980 pro SSD，理论总读取速度约为40GB/s （单盘6.7GB/s）。但是实测所有硬盘同时读取时，在内存不极限超频的情况下无论如何都很难超过24GB/s，内存超频后则可以达到26GB/s或更高。大量SSD读写的场景在DDR5平台会有更好的表现（目前ADL搭配DDR5内存已经可以轻松超越这个数值）。
桌面平台给双通道3200内存仅仅搭配了24条PCIe通道，但同样的架构在服务器上每两个通道都配备了32条PCIe通道，DRAM带来的带宽瓶颈会更明显一些。
事实上也不仅仅是内存可能造成瓶颈，还有处理器内部总线也有可能造成类似问题。如上图所示，sIOD内部的拓扑相比于cIOD非常复杂，并且带宽非常有限，每一个位置都可能成为瓶颈。所以别看128条PCIe 4.0通道提供了512GB/s的双向合计带宽，实际可用的数值会远远低于通过PCIe版本和通道数量计算出来的理论数值。
在这样的环境下需要具体分析硬件IO拓扑，针对性的进行优化，才能达到理想的性能。例如Netflix有一个97页的presentation，专门讲他们如何在不同硬件平台解决大量IO场景下的瓶颈问题。
里面提到了减少CPU对内存的读写，使得内存带宽需求减半的优化。
综上所述，内存和CPU内部总线的速率决定了固态硬盘读写速度的理论绝对上限。
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