白皮书丨可预测的性能：固件级热节流如何优化PCIe SSD运行表现

• 关键词：宜鼎国际,PCIe SSD
• 摘要：在工业应用中，传统基于温度阈值的热控制机制所导致的固态硬盘（SSD）性能不稳定，一直是系统集成商面临的主要障碍。这种不稳定性不仅难以保障生产计划的如期推进，还可能引发意外停机，干扰关键业务运行，并带来高昂的更换成本。固件级热节流技术通过在 SSD 内部直接部署动态性能调节算法，有效缓解了上述问题。该算法能够以秒级粒度进行精细调控，在极端温度环境下依然维持稳定的性能输出。

可预测的性能：固件级热节流如何优化PCIe SSD运行表现

在工业应用中，传统基于温度阈值的热控制机制所导致的固态硬盘（SSD）性能不稳定，一直是系统集成商面临的主要障碍。这种不稳定性不仅难以保障生产计划的如期推进，还可能引发意外停机，干扰关键业务运行，并带来高昂的更换成本。固件级热节流技术通过在 SSD 内部直接部署动态性能调节算法，有效缓解了上述问题。该算法能够以秒级粒度进行精细调控，在极端温度环境下依然维持稳定的性能输出。

INTRODUCTION

热节流（Thermal Throttling）是一种当设备温度接近其额定最高温度时自动降低运行速度的机制，旨在防止因过热而导致元器件损坏。

在固态硬盘（SSD）中，热节流通过在高负载、散热不良或环境温度过高等情况下主动降低性能，来避免硬盘损坏和数据丢失。这一机制在触发时自然会导致传输速度暂时下降。

大多数 PCIe SSD 采用较为简单的热节流算法，即在预设的温度阈值处通过降低系统频率来控制温度。例如，当温度达到 85°C 时，闪存时钟频率会被调低，以帮助系统降温；一旦温度回落至设定的安全水平，运行速度便会恢复。尽管这种“开关式”（on/off）的控制策略在消费级设备中或许足够，但在工业应用场景中，往往缺乏所需的精度与稳定性。

CHALLENGES

速度与温度之间的权衡

传统热节流机制所引发的性能波动，可能干扰对时序要求严苛的工作负载。工业领域的系统集成商通常依赖稳定的数据传输速率，尤其是在嵌入式环境中，可靠性至关重要。在许多嵌入式应用中，存储操作与其他任务紧密协同，精确的时序控制是确保整个流程可靠协调的关键。

“可预测性比纯粹的速度更有价值。”

对制造厂商而言，稳定的吞吐量远比波动的峰值性能更为重要。例如，始终如一的 10 秒读写时间，比在 5 至 20 秒之间波动的不可预测性能更具实用价值——因为性能波动会显著增加系统行为规划与性能管理的难度。

此类应用场景包括但不限于智能安防领域：在该场景中，系统需持续以高速读写大量视频与图像文件，以支持人脸识别及高质量安防视频的实时处理。在这些关键任务中，精准调校的热管理机制对于维持系统性能的稳定性和可预测性至关重要。

传统热节流 

图1采用传统热节流算法时，随着温度升高，SSD 速度会出现剧烈且不规则的下降。*免责声明：本图仅用于示意，不代表实际测试数据。

解决方案

面向工业市场的专利算法

Innodisk 专有的动态热节流算法是一项已获专利的技术，专为满足工业级热管理需求而设计。该算法通过智能化的动态调节机制，有效应对工业应用中严苛的温度挑战，确保 SSD 在各种工况下均能提供稳定、可预测的性能表现。

多级动态热节流

 图2采用 Innodisk 热节流算法时，SSD 速度变化平稳有序。如图所示：T = 当前温度 − 目标阈值。*免责声明：本图仅用于示意，不代表实际测试数据。

与传统方法在达到固定温度阈值时突然大幅降低速度不同，Innodisk 采用多级渐进式控制机制，实现更平滑的热管理。该方案不会立即削减性能，而是由固件根据实时温度偏差（即当前温度与设定热边界之间的差值）动态调整 NAND 命令的数量。  

如图所示，这种分级控制逻辑可显著减少速度的剧烈波动，即使在长时间高负载高温工况下，也能有效维持 SSD 的可靠性。相较于旧式热节流机制所引发的性能骤降，Innodisk 的动态算法设置了多个精细的减速与加速节点，使系统能够随温度变化逐步响应，实现平滑过渡而非突兀的性能下跌。当系统温度回落至安全范围时，性能也会同样平稳地恢复，避免因速度骤升而干扰对时序敏感的关键任务流程。

图3Innodisk 动态热节流算法流程示意图

Innodisk 高端产品

4TG2-P 系列

• 支持 PCIe Gen 4 x4，NVMe 1.4

• 多种外形规格：M.2 2280 M Key / M.2 22110 M Key / U.2 SSD / E1.S

• 提供带 DRAM 缓存的解决方案

• 卓越的数据传输速度• 稳定持久的持续性能

• 内建 LDPC ECC 纠错引擎，提升数据可靠性

• 工作温度范围宽达 -40°C 至 85°C，结合动态热节流技术，有效保障 SSD 在严苛工业环境下的长期稳定运行

4TE2 系列

• 支持 PCIe Gen 4 x4，NVMe 1.4

• 多种外形规格：M.2 2242 M Key / M.2 2280 M Key / CFexpress

• 卓越的数据传输速度

• 稳定持久的持续性能

• 采用高效散热结构设计，优化热管理表现

• 工作温度范围宽达 -40°C 至 85°C，结合动态热节流技术，确保 SSD 在极端工况下仍能稳定可靠运行

CONCLUSION

对于从事 5G、AIoT、网络通信及工业等高要求、高性能且高温应用场景的系统集成商而言，Innodisk 先进的热节流算法提供了精准可靠的热管理能力。凭借智能化的固件控制，集成商可在严苛环境中放心部署创新解决方案，彻底摆脱传统热控制机制所带来的性能波动与不可预测性问题。