家用固態(tài)硬盤(pán)的測(cè)試內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，就是看看順序讀寫(xiě)，4K隨機(jī)讀寫(xiě)性能。有些朋友比較關(guān)注SLC緩存外寫(xiě)入速度，并對(duì)掉速現(xiàn)象深以為恨。實(shí)際上，固態(tài)硬盤(pán)真正發(fā)揮實(shí)力的場(chǎng)景是在服務(wù)器中，也就是要用到企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤(pán)。

這次PCEVA評(píng)測(cè)室將測(cè)試新一代PCIe 4.0接口企業(yè)級(jí)SSD。在消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品已經(jīng)能夠跑滿(mǎn)PCIe 4.0帶寬的情況下，一起來(lái)看看企業(yè)級(jí)產(chǎn)品能夠帶來(lái)哪些改變。

本次測(cè)試的三款3.84TB容量企業(yè)級(jí)SSD：大普微R5101、英特爾D7-P5510、三星PM9A3，均具備1DWPD寫(xiě)入耐久度指標(biāo)，屬于讀取密集型產(chǎn)品。

這里首先介紹下SSD的一些分類(lèi)方式。

產(chǎn)品介紹

Intel D7-P5510

大家對(duì)英特爾的企業(yè)級(jí)SSD應(yīng)該都耳熟能詳，它們?cè)诙质袌?chǎng)也很受歡迎。這次測(cè)試的P5510屬于D7系列，在英特爾企業(yè)級(jí)SSD產(chǎn)品線中是僅次于使用傲騰的頂級(jí)產(chǎn)品。D7-P5510 3.84TB的順序讀取帶寬6500MB/s，順序?qū)懭霂?400MB/s，4K隨機(jī)讀寫(xiě)700K/170K IOPS。

Samsung PM9A3

三星企業(yè)級(jí)SSD擁有很高的市占率。這次測(cè)試的PM9A3提供U.2、M.2 22110和E1.S三種規(guī)格。U.2接口3.84TB型號(hào)的順序讀取帶寬6800MB/s，順序?qū)懭霂?000MB/s，4K隨機(jī)讀寫(xiě)1000/180K IOPS。

DapuStor R5101

作為近年崛起的國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)廠商代表DapuStor（大普微）具備從芯片設(shè)計(jì)到產(chǎn)品交付量產(chǎn)全棧能力，產(chǎn)品涵蓋使用eTLC閃存的企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤(pán)和使用XL-Flash的SCM存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存。

這次測(cè)試的DapuStor R5101是大普微嶸神5系列成員，主打低延遲、高可靠及易擴(kuò)展。3.84TB型號(hào)的順序讀取帶寬7400MB/s，順序?qū)懭霂?700MB/s，4K隨機(jī)讀寫(xiě)1750K/240K IOPS。

紙面分析看企業(yè)級(jí)強(qiáng)在哪

平時(shí)大家接觸到的家用SSD在標(biāo)稱(chēng)讀寫(xiě)性能的時(shí)候都有一個(gè)Up to xxxx MB/s，也就是至高多少兆每秒，這個(gè)峰值速度需要借助SLC緩存的幫助才能在理想狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)。家用環(huán)境默認(rèn)使用負(fù)載是比較低的，所以不會(huì)標(biāo)出SLC緩存用完后的性能。

在下面的規(guī)格表中可以看到，企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤(pán)的性能指標(biāo)跟消費(fèi)級(jí)旗艦相比并沒(méi)有更大的優(yōu)勢(shì)，三星PM9A3的指標(biāo)相比使用同款主控的消費(fèi)級(jí)旗艦980PRO還略低一些，這是因?yàn)槠髽I(yè)級(jí)SSD并不追求極限爆發(fā)性能，而是需要充分考慮重負(fù)載條件下能夠持續(xù)輸出的性能，并且竭盡所能在各種條件下都提供一致的性能表現(xiàn)。

得益于大普微DPU600系列主控的強(qiáng)悍實(shí)力，DapuStor R5101的性能指標(biāo)明顯更強(qiáng)一些，其1750K IOPS的4K隨機(jī)讀取性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越現(xiàn)有消費(fèi)級(jí)SSD。

此外，企業(yè)級(jí)SSD相比消費(fèi)級(jí)SSD還具備很多優(yōu)勢(shì)。比如更高的耐久度，更強(qiáng)的性能，更強(qiáng)的保護(hù)。

企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤(pán)使用冗余數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)來(lái)處理閃存中多個(gè)die失效的故障，并且不影響數(shù)據(jù)完整和業(yè)務(wù)運(yùn)行，UBER不可修復(fù)的錯(cuò)誤比特率通常會(huì)比消費(fèi)級(jí)SSD低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤(pán)還可提供全路徑端到端數(shù)據(jù)保護(hù)，在數(shù)據(jù)從主機(jī)端通過(guò) PCIe 鏈路傳輸?shù)絊SD主控，主控將數(shù)據(jù)傳輸?shù)介W存接口，再通過(guò)閃存接口將數(shù)據(jù)寫(xiě)入閃存顆粒中，再返回給主機(jī)端的整個(gè)傳輸路徑中，每一段傳輸路徑都有糾錯(cuò)/檢錯(cuò)算法保證數(shù)據(jù)被正確傳輸，降低靜默錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)。

以上介紹完產(chǎn)品還有基本的紙面，下面進(jìn)行實(shí)測(cè)來(lái)體驗(yàn)企業(yè)級(jí)真正的實(shí)力。

測(cè)試平臺(tái)

本次測(cè)試依然是在PC測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行，通過(guò)同樣的腳本測(cè)試，讓三款企業(yè)級(jí)固態(tài)與一款消費(fèi)級(jí)旗艦進(jìn)行對(duì)比，已經(jīng)能體現(xiàn)出來(lái)明顯優(yōu)勢(shì)。除了用于對(duì)照的消費(fèi)級(jí)SSD直接安裝在CPU直連的M.2插槽之外，三款企業(yè)級(jí)SSD在測(cè)試時(shí)均通過(guò)U.2轉(zhuǎn)接卡連接到CPU直連的主板PCIE插槽。

CrystalDiskInfo信息識(shí)別：三款企業(yè)級(jí)SSD均使用PCIe 4.0 x4接口，DapuStor R5101和三星PM9A3支持NVMe 1.4協(xié)議，英特爾D7-P5510則沿用NVMe 1.3。

在測(cè)試英特爾D7-P5510的時(shí)候發(fā)生了一個(gè)小插曲，這塊測(cè)試樣品默認(rèn)使用了512B+8B的扇區(qū)格式，Windows Server 2019無(wú)法正確識(shí)別，而在Linux下則能夠正常工作。我們?cè)贚inux下通過(guò)nvme-cli將其高級(jí)格式化為標(biāo)準(zhǔn)的512B扇區(qū)，成功解決了這個(gè)問(wèn)題。

性能測(cè)試

01讀寫(xiě)性能測(cè)試

在我們熟悉的Windows操作系統(tǒng)中，CrystalDiskMark是非常好用的SSD帶寬和IOPS測(cè)試工具。只需簡(jiǎn)單調(diào)整就可以評(píng)估SSD能否達(dá)到其標(biāo)稱(chēng)性能。

不過(guò)這一次CrystalDiskMark失靈了，Windows系統(tǒng)似乎在1000K IOPS左右存在一個(gè)瓶頸，無(wú)法測(cè)出DapuStor R5101應(yīng)有的1750K隨機(jī)讀取IOPS。即便請(qǐng)出IOMeter也僅僅是能跑出7500MB/s順序讀取，4K隨機(jī)讀取IOPS依然無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)。

而在Linux系統(tǒng)下，DapuStor R5101通過(guò)fio可以輕松跑出1800K IOPS。除了平均延遲之外，fio還提供詳細(xì)的99百分位延遲信息。雖然很多Linux下的測(cè)試工具沒(méi)有漂亮的圖形界面，但性能與功能都比Windows下的同類(lèi)軟件更強(qiáng)，后續(xù)的測(cè)試也將以Linux系統(tǒng)為主。

02 ezFIO腳本測(cè)試

ezFIO是經(jīng)NVM Express推薦的企業(yè)級(jí)SSD綜合測(cè)試，它是一個(gè)可重復(fù)進(jìn)行的穩(wěn)定態(tài)性能測(cè)試腳本。在測(cè)試開(kāi)始前有兩次全盤(pán)容量寫(xiě)入的預(yù)處理階段，幫助模擬企業(yè)級(jí)SSD的長(zhǎng)期性能。ezFIO同時(shí)支持Windows和Linux平臺(tái)，測(cè)試完成后可自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。以下成績(jī)?cè)谑荓inux系統(tǒng)下搭配fio 3.27測(cè)得。

ezFIO的長(zhǎng)期性能穩(wěn)定性檢驗(yàn)通過(guò)穩(wěn)定態(tài)隨機(jī)混合讀寫(xiě)進(jìn)行，根據(jù)平均IOPS和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算得出變異系數(shù)，變異系數(shù)越低說(shuō)明SSD在長(zhǎng)期高負(fù)荷使用后的性能越穩(wěn)定，越不容易產(chǎn)生程序需要等待IO的情況（卡頓）。

三款企業(yè)級(jí)SSD的穩(wěn)定性表現(xiàn)都非常不錯(cuò)，其中三星PM9A3的穩(wěn)定性最佳（變異系數(shù)0.70%），DapuStor R5101的綜合性能表現(xiàn)更好。從平均IOPS來(lái)看，消費(fèi)級(jí)PCIe 4.0 SSD能達(dá)到企業(yè)級(jí)的十分之一左右，但高負(fù)載下糟糕的性能穩(wěn)定性使得10塊消費(fèi)級(jí)SSD加起來(lái)也不能充當(dāng)一塊企業(yè)級(jí)SSD來(lái)使用。

接下來(lái)的穩(wěn)定態(tài)4K隨機(jī)讀寫(xiě)測(cè)試，又到了企業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)的岔路口。消費(fèi)級(jí)SSD的隨機(jī)讀寫(xiě)IOPS都建立在SLC緩存基礎(chǔ)上，而企業(yè)級(jí)SSD則會(huì)按照穩(wěn)定態(tài)標(biāo)注，一個(gè)是最佳狀態(tài)，一個(gè)是最?lèi)毫訔l件。

測(cè)試的結(jié)果也比較符合我們的預(yù)期：DapuStor R5101 3.84TB穩(wěn)定態(tài)4K隨機(jī)讀寫(xiě)符合1750K/240K IOPS標(biāo)稱(chēng)值、英特爾D7-P5510 3.84TB穩(wěn)定態(tài)4K隨機(jī)讀寫(xiě)符合700K/170K IOPS標(biāo)稱(chēng)值、三星PM9A3 3.84TB穩(wěn)定態(tài)4K隨機(jī)讀寫(xiě)符合1000K/180K IOPS標(biāo)稱(chēng)值。對(duì)照用的消費(fèi)級(jí)旗艦固態(tài)穩(wěn)定態(tài)4K隨機(jī)讀寫(xiě)777K/14K IOPS，讀取尚能達(dá)標(biāo)，寫(xiě)入則比理想狀態(tài)下定義的標(biāo)稱(chēng)值低了將近40倍。

下面是穩(wěn)定態(tài)4K混合讀寫(xiě)測(cè)試，其中讀取占比70%，寫(xiě)入占比30%。為什么要測(cè)試混合讀寫(xiě)？讀取和寫(xiě)入同時(shí)進(jìn)行的難度遠(yuǎn)比純讀取或純寫(xiě)入高，但恰恰是這種難度更高的情況更貼近實(shí)際使用。金庸小說(shuō)射雕英雄傳里練成左右互搏術(shù)的僅有3人，SSD要在混合讀寫(xiě)一項(xiàng)上取得好成績(jī)更是考驗(yàn)廠商的技術(shù)實(shí)力。

消費(fèi)級(jí)SSD在自身能力上同企業(yè)級(jí)SSD有著巨大差距，能順利跑完測(cè)試就算成功了。DapuStor R5101則延續(xù)它在純讀取和純寫(xiě)入時(shí)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，以459K IOPS的成績(jī)奪魁，領(lǐng)先第二名的三星PM9A3大約28%。

ezFIO腳本還提供了4K混合隨機(jī)讀寫(xiě)的99百分位延遲數(shù)據(jù)，有助于全面評(píng)估SSD在復(fù)雜高壓條件下的性能一致性表現(xiàn)。圖中將讀?。ㄗ螅┖蛯?xiě)入（右）延遲分開(kāi)統(tǒng)計(jì)，橫軸是延遲，越低越好，不同QD下成績(jī)?cè)浇咏胶谩?/p>

整體來(lái)看三塊企業(yè)級(jí)SSD各有千秋，DapuStor和三星的寫(xiě)入延遲較低，但英特爾的可預(yù)期延遲范圍更集中一些。

03 SNIA SSS PTS-E 2.0

SSS PTS的全稱(chēng)為Solid State Storage Performance Test Specification，即固態(tài)存儲(chǔ)性能測(cè)試規(guī)范，它由SNIA存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)行業(yè)協(xié)會(huì)制定，當(dāng)前最新版本是2.0，包括針對(duì)企業(yè)級(jí)SSD的PTS-E規(guī)范以及針對(duì)消費(fèi)級(jí)SSD的PTS-C規(guī)范。

PTS測(cè)試在設(shè)備而非文件系統(tǒng)級(jí)別進(jìn)行，通俗的說(shuō)就是SSD在沒(méi)有分區(qū)的狀態(tài)下進(jìn)行。PTS測(cè)試的是SS（Steady State穩(wěn)定態(tài)）性能，而非FOB（Fresh-Out-of-the-Box開(kāi)箱狀態(tài)即出廠態(tài)）表現(xiàn)。

為了使SSD達(dá)到穩(wěn)定態(tài)，PTS測(cè)試需要先執(zhí)行預(yù)處理，也就是我們常說(shuō)的“填盤(pán)”：用隨機(jī)數(shù)據(jù)寫(xiě)入全盤(pán)2倍容量。而后執(zhí)行一系列隨機(jī)寫(xiě)入，穩(wěn)定態(tài)的判定方式為：檢查測(cè)試窗口中的4K隨機(jī)寫(xiě)入、64K R65:W35混合隨機(jī)寫(xiě)入和1024K隨機(jī)讀取三項(xiàng)成績(jī)，允許波動(dòng)范圍+-10%，確認(rèn)SSD已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)后才會(huì)繼續(xù)后續(xù)測(cè)試。

接下來(lái)是對(duì)SSS PTS測(cè)試報(bào)告內(nèi)容的解讀。SSD PTS測(cè)試報(bào)告會(huì)展示測(cè)試平臺(tái)的軟硬件配置情況（包括主板、CPU、內(nèi)存以及操作系統(tǒng)、測(cè)試軟件版本等）、受測(cè)SSD的信息（包括制造商、型號(hào)、序列號(hào)、固件版本、容量、擦除方式、寫(xiě)入緩存開(kāi)關(guān)等）、測(cè)試設(shè)定（包括數(shù)據(jù)模型、測(cè)試范圍、預(yù)處理方式等等）。下圖是DapuStor R5101 3.84TB的SSS PTS測(cè)試信息：

SSS PTS測(cè)試的內(nèi)容包括512字節(jié)、4K、8K、16K、32K、64K、128K和1MB塊大小，在0/100、5/95、35/65、50/50、65/35、95/5和100/0混合讀寫(xiě)比例下的穩(wěn)定態(tài)IOPS，并以數(shù)據(jù)表格、2D和3D圖示三種形式進(jìn)行展現(xiàn)。

首先是DapuStor R5101 3.84TB的成績(jī)：

然后是英特爾D7-P5510 3.84TB的成績(jī)：

最后是三星PM9A3 3.84TB的成績(jī)：

作為參照物的消費(fèi)級(jí)PCIe 4.0 SSD，我們?yōu)樗档碗y度，選擇適合它的PTS-C測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試范圍從100%降低到75%，寫(xiě)入緩存從禁用改為啟用：

即便是降低了考試的難度，這款產(chǎn)品依舊壓力很大，畢竟現(xiàn)在消費(fèi)級(jí)SSD突出的都是爆發(fā)力，針對(duì)家用系統(tǒng)盤(pán)環(huán)境極優(yōu)化的SLC緩存算法，不一定適合穩(wěn)定態(tài)。

為了方便對(duì)比，我們直接把PTS成績(jī)中的數(shù)據(jù)表格拼到同一張圖中：

DapuStor R5101的穩(wěn)定態(tài)性能全面超越了其他對(duì)手。三星和英特爾之間的戰(zhàn)況膠著，在512字節(jié)和4K塊大小上三星有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，而在64K以上則是英特爾占優(yōu)。消費(fèi)級(jí)參照型號(hào)繼續(xù)打醬油，就無(wú)需過(guò)多評(píng)論了。

04 PCMark 10盤(pán)一致性測(cè)試

PCMark 10盤(pán)性能一致性測(cè)試是Windows系統(tǒng)下的長(zhǎng)期高負(fù)載測(cè)試。測(cè)試開(kāi)始前有兩次全盤(pán)填充過(guò)程、結(jié)束后有一次全盤(pán)填充過(guò)程，此外，每個(gè)性能降級(jí)階段將隨機(jī)寫(xiě)入1分鐘或50GB，以先到者為準(zhǔn)，這就使得高性能的企業(yè)級(jí)SSD有機(jī)會(huì)更快地完成整個(gè)測(cè)試。

最終DapuStor R5101以3小時(shí)37分5秒率先到達(dá)終點(diǎn)，三星PM9A3和英特爾D7-P5510的用時(shí)分別為4小時(shí)50分36秒和4小時(shí)55分5秒。作為參照的消費(fèi)級(jí)SSD則耗時(shí)11小時(shí)41分36秒。各盤(pán)成績(jī)對(duì)比如下：

一張盤(pán)跑上好幾個(gè)小時(shí)，消耗數(shù)十TB的寫(xiě)入壽命，如果就只看這么一個(gè)總分成績(jī)就太不劃算了。下面我們導(dǎo)出詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。PCMark 10盤(pán)性能一致性測(cè)試在大量隨機(jī)寫(xiě)入過(guò)程中摻雜了若干存儲(chǔ)性能測(cè)試項(xiàng)目，其中包括代表大文件同盤(pán)內(nèi)復(fù)制（混合讀寫(xiě)）的cp2：4個(gè)ISO鏡像文件，共計(jì)20GB。DapuStor R5101最快，三星PM9A3次之，英特爾D7-P5510第三。作為參照的消費(fèi)級(jí)SSD一旦進(jìn)入到性能降級(jí)階段就開(kāi)始打醬油了。

代表零碎小文件同盤(pán)內(nèi)復(fù)制的cps2：339個(gè)JPEG圖片文件，共計(jì)2.37GB。英特爾D7-P5510在這個(gè)測(cè)試中強(qiáng)勢(shì)翻身奪得第一，DapuStor R5101和三星PM9A3分居第二和第三。作為參照的消費(fèi)級(jí)PCIe 4.0 SSD除了開(kāi)始階段的亮點(diǎn)（SLC緩存爆發(fā)力強(qiáng)）之外，就沒(méi)有了太多表現(xiàn)的機(jī)會(huì)。

代表設(shè)計(jì)應(yīng)用的Photshop重負(fù)載測(cè)試psh：DapuStor R5101表現(xiàn)得游刃有余，英特爾D7-P5510排名第二，三星PM9A3屈居第三，但性能一致性表現(xiàn)的還可以。

下表為穩(wěn)定態(tài)階段Photoshop重負(fù)載項(xiàng)目的第99百分位延遲數(shù)據(jù)。

05 VDBench測(cè)試

VDBench是甲骨文推出的存儲(chǔ)性能評(píng)估工具，能夠支持去重和壓縮等特性，我們參考PURESTORAGE的數(shù)據(jù)制作了模擬甲骨文數(shù)據(jù)庫(kù)、VDI、VCI三種企業(yè)級(jí)應(yīng)用負(fù)載的測(cè)試腳本，并將IOPS和延遲的關(guān)系制表。圖中橫軸為IOPS為IOPS（越高越好），縱軸為對(duì)應(yīng)的延遲（越低越好）。iorate的原理是VDBench先以無(wú)限制的方式測(cè)一次IOPS，而后以其作為100%基準(zhǔn)，按照curve參數(shù)中給出百分比的IOPS為目標(biāo)測(cè)定延遲。

在VDBench甲骨文數(shù)據(jù)庫(kù)工作負(fù)載中，DapuStor R5101 3.84TB以192477 IOPS和663us的成績(jī)排名第一。三星PM9A3 3.84TB以116021 IOPS和1102us延遲的成績(jī)位列次席。

VDI虛擬化桌面模擬測(cè)試，排名順序不變：DapuStor R5101 3.84TB以195731 IOPS和646us的成績(jī)勇奪頭名，其后分別是三星PM9A3、英特爾D7-P5510。

VSI虛擬化存儲(chǔ)模擬測(cè)試，消費(fèi)級(jí)SSD直接將雙手舉過(guò)了頭頂，這畢竟不是它該來(lái)的賽場(chǎng)。DapuStor R5101 3.84TB則以141327 IOPS和897us的成績(jī)遙遙領(lǐng)先于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

VDBench的iorate曲線功能可以方便得顯示出各SSD在逐步達(dá)到其極限之前的延遲增長(zhǎng)情況。三個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的成績(jī)排名順序一致：DapuStor R5101、三星PM9A3、英特爾D7-P5510。

總結(jié)

這是近幾年來(lái)PCEVA首次正式評(píng)測(cè)企業(yè)級(jí)SSD，雖然測(cè)試沒(méi)有在真正的服務(wù)器平臺(tái)上進(jìn)行，但我們盡最大努力讓每個(gè)讀者能夠由淺入深地了解一些企業(yè)級(jí)SSD同消費(fèi)級(jí)SSD差異、企業(yè)級(jí)SSD的測(cè)試方法和原理。

性能上，同樣是PCIe 4.0接口，消費(fèi)級(jí)SSD追求各項(xiàng)“全能”，同時(shí)滿(mǎn)足辦公、游戲、設(shè)計(jì)需求，但是只適合處理讀取為主的中輕度任務(wù)。企業(yè)級(jí)SSD在外觀和性能指標(biāo)上都顯得樸實(shí)無(wú)華，但所標(biāo)稱(chēng)的性能卻是實(shí)打?qū)嵉牟缓郑麄兊闹刎?fù)載使用性能是消費(fèi)級(jí)SSD無(wú)法企及的。

安全性上，企業(yè)級(jí)SSD不僅具備比消費(fèi)級(jí)SSD更低的UBER（不可修復(fù)的錯(cuò)誤比特率），還提供閃存die級(jí)別的內(nèi)部冗余數(shù)據(jù)安全保護(hù)，自身故障率更低。此外，企業(yè)級(jí)SSD能夠提供“可預(yù)期的性能”，這一點(diǎn)對(duì)于給SSD組建RAID陣列非常重要。消費(fèi)級(jí)SSD由于SLC緩存釋放等因素的影響，強(qiáng)行組建RAID陣列不僅性能差而且容易導(dǎo)致陣列崩潰。而企業(yè)級(jí)SSD則可以通過(guò)RAID陣列進(jìn)一步增強(qiáng)原本就更高的數(shù)據(jù)安全性。

用過(guò)企業(yè)級(jí)SSD之后，小編才感受到了SSD的真正實(shí)力：它提供了酣暢淋漓的舒適感、無(wú)后顧之憂(yōu)的信任感和安全感。經(jīng)常感嘆SSD一年不如一年的朋友或許可以開(kāi)拓一下新視角。