感想沾染固态硬盘的真正实力 三款企业级SSD测试_企业级_英特尔

这次PCEVA评测室将测试新一代PCIe 4.0接口企业级SSD。
在消费级产品已经能够跑满PCIe 4.0带宽的情形下，一起来看看企业级产品能够带来哪些改变。

本次测试的三款3.84TB容量企业级SSD：DapuStor R5101、英特尔D7-P5510、三星PM9A3，均具备1DWPD写入耐久度指标，属于读取密集型产品。

这里首先先容下SSD的一些分类办法。
常日大家将SSD分成企业级（做事器用）和消费级（家用）。
而一些SSD制造商可能会进一步细分企业级产品：企业（Enterprise）SSD和数据中央（Data Center）SSD，差异紧张是在性能层面。
消费级固态硬盘常日也可称为客户级（Client SSD）。
这次我们测试的DapuStor R5101和英特尔D7-P5510属于企业级SSD，三星PM9A3属于数据中央级SSD。
其余还有一张1TB容量的消费级SSD作为参考。

大家对英特尔的企业级SSD该当都耳熟能详，它们在二手市场也很受欢迎。
这次测试的P5510属于D7系列，在英特尔企业级SSD产品线中是仅次于利用傲腾的顶级产品。
D7-P5510 3.84TB的顺序读取带宽6500MB/s，顺序写入带宽3400MB/s，4K随机读写700K/170K IOPS。

英特尔D7-P5510只用到了两颗螺丝固定，每个芯片上方都设置了导热垫。
断电保护储能电容耐压35V，容量1000uF。

英特尔EAX 33339主控短缺详细资料，有可能是12通道设计。
英特尔D7-P5510 3.84TB稠浊利用了29F01T2ALCQKI和29F04T2ANCQKI两种不同编号的16颗NAND闪存颗粒。

英特尔144层堆叠3D闪存依然是独树一帜的Floating Gate浮栅构造，分为TLC和QLC两种，D7-P5510上利用的是企业级eTLC类型。

三星企业级SSD拥有很高的市占率。
这次测试的PM9A3供应U.2、M.2 22110和E1.S三种规格。
U.2接口3.84TB型号的顺序读取带宽6800MB/s，顺序写入带宽4000MB/s，4K随机读写1000/180K IOPS。

三星PM9A3厚度只有7mm，内部设计比较紧凑：

背面只给电源管理芯片设置了导热贴，看来三星对闪存发热掌握很有信心。
四颗用于断电保护的储能电容来自韩国三和。

正面的主控、DRAM缓存、四颗NAND闪存以及电源管理芯片背面都设置了导热贴。

ELPIS主控是不是很熟习？没错，三星的消费级旗舰980PRO利用的便是同款主控。
该主控为8通道设计，利用三星自家8nm工艺制造。
在PM9A3当中，同ELPIS主控搭配的是三星128层V-NAND V6，自然也是eTLC类型。

DapuStor R5101

作为近年崛起的海内头部企业级存储厂商代表，大普微（DapuStor）具备从芯片设计到产品交付量产全栈能力，产品涵盖利用eTLC闪存的企业级固态硬盘和利用XL-Flash的SCM存储级内存。

这次测试的DapuStor R5101是大普微嵘神5系列成员，主打低延迟、高可靠及易扩展。
3.84TB型号的顺序读取带宽7400MB/s，顺序写入带宽5700MB/s，4K随机读写1750K/240K IOPS。

拧下正面的4颗内六角螺丝即可打开DapuStor R5101，PCB通过其余4颗螺丝固定一侧外壳上。
8颗NAND闪存颗粒、5颗DRAM缓存颗粒，通过导热膏向外壳通报散热。

如果是更大的7.68TB容量型号，主控这一壁也将会有闪存和DRAM缓存：

DPU616主控是大普微自主研发的16通道智能SoC，利用12nm FinFET工艺制造，支持4K LDPC纠错。
LDPC码长从2K增加到4K可带来更强的纠错能力。
主控还在IO路径上进行了多项优化，从而在稠浊读写下供应更优的延迟和QoS表现。

用于断电保护的尼吉康储能电容：

编号为TH58LKT2Y45BA8H的铠侠企业级eTLC闪存，属于112层堆叠BiCS5，并且是4 Plane高性能类型，写入速率靠近普通2 Plane版本的两倍。
DRAM缓存来自南亚，DDR4类型，8Gb容量，耐温0到95度。

纸面剖析看企业级强在哪

平时大家打仗到的家用SSD在标称读写性能的时候都有一个Up to xxxx MB/s，也便是至高多少兆每秒，这个峰值速率须要借助SLC缓存的帮助才能在空想状态下实现。
家用环境默认利用负载是比较低的，以是不会标出SLC缓存用完后的性能。

不才面的规格表中可以看到，企业级固态硬盘的性能指标跟消费级旗舰比较并没有更大的上风，三星PM9A3的指标比较利用同款主控的消费级旗舰980PRO还略低一些，这是由于企业级SSD并不追求极限爆发性能，而是须要充分考虑重负载条件下能够持续输出的性能，并且竭尽所能在各种条件下都供应同等的性能表现。

得益于大普微DPU600系列主控的刁悍实力，DapuStor R5101的性能指标明显更强一些，其1750K IOPS的4K随机读取性能已经远远超越现有消费级SSD。

此外，企业级SSD比较消费级SSD还具备很多上风。
比如更高的耐久度：

更强的性能：

更强的保护：

企业级固态硬盘利用冗余数据规复技能来处理闪存中多个die失落效的故障，并且不影响数据完全和业务运行，UBER不可修复的缺点比特率常日会比消费级SSD低一到两个数量级。

企业级固态硬盘还可供应全路径端到端数据保护，在数据从主机端通过 PCIe 链路传输到SSD主控，主控将数据传输到闪存接口，再通过闪存接口将数据写入闪存颗粒中，再返回给主机真个全体传输路径中，每一段传输路径都有纠错/检错算法担保数据被精确传输，降落静默缺点风险。

以上先容完产品还有基本的纸面，下面进行实测来体验企业级真正的实力

CPU：AMD Ryzen 7 5800X @ 4.6GHz

主板：AMD X570

内存：16GB DDR4-3200

SSD：STEC s620 200GB（系统盘）

DapuStor R5101 3.84TB（FW:FF002100）

Intel D7-P5510 3.84TB（FW:JCV10200）

Samsung PM9A3 3.84TB（FW:GDA5402Q）

某消费级PCIE4.0旗舰（对照盘）

OS：Windows Server 2019/Ubuntu 21.10

本次测试依然是在PC测试平台上进行，通过同样的脚本测试，让三款企业级固态与一款消费级旗舰进行比拟，已经能表示出来明显上风。
除了用于对照的消费级SSD直接安装在CPU直连的M.2插槽之外，三款企业级SSD在测试时均通过U.2转接卡连接到CPU直连的主板PCIE插槽。

CrystalDiskInfo信息识别：三款企业级SSD均利用PCIe 4.0 x4接口，DapuStor R5101和三星PM9A3支持NVMe 1.4协议，英特尔D7-P5510则沿用NVMe 1.3。

在测试英特尔D7-P5510的时候发生了一个小插曲，这块测试样品默认利用了512B+8B的扇区格式，Windows Server 2019无法精确识别，而在Linux下则能够正常事情。
我们在Linux下通过nvme-cli将其高等格式化为标准的512B扇区，成功办理了这个问题。

性能测试1：读写性能测试

在我们熟习的Windows操作系统中，CrystalDiskMark是非常好用的SSD带宽和IOPS测试工具。
只需大略调度就可以评估SSD能否达到其标称性能。

不过这一次CrystalDiskMark失落灵了，Windows系统彷佛在1000K IOPS旁边存在一个瓶颈，无法测出DapuStor R5101应有的1750K随机读取IOPS。
即便请出IOMeter也仅仅是能跑出7500MB/s顺序读取，4K随机读取IOPS依然无法表示出来。

而在Linux系统下，DapuStor R5101通过fio可以轻松跑出1800K IOPS。
除了均匀延迟之外，fio还供应详细的99百分位延迟信息。
虽然很多Linux下的测试工具没有俊秀的图形界面，但性能与功能都比Windows下的同类软件更强，后续的测试也将以Linux系统为主。

性能测试2：ezFIO脚本测试

ezFIO是经NVM Express推举的企业级SSD综合测试，它是一个可重复进行的稳定态性能测试脚本。
在测试开始前有两次通盘容量写入的预处理阶段，帮助仿照企业级SSD的长期性能。
ezFIO同时支持Windows和Linux平台，测试完成后可自动天生测试报告。
以下成绩在是Linux系统下搭配fio 3.27测得。

ezFIO的长期性能稳定性考验通过稳定态随机稠浊读写进行，根据均匀IOPS和标准差打算得出变异系数，变异系数越低解释SSD在长期高负荷利用后的性能越稳定，越不随意马虎产生程序须要等待IO的情形（卡顿）。

DapuStor R5101 3.84TB的稳定态稠浊随机读写20分钟均匀IOPS为460071，变异系数1.42%。

英特尔D7-P5510 3.84TB的稳定态稠浊随机读写20分钟均匀IOPS为313174，变异系数1.60%。

三星PM9A3 3.84TB的稳定态稠浊随机读写20分钟均匀IOPS为356543，变异系数为0.70%。

作为参照的消费级1TB SSD，稳定态稠浊随机读写20分钟均匀IOPS为43181，变异系数为21.34%。
从均匀IOPS来看，消费级PCIe 4.0 SSD能达到企业级的十分之一旁边，但高负载下糟糕的性能稳定性使得10块消费级SSD加起来也不能充当一块企业级SSD来利用。

三款企业级SSD的稳定性表现都非常不错，个中三星PM9A3的稳定性最佳（变异系数0.70%），DapuStor R5101的综合性能表现更好。

接下来的稳定态4K随机读写测试，又到了企业级和消费级的岔路口。
消费级SSD的随机读写IOPS都建立在SLC缓存根本上，而企业级SSD则会按照稳定态标注，一个是最佳状态，一个是最恶劣条件。

测试的结果也比较符合我们的预期：DapuStor R5101 3.84TB稳定态4K随机读写符合1750K/240K IOPS标称值、英特尔D7-P5510 3.84TB稳定态4K随机读写符合700K/170K IOPS标称值、三星PM9A3 3.84TB稳定态4K随机读写符合1000K/180K IOPS标称值。
对照用的消费级旗舰固态稳定态4K随机读写777K/14K IOPS，读取尚能达标，写入则比空想状态下定义的标称值低了将近40倍。

下面是稳定态4K稠浊读写测试，个中读取占比70%，写入占比30%。
为什么要测试稠浊读写？读取和写入同时进行的难度远比纯读取或纯写入高，但正好是这种难度更高的情形更贴近实际利用。
金庸小说射雕英雄传里练成旁边互搏术的仅有3人，SSD要在稠浊读写一项上取得好成绩更是磨练厂商的技能实力。

消费级SSD在自身能力上同企业级SSD有着巨大差距，能顺利跑完测试就算成功了。
DapuStor R5101则延续它在纯读取和纯写入时的领先上风，以459K IOPS的成绩夺魁，领先第二名的三星PM9A3大约28%。

ezFIO脚本还供应了4K稠浊随机读写的99百分位延迟数据，有助于全面评估SSD在繁芜高压条件下的性能同等性表现。
图中将读取（左）和写入（右）延迟分开统计，横轴是延迟，越低越好，不同QD下成绩越靠近越好。

DapuStor R5101 3.84TB：

英特尔D7-P5510 3.84TB：

三星PM9A3 3.84TB：

整体来看三块企业级SSD各有千秋，DapuStor和三星的写入延迟较低，但英特尔的可预期延迟范围更集中一些。

SSS PTS的全称为Solid State Storage Performance Test Specification，即固态存储性能测试规范，它由SNIA存储网络行业协会制订，当前最新版本是2.0，包括针对企业级SSD的PTS-E规范以及针对消费级SSD的PTS-C规范。

PTS测试在设备而非文件系统级别进行，普通的说便是SSD在没有分区的状态下进行。
PTS测试的是SS（Steady State稳定态）性能，而非FOB（Fresh-Out-of-the-Box开箱状态即出厂态）表现。

为了使SSD达到稳定态，PTS测试须要先实行预处理，也便是我们常说的“填盘”：用随机数据写入通盘2倍容量。
而后实行一系列随机写入，稳定态的剖断办法为：检讨测试窗口中的4K随机写入、64K R65:W35稠浊随机写入和1024K随机读取三项成绩，许可颠簸范围+-10%，确认SSD已经进入稳定态后才会连续后续测试。

接下来是对SSS PTS测试报告内容的解读。
SSD PTS测试报告会展示测试平台的软硬件配置情形（包括主板、CPU、内存以及操作系统、测试软件版本等）、受测SSD的信息（包括制造商、型号、序列号、固件版本、容量、擦除办法、写入缓存开关等）、测试设定（包括数据模型、测试范围、预处理办法等等）。
下图是DapuStor R5101 3.84TB的SSS PTS测试信息：

SSS PTS测试的内容包括512字节、4K、8K、16K、32K、64K、128K和1MB块大小，在0/100、5/95、35/65、50/50、65/35、95/5和100/0稠浊读写比例下的稳定态IOPS，并以数据表格、2D和3D图示三种形式进行展现。
首先是DapuStor R5101 3.84TB的成绩：

然后是英特尔D7-P5510 3.84TB的成绩：

末了是三星PM9A3 3.84TB的成绩：

作为参照物的消费级PCIe 4.0 SSD，我们为它降落难度，选择适宜它的PTS-C测试标准，测试范围从100%降落到75%，写入缓存从禁用改为启用：

即便是降落了考试的难度，这款产品依旧压力很大，毕竟现在消费级SSD突出的都是爆发力，针对家用系统盘环境极优化的SLC缓存算法，不一定适宜稳定态。

为了方便比拟，我们直接把PTS成绩中的数据表格拼到同一张图中：

DapuStor R5101的稳定态性能全面超越了其他对手。
三星和英特尔之间的战况胶着，在512字节和4K块大小上三星有比较明显的上风，而在64K以上则是英特尔占优。
消费级参照型号连续打酱油，就无需过多评论了。

PCMark 10盘性能同等性测试是Windows系统下的长期高负载测试。
测试开始前有两次通盘添补过程、结束后有一次通盘添补过程，此外，每个性能降级阶段将随机写入1分钟或50GB，以先到者为准，这就使得高性能的企业级SSD有机会更快地完玉成部测试。

终极DapuStor R5101以3小时37分5秒率先到达终点，三星PM9A3和英特尔D7-P5510的用时分别为4小时50分36秒和4小时55分5秒。
作为参照的消费级SSD则耗时11小时41分36秒。
各盘成绩比拟如下：

一张盘跑上好几个小时，花费数十TB的写入寿命，如果就只看这么一个总分成绩就太不划算了。
下面我们导出详细测试数据进行剖析。
PCMark 10盘性能同等性测试在大量随机写入过程中掺杂了多少存储性能测试项目，个中包括代表大文件同盘内复制（稠浊读写）的cp2：4个ISO镜像文件，共计20GB。
DapuStor R5101最快，三星PM9A3次之，英特尔D7-P5510第三。
作为参照的消费级SSD一旦进入到性能降级阶段就开始打酱油了。

代表零星小文件同盘内复制的cps2：339个JPEG图片文件，共计2.37GB。
英特尔D7-P5510在这个测试中强势翻身夺得第一，DapuStor R5101和三星PM9A3分居第二和第三。
作为参照的消费级PCIe 4.0 SSD除了开始阶段的亮点（SLC缓存爆发力强）之外，就没有了太多表现的机会。

代表设计运用的Photshop重负载测试psh：DapuStor R5101表现得游刃有余，英特尔D7-P5510排名第二，三星PM9A3屈居第三，但性能同等性表现的还可以。

下表为稳定态阶段Photoshop重负载项目的第99百分位延迟数据。

性能测试5：VDBench测试

VDBench是甲骨文推出的存储性能评估工具，能够支持去重和压缩等特性，我们参考PURESTORAGE的数据制作了仿照甲骨文数据库、VDI、VCI三种企业级运用负载的测试脚本，并将IOPS和延迟的关系制表。
图中横轴为IOPS为IOPS（越高越好），纵轴为对应的延迟（越低越好）。
iorate的事理是VDBench先以无限制的办法测一次IOPS，而后以其作为100%基准，按照curve参数中给出百分比的IOPS为目标测定延迟。

在VDBench甲骨文数据库事情负载中，DapuStor R5101 3.84TB以192477 IOPS和663us的成绩排名第一。
三星PM9A3 3.84TB以116021 IOPS和1102us延迟的成绩位列次席。

VDI虚拟化桌面仿照测试，排名顺序不变：DapuStor R5101 3.84TB以195731 IOPS和646us的成绩勇夺头名，其后分别是三星PM9A3、英特尔D7-P5510。

VSI虚拟化存储仿照测试，消费级SSD直接将双手举过了头顶，这毕竟不是它该来的赛场。
DapuStor R5101 3.84TB则以141327 IOPS和897us的成绩遥遥领先于其他竞争对手。

VDBench的iorate曲线功能可以方便得显示出各SSD在逐步达到其极限之前的延迟增长情形。
三个测试项目的成绩排名顺序同等：DapuStor R5101、三星PM9A3、英特尔D7-P5510。

这是近几年来PCEVA首次正式评测企业级SSD，虽然测试没有在真正的做事器平台上进行，但我们尽最大努力让每个读者能够由浅入深地理解一些企业级SSD同消费级SSD差异、企业级SSD的测试方法和事理。

本次测试的三款企业级SSD来自三星、英特尔和大普微。
从环球市场来看，三星和英特尔的企业级SSD的出货量分别位居第一和第二位。
DapuStor R5101则是当前最具实力的国产企业级SSD之一，它利用的DPU616主控在去年荣获2021中国芯“芯火”新锐产品奖，于稳定态稠浊随机读写性能上有着极为出色的表现。

性能上，同样是PCIe 4.0接口，消费级SSD追求各项“全能”，同时知足办公、游戏、设计需求，但是只适宜处理读取为主的中轻度任务。
企业级SSD在外不雅观和性能指标上都显得朴实无华，但所标称的性能却是实打实的不含水分，他们的重负载利用性能是消费级SSD无法企及的。

安全性上，企业级SSD不仅具备比消费级SSD更低的UBER（不可修复的缺点比特率），还供应闪存die级别的内部冗余数据安全保护，自身故障率更低。
此外，企业级SSD能够供应“可预期的性能”，这一点对付给SSD组建RAID阵列非常主要。
消费级SSD由于SLC缓存开释等成分的影响，强行组建RAID阵列不仅性能差而且随意马虎导致阵列崩溃。
而企业级SSD则可以通过RAID阵列进一步增强原来就更高的数据安全性。

用过企业级SSD之后，小编才感想熏染到了SSD的真正实力：它供应了畅快淋漓的舒适感、无后顾之忧的信赖感和安全感。
常常感叹SSD一年不如一年的朋友或容许以开拓一下新视角。