與磁盤相比，SSD具有很高的IO性能，但是和磁盤相比，SSD的性能穩定性不如磁盤好。在使用過程中，SSD的性能會發生變化，而不能保持很強的一致性。這是SSD的一個特性，性能會隨着時間、使用壽命發生變化。對於存儲系統設計而言，這種不確定的性能變化以及抖動都會對系統整體性能造成影響。因此，對於閃存存儲系統設計者而言，需要了解SSD內部的工作機制以及熟悉導致IO抖動的因素。
可能大家會說，SSD性能發生變化的一個重要因素是內部GC（垃圾回收）機制的影響。其實不全是，GC會導致SSD性能發生變化，NAND Flash上的數據佈局方式會對GC性能造成影響，其本質問題是數據遷移與用戶IO之間的資源競爭。另外，企業級SSD標稱的性能往往都是在GC全速運行情況下的穩態性能，而不是出廠時的空盤性能。所以，在一般情況下，應用測試的IO穩定性都還是可以的。存儲系統在使用SSD時，也都會只考慮穩態性能，而不是空盤性能。問題是在穩態性能情況下，在不同的IO Pattern情況下，不同的使用壽命情況下，其性能穩定性、IO抖動性還會發生變化。而這種性能變化恰恰是存儲系統設計者需要考慮和解決的重要問題。對於存儲系統設計者來說，不能將SSD當成一個黑盒進行使用，這是與磁盤存儲系統設計來說是一個重大差別。
縱觀SSD的設計，我們可以發現影響SSD性能不穩定的因素有很多，其中主要因素有NAND介質本身的比特錯誤；讀與寫、擦除的衝突；Read Disturb、GC等問題導致性能變差。從外在表現來看，Bit Error的增多會導致SSD在使用過程中出現性能抖動問題，尤其是隨着使用壽命的耗盡，SSD性能會發生明顯的變化。另外在不同的IO Pattern下，性能也不盡相同，有些SSD甚至會存在寫後讀的問題，緊隨着寫之後的讀延遲會變得很大，達到毫秒級，這是由於內部IO衝突導致的。此外，在同一區域大量讀之後，也可能發現性能會出現抖動，這也是由於內部的Read Disturb機制開始工作了，會與用戶IO發生競爭，從而導致性能抖動，甚至下降。
NAND Flash作爲半導體存儲介質，其存在嚴重的比特錯誤（BitError）。不同製造工藝會導致NAND具有不同的比特出錯率；不同的NAND類型，MLC、TLC以及未來的QLC都會具有不同的比特出錯率；3D TLC在使用不當的情況下，其出錯概率會發生變化；不同的使用壽命狀態，NAND存放時間，其比特出錯概率也會發生變化。所以，對於NAND介質來說，多種因素會導致出錯概率發生變化。對於SSD而言，這種Error Bit會導致IO的性能發生不確定的抖動。例如對於讀操作，如果Bit Error控制在一定範圍之內，BCH或者LDPC解碼器可以快速解碼，那麼一個正常的讀請求可以控制在100us左右。如果Bit Error超出了快速解碼的範圍，那麼解碼器將會花費大量的時間進行解碼，引入延遲；如果Bit Error過多，解碼器無法進行正確解碼，那麼在SSD內部會通過Read Retry機制嘗試通過調整NAND的參考電壓來重新讀取數據，這必然會導致更大的延遲；如果read retry也搞不定，那麼需要依賴企業級SSD內部的NAND級別RAID來進行數據恢復，同樣需要引入很大的延遲。當一個盤的使用壽命在不斷耗盡的過程中，NAND Flash的Bit Error錯誤將會呈上升趨勢，而很多譯碼器的解碼能力不會呈現線性變化趨勢，而更多的會呈現突變，類似於e指數變化趨勢。也就是說當Bit Error的數量達到一定程度之後，譯碼時間將會急劇增加，從而導致IO延遲急劇增加，外在表現爲IO性能的急劇抖動。
讀寫衝突、讀寫與擦除之間的衝突也是導致IO抖動的重要因素。當一個讀請求和擦除請求落在了同一個通道的相同Die上，那麼讀請求將會由於擦除操作而被迫等待。NAND Flash的擦除操作基本上在2ms以上，如果發生這種衝突，那麼IO的延遲將會從100us提升到2ms以上，從而發生嚴重的延遲。爲了解決這個問題，現在有些NAND也會提供Erase Suspend的功能，通過該命令讓擦除操作暫停，讓讀操作先進行，從而降低讀延遲。在SSD內部的讀寫衝突也會引入延遲，當讀寫操作發生在同一個Block時，會導致讀延遲增加。針對這個問題，在存儲系統設計過程中，需要將讀寫請求在空間上進行分離，從而避免讀寫請求在同一個Block上衝突。
NAND Flash存在Read Disturb的問題，當NANDFlash一個區域被重複讀之後，其Bit Error將會上升。爲了解決該問題，SSD內部的Firmware會進行Read Disturb的處理。一個區域被重複讀取之後，會進行數據搬移操作，該操作過程類似於Garbage Collection過程。一旦該過程被觸發之後，SSD內部的IO請求數量將會上升，從而對讀請求造成一定的影響，導致性能降低及抖動。
SSD作爲一種半導體存儲介質，其性能通常會高於磁盤，但是在極端情況下，由於IO Pattern導致的讀寫衝突，Bit error的增加都會導致SSD性能的變化，並且出現性能抖動的問題。此外，SSD對於順序寫、隨機寫、順序讀、隨機讀以及混合讀寫情況下的性能都會有所變化，並且不同的IO Pattern會導致數據在NAND上的佈局發生變化，從而會導致各種讀寫情況下的性能都有所變化。例如，全盤順序寫之後的順序寫性能會比較高，但是在全盤隨機寫之後的順序寫性能會略差。其中的核心原因在於NAND上的數據佈局初始條件的不同，GC行爲會發生差異，從而導致後面的業務IO性能發生變化。在磁盤存儲中不存在這些因素，但是在SSD存儲中，一定需要考慮SSD固件的行爲。一個比較好的設計是讓SSD內部的FTL工作在最佳狀態下，從系統軟件層面整體控制存儲IO的行爲，從而保證IO的性能一致性，防止IO出現不確定的抖動。