系统加速革命——英特尔Robson技术探秘
技术空间
硬盘无法回避的尴尬
在过去的十几年，许多电脑硬件都以较高的速度更新换代。例如，CPU在“频率至上”神话破灭以前，一直按照摩尔定律向前发展，芯片上的晶体管数量每18个月就翻一番。内存技术和图形技术的发展也日新月异，尤其是图形领域的技术革新速度远快于处理器。然而，并非所有的配件都能保持这么高的发展速度，最典型的代表就是硬盘。尽管硬盘的接口传输速率在过去十年内取得了一些进步，从ATA33到ATA66、ATA100和ATA133，再到SATA150、SATA300，接口速度提高了将近十倍，但真正影响硬盘性能高低的内部数据传输速率并没有获得较大的改善。比如当前7200rpm PATA硬盘的内部读写速度平均只有50MB/s，5400rpm笔记本硬盘的平均速度也多在30MB/s上下。此外，硬盘的机械结构还造成它无法实现瞬间响应，导致读写延迟时间较长，这对那些需要频繁读取数据的应用而言，反应缓慢、性能低下的硬盘无疑是一个很大的问题。
据Intel 介绍，自1996年以来硬盘的读写速度平均以2.5％的幅度增长，发展到现在，硬盘的性能提高幅度还不到原来的1.3倍，而同时期内CPU的性能提升幅度超过了30倍，如此不协调的发展速度所产生的最大后果就是电脑在读写数据时出现明显的性能瓶颈，进而严重拖慢了系统的运行速度。体现在实际应用中，就是系统启动时间较长、运行大型3D游戏时长时间的启动等待……这些看似不大不小的问题严重地影响了用户的使用感受。
除性能提升为人所诟病外，硬盘的可靠性也让大家“耿耿于怀”。我们知道，硬盘工作时，磁头“漂浮”于高速旋转的盘片上方。在这个过程中，硬盘只要稍微受到震动或撞击，磁头与盘片就可能发生碰撞，导致磁头、盘片划伤或损坏。更麻烦的是，硬盘内部是密封的，碰撞或划伤产生的金属碎屑还会在硬盘内部不断与其他元件发生碰撞，使得故障蔓延，加速数据丢失速度。此外，不少笔记本电脑用户都喜欢关闭硬盘以降低能耗，但采用机械结构的硬盘在休眠后唤醒时需要耗费10多秒的启动时间，这对用户来说是难以忍受的，而且系统要在硬盘唤醒后准确、快速地读出数据，也并非易事。
相比之下，NAND闪存作为一种没有任何机械结构的随机存储器，数据读写延迟虽然无法达到DRAM的水平，但比硬盘快了很多，可以实现快速休眠和迅速访问，而且它的抗冲击能力也很强。NAND闪存工作时能耗非常低、数据读写速度很快（目前三星“OneNAND”闪存的平均读取速度可达到108MB/s）。正是因为闪存具有低功耗、高可靠性等优点，许多高要求的领域都出现了闪存代替硬盘的发展趋势。例如，M-System推出的SCSI接口的4GB～76GB闪存被广泛应用于汽车、飞机等专业领域。不过，NAND短时间内要达到几百GB的容量非常困难。在变革无法一步到位的情况下，各大硬件厂商开始了对硬盘工作原理的渐进式改革，融合硬盘与闪存优势的Robson技术便应运而生。
Robson技术的关键——NAND扩展卡
Intel表示，Robson技术将率先应用在第四代迅驰移动平台（代号为“Santa Rosa”）中，该平台将在2007年第一季度正式推出。Robson技术是利用NAND闪存作为硬盘的高速缓存，达到大幅度提高数据读写速度的目的。在具体实现方式上，Intel的Robson技术采用的是“闪存扩展卡+核心驱动”的运行模式，其中扩展卡包括一颗NAND闪存控制芯片和NAND闪存，其中控制芯片负责数据读写动作，其作用类似于北桥芯片或CPU内部的内存控制器，而NAND闪存则用于存储数据，其容量大约在128MB～4GB范围内（容量越大，可存储的数据越多，加速的效果也越好）。核心驱动的作用是将系统和应用程序启动所需的预加载数据拷贝到NAND闪存中，显然，闪存容量越大，所容纳的程序也越多。
为了获得更好的加速性能，Robson扩展卡不仅会采用高速NAND闪存芯片，还将借助多通道总线把多颗NAND芯片“捆绑”在一起，实现数据的并行读写，这样便可大幅度提高闪存模块的读写性能。举个例子，如果扩展卡采用读取速度为108MB/s的三星的OneNAND闪存芯片，并采用双芯片并行工作模式，那么Robson扩展卡将获得216MB/s的读取速度。而采用双15000rpm SCSI硬盘组成的RAID 0系统的平均速度也仅在100MB/s～130MB/s之间，看来Robson技术的应用前景非常值得期待。
在物理形式上，Robson扩展卡将采用Mini PCI-E卡的形式（轻薄型笔记本电脑很可能会将Robson模块直接集成到主板上），它通过PCI Express总线与系统I/O控制器进行通讯。Robson技术中很重要的一部分是智能预存取技术，即它能够判断系统马上需要哪些数据，并预先把数据放到闪存中，这样，当启动操作系统或应用程序时，CPU就直接从NAND闪存中快速获取数据，并将数据传送到内存中。由于NAND闪存响应快，数据读取速度也快，加载等量数据所需的时间自然大大减少，从而达到启动提速的目的（系统从开机到完全可操作状态仅需5秒时间）。而在写入数据时，系统会把NAND闪存当作第一目标，即数据先写入闪存，如果闪存已满，系统会自动启动硬盘并将数据写入其中，在这期间，硬盘处于长时间的休眠状态。如此一来，系统功耗可以大幅度降低，同时硬盘的使用寿命也大大延长了。据Intel介绍，Robson模块自身的功耗仅有0.1W（瓦），而采用2.5英寸/7200rpm/SATA笔记本硬盘的功耗一般为1W～1.3W。实际工作时，采用Robson技术的笔记本存储系统的平均功耗只有0.49W，这比常规机型的平均功耗（1.18W）少了一半以上。
为了展现Robson技术的优势，Intel在IDF现场准备了两套系统进行对比测试，这两台电脑都采用了“Pentium 955EE处理器＋ATI Crossfire X1900显卡”的配置，但其中一台支持Robson技术，另一台不支持。测试时，这两台电脑同时载入BattleField2（战地2）游戏，支持Robson的电脑的启动和装载时间比标准机型快了30秒。当然，使用Robson技术后，那些大量处理Photoshop文件、3ds Max数据的工作也将变得更加轻松。
其实，Robson的真正动人之处还在于不必对现有系统架构进行大的改动。以往的闪存代替硬盘的方案不是价格昂贵就是实现复杂，最后都纷纷失败。而Robson却以一种与硬盘互补的姿态来切入PC平台。对于厂商来说只需要完善软件和驱动程序，就能轻松地为系统带来更优秀的性能表现，何乐而不为？
三星闪存加速方案——Hybrid混和硬盘
作为NAND闪存行业的巨头，三星电子也提出了一种类似于Robson的闪存加速方案。但与Robson不同的是，三星的方案并没有采用插卡的形式，而是直接将大容量闪存整合到硬盘中，这个方案就是名为“Hybrid”的混合硬盘驱动器（Hybrid Hard Disk，简称HHD）。HHD在硬件方面将采用自家的OneNAND闪存（读取速度为108MB/s，写入速度为18MB/s）作为缓存，并专门开发控制芯片。HHD的软件控制部分则由微软全权负责，据悉，Windows Vista系统将直接对HHD提供支持。
HHD的工作模式和Robson技术没什么两样，系统核心和程序启动预加载的数据都会被映射到闪存中，这样用户启动系统或软件时速度将大大加快；启动完成后，闪存中的数据也将自动保留而不会消失。如果要写入数据，闪存也是第一操作目标，当闪存充满时才启动硬盘进行数据转移。三星电子表示，HHD在启动或者休眠恢复方面比传统硬盘快两倍，且采用这类硬盘的笔记本的电池使用时间比常规机型长20～30分钟。三星计划在2006年年底正式推出Hybrid产品，并期望通过该技术进一步提高NAND闪存和硬盘的市场份额。
写在最后
自从闪存芯片诞生以来，许多人就开始预测它何时能够代替硬盘。随着Robson技术、Hybrid 技术的问世和闪存芯片市场的繁荣，这场渐进式的革命已经吹响了号角。Robson技术不但可以加快系统和程序启动速度、提高系统休眠的唤醒效率，而且整体功耗也很低。对笔记本电脑来说，使用该技术既减少了访问硬盘的次数，也大大延长了电池的续航时间。换言之，Robson技术在大幅提升系统性能的同时，也将极大地改善用户的使用体验。此外，Robson技术还将大大增强Intel移动平台和台式机领域的市场竞争力。
在引入Robson技术之后，硬盘在整个PC系统中的地位会进一步下降。因为Robson搭载NAND闪存容量将会不断增大，同时将会有更多的数据存放在闪存中。一旦今后NAND闪存发展成熟，它取代硬盘在系统中的主流地位将是水到渠成的事情。一场PC平台的闪存革命已经拉开序幕，你准备好了吗？