可預測的性能：固件級熱節流如何優化PCIe SSD運行表現

在工業應用中，傳統基于溫度閾值的熱控制機制所導致的固態硬盤（SSD）性能不穩定，一直是系統集成商面臨的主要障礙。這種不穩定性不僅難以保障生產計劃的如期推進，還可能引發意外停機，干擾關鍵業務運行，并帶來高昂的更換成本。固件級熱節流技術通過在 SSD 內部直接部署動態性能調節算法，有效緩解了上述問題。該算法能夠以秒級粒度進行精細調控，在極端溫度環境下依然維持穩定的性能輸出。

INTRODUCTION

熱節流（Thermal Throttling）是一種當設備溫度接近其額定最高溫度時自動降低運行速度的機制，旨在防止因過熱而導致元器件損壞。

在固態硬盤（SSD）中，熱節流通過在高負載、散熱不良或環境溫度過高等情況下主動降低性能，來避免硬盤損壞和數據丟失。這一機制在觸發時自然會導致傳輸速度暫時下降。

大多數 PCIe SSD 采用較為簡單的熱節流算法，即在預設的溫度閾值處通過降低系統頻率來控制溫度。例如，當溫度達到 85°C 時，閃存時鐘頻率會被調低，以幫助系統降溫；一旦溫度回落至設定的安全水平，運行速度便會恢復。盡管這種“開關式”（on/off）的控制策略在消費級設備中或許足夠，但在工業應用場景中，往往缺乏所需的精度與穩定性。

CHALLENGES

速度與溫度之間的權衡

傳統熱節流機制所引發的性能波動，可能干擾對時序要求嚴苛的工作負載。工業領域的系統集成商通常依賴穩定的數據傳輸速率，尤其是在嵌入式環境中，可靠性至關重要。在許多嵌入式應用中，存儲操作與其他任務緊密協同，精確的時序控制是確保整個流程可靠協調的關鍵。

“可預測性比純粹的速度更有價值。”

對制造廠商而言，穩定的吞吐量遠比波動的峰值性能更為重要。例如，始終如一的 10 秒讀寫時間，比在 5 至 20 秒之間波動的不可預測性能更具實用價值——因為性能波動會顯著增加系統行為規劃與性能管理的難度。

此類應用場景包括但不限于智能安防領域：在該場景中，系統需持續以高速讀寫大量視頻與圖像文件，以支持人臉識別及高質量安防視頻的實時處理。在這些關鍵任務中，精準調校的熱管理機制對于維持系統性能的穩定性和可預測性至關重要。

傳統熱節流 

圖1采用傳統熱節流算法時，隨著溫度升高，SSD 速度會出現劇烈且不規則的下降。*免責聲明：本圖僅用于示意，不代表實際測試數據。

解決方案

面向工業市場的專利算法

Innodisk 專有的動態熱節流算法是一項已獲專利的技術，專為滿足工業級熱管理需求而設計。該算法通過智能化的動態調節機制，有效應對工業應用中嚴苛的溫度挑戰，確保 SSD 在各種工況下均能提供穩定、可預測的性能表現。

多級動態熱節流

 圖2采用 Innodisk 熱節流算法時，SSD 速度變化平穩有序。如圖所示：T = 當前溫度 ? 目標閾值。*免責聲明：本圖僅用于示意，不代表實際測試數據。

與傳統方法在達到固定溫度閾值時突然大幅降低速度不同，Innodisk 采用多級漸進式控制機制，實現更平滑的熱管理。該方案不會立即削減性能，而是由固件根據實時溫度偏差（即當前溫度與設定熱邊界之間的差值）動態調整 NAND 命令的數量。  

如圖所示，這種分級控制邏輯可顯著減少速度的劇烈波動，即使在長時間高負載高溫工況下，也能有效維持 SSD 的可靠性。相較于舊式熱節流機制所引發的性能驟降，Innodisk 的動態算法設置了多個精細的減速與加速節點，使系統能夠隨溫度變化逐步響應，實現平滑過渡而非突兀的性能下跌。當系統溫度回落至安全范圍時，性能也會同樣平穩地恢復，避免因速度驟升而干擾對時序敏感的關鍵任務流程。

圖3Innodisk 動態熱節流算法流程示意圖

Innodisk 高端產品

4TG2-P 系列

? 支持 PCIe Gen 4 x4，NVMe 1.4

? 多種外形規格：M.2 2280 M Key / M.2 22110 M Key / U.2 SSD / E1.S

? 提供帶 DRAM 緩存的解決方案

? 卓越的數據傳輸速度? 穩定持久的持續性能

? 內建 LDPC ECC 糾錯引擎，提升數據可靠性

? 工作溫度范圍寬達 -40°C 至 85°C，結合動態熱節流技術，有效保障 SSD 在嚴苛工業環境下的長期穩定運行

4TE2 系列

? 支持 PCIe Gen 4 x4，NVMe 1.4

? 多種外形規格：M.2 2242 M Key / M.2 2280 M Key / CFexpress

? 卓越的數據傳輸速度

? 穩定持久的持續性能

? 采用高效散熱結構設計，優化熱管理表現

? 工作溫度范圍寬達 -40°C 至 85°C，結合動態熱節流技術，確保 SSD 在極端工況下仍能穩定可靠運行

CONCLUSION

對于從事 5G、AIoT、網絡通信及工業等高要求、高性能且高溫應用場景的系統集成商而言，Innodisk 先進的熱節流算法提供了精準可靠的熱管理能力。憑借智能化的固件控制，集成商可在嚴苛環境中放心部署創新解決方案，徹底擺脫傳統熱控制機制所帶來的性能波動與不可預測性問題。