Резкое увеличение времени записи в файл

Я думаю дело в кеше ОС. Пока файл помещается в кеш - запись моментальная. Когда кеш кончается и начинается собственно запись на диск - скорость сразу падает.

Ваш тест из собственного ответа это же и показывает - если каждый раз открывать файл, писать чуть-чуть, закрывать - запись происходит в один и тот же участок диска, который уже в кеше и который между перезаписями скорее всего еще хранится в памяти и до диска дойдёт уже только последняя версия после всего цикла перезаписей.

Когда же вы пишите большой файл подряд - ОС кеширует сколько может, а потом начинает работать уже с диском (ну или писать в буфер, а старые буферы на диск скидывать) и скорость падает.

Я постоянно файл держу открытым. Написал такой тестер

for j := 0; j < 6 * 2 * 2 * 2; j++ {
        file, _ := os.OpenFile("./data/1.dat", os.O_CREATE | os.O_RDWR, 0777)
        fileInfo, _ := file.Stat()
        fmt.Println(j, float64(fileInfo.Size()) / (1024 * 1024))
        for i := 0; i < 128; i++ {
            b := [1024 * 1024]byte{}
            file.Write(b[:])
        }
        file.Close()
}

В этом варианте я постоянно открываю и закрываю файл. В таком случае запись в файл происходит очень быстро. Секунды. Если файл постоянно открытым, то получится такая байда:

file, _ := os.OpenFile("./data/1.dat", os.O_CREATE | os.O_RDWR, 0777)
for j := 0; j < 6 * 2 * 2 * 2; j++ {
        fileInfo, _ := file.Stat()
        fmt.Println(j, float64(fileInfo.Size()) / (1024 * 1024))
        for i := 0; i < 128; i++ {
            b := [1024 * 1024]byte{}
            file.Write(b[:])
        }
}

Здесь запись происходит очень долго. Скорее всего проблема с кешированием