現代 CPU 處理軟體 RAID 的效能與負載分析

老舊「軟體 RAID 吃掉大量 CPU」的迷思

傳統觀念認為軟體 RAID 會大量消耗 CPU 資源，但現代處理器（Intel Core、AMD Ryzen、Xeon/EPYC）已能高效處理 RAID 運算，在處理RAID 0/1運算基本都是個位數字，高階RAID尤其是 RAID 5/6 的奇偶校驗計算。本文通過實測數據展示軟體 RAID 的實際 CPU 使用率，並比較軟體與硬體 RAID 的優劣。

現代處理器與 高階 RAID 5/6 演算能力

  • 現代 CPU 的 SIMD 指令集（SSE、AVX）大幅加速奇偶校驗計算
  • 搭載 AVX2 的 Intel 處理器可達 40,000 MB/s RAID6 計算速度
  • XOR 運算對現代 CPU 是最簡單的指令之一，計算速度主要受記憶體頻寬限制

實際 CPU 使用率數據

硬體配置RAID 類型效能表現CPU 使用率
Core 2 Duo 2.2GHz (10年以前老舊CPU)RAID 63.2 GB/s-
Xeon E3-1265 v2RAID 6 (8碟)500 MB/s 讀, 400 MB/s 寫<10%
Pentium G3240RAID 5 + 加密110 MB/s (千兆網路飽和)無核心滿載
Ryzen V1500B (Synology NAS 10年以前NAS)RAID 6 (8碟)900 MB/s 寫入~53%
INTEL 14900KRAID 0-1-2%

軟體 RAID vs 硬體 RAID 比較

比較項目軟體 RAID硬體 RAID
效能表現順序讀寫媲美硬體方案，NVMe 陣列可能更優高併發隨機存取可能表現更好
CPU 使用現代 CPU 負載極低（常為個位數%）完全卸載至 RAID 卡
成本無須另外設備，立即可以建立RAID高階卡需數百至上千美元
彈性不受硬體限制，易遷移綁定特定控制卡
資料保護依賴系統保護機制高階卡有電池備援快取

軟體 RAID 的五大優勢

  1. CPU 負載極低：現代多核心 CPU 輕鬆處理 RAID 計算，額外使用率通常為個位數百分比
  2. 高效存取性能：可達與硬體 RAID 相當的傳輸量，高速 SSD 陣列可能表現更優
  3. 成本低廉：無需額外硬體投資
  4. 高度彈性：不受硬體限制，易於遷移和維護
  5. 可靠性佳：穩定性不輸硬體方案，某些情況下優於低階硬體 RAID

結論

「軟體 RAID 非常吃 CPU」的傳統觀念已被現代處理器的強大運算能力推翻。實測數據顯示，在常見工作負載下，軟體 RAID 的 CPU 使用率極低，對系統影響微乎其微。雖然硬體 RAID 在某些特定場景仍有優勢，但對大多數應用而言，軟體 RAID 提供了成本、彈性與效能的最佳平衡，是現代儲存解決方案的務實選擇。