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meiyouchongzhirukou，xiangyaochongzhishibucunzaide，suoyouwanjiaqipaoxianxiangtong。huodeshizhengxinxi，weinichushiduozhongzhengwuxinxi，manzunideshiyongxuqiu;meiyicengloucengdoushiyongfangkuailaidaibiaode，zhuyibuyaorangfangkuaipianlilefangxiang。3Dfenggedequweimaoxianchuangguanyouxi。youxiyongyouwanmeihejingdiandefugufengge，fengfudetiaozhanwancheng，duoyangxingdebenpaotiaozhan，jijidecanyujinlaiqudeshengli。TLC能(neng)力(li)加(jia)QLC價(jia)格(ge)：Solidigm D5-P5430評(ping)測(ce)

作(zuo)者(zhe)：老(lao)胡(hu)說(shuo)科(ke)技(ji)

產(chan)品(pin)介(jie)紹(shao)

前(qian)段(duan)時(shi)間(jian)在(zai)Solidigm D5-P5316的(de)幫(bang)助(zhu)下(xia)，計(ji)算(suan)圓(yuan)周(zhou)率(lv)100萬(wan)億(yi)位(wei)數(shu)的世(shi)界(jie)紀(ji)錄(lu)被(bei)刷(shua)新(xin)，新纪录的计算效(xiao)率達(da)到(dao)之(zhi)前的三(san)倍(bei)。我(wo)們(men)壹(yi)方(fang)面(mian)能夠(gou)感(gan)受(shou)到SSD對(dui)高(gao)性(xing)能计算的影(ying)響(xiang)，另(ling)一方面也(ye)看(kan)到QLC已(yi)經(jing)在数據(ju)中(zhong)心(xin)中得(de)到廣(guang)泛(fan)采(cai)用(yong)。今(jin)天(tian)PCEVA评测的是(shi)使(shi)用Solidigm第(di)四(si)代(dai)QLC閃(shan)存(cun)的D5-P5430 15.36TB数据中心級(ji)SSD。

作為(wei)QLC闪存产品，D5-P5430延(yan)續(xu)大(da)容(rong)量(liang)高密(mi)度(du)優(you)勢(shi)，最(zui)大存儲(chu)容量可(ke)达30.72TB。寫(xie)入(ru)耐(nai)久(jiu)度指(zhi)標(biao)從(cong)0.41 DWPD提(ti)升(sheng)至(zhi)0.58 DWPD，同(tong)时提供(gong)U.2、E1.S和(he)E3.S多(duo)種(zhong)豐(feng)富(fu)的規(gui)格選(xuan)項(xiang)。

相(xiang)比(bi)前面提到的D5-P5316，采用Solidigm第四代192層(ceng)堆(dui)疊(die)QLC闪存的D5-P5430在性能和写入耐久度表(biao)現(xian)上(shang)更(geng)進(jin)一步(bu)，定(ding)位也从“高效和讀(du)取(qu)优化(hua)的PCIe 4.0 SSD”提升为“高效和堅(jian)固(gu)耐用的PCIe 4.0 SSD”，適(shi)合(he)的工(gong)作負(fu)載(zai)類(lei)型(xing)不(bu)再(zai)局(ju)限(xian)於(yu)順(shun)序(xu)读写，而(er)是可以(yi)滿(man)足(zu)更加广泛的主(zhu)流(liu)和读取密集(ji)型工作负载。

读取密集型SSD通(tong)常(chang)提供1 DWPD的写入耐久度指标，D5-P5430雖(sui)然(ran)在DWPD上仍(reng)有(you)一些(xie)差(cha)距(ju)，但(dan)更高的存储容量可以彌(mi)補(bu)這(zhe)一不足，並(bing)在PBW指标上超(chao)越(yue)一些采用TLC闪存的競(jing)爭(zheng)对手(shou)。與(yu)此(ci)同时，D5-P5430還(hai)可在主流應(ying)用中提供媲(pi)美(mei)TLC闪存产品的使用性能，帮助优化總(zong)擁(yong)有成(cheng)本(ben)(TCO)。

硬(ying)件(jian)拆(chai)解(jie)

Solidigm成立(li)于2021年(nian)底(di)，名(ming)稱(cheng)由(you)Solid-state（固態(tai)）和paradigm（範(fan)式(shi)）兩(liang)個(ge)詞(ci)組(zu)合而成，取樹(shu)立固态存储行(xing)業(ye)范式之意(yi)，是當(dang)前唯(wei)一同时掌(zhang)握(wo)Charge Trap電(dian)荷(he)捕(bu)獲(huo)結(jie)構(gou)和Floating Gate浮(fu)柵(zha)结构两种当代3D NAND技術(shu)的公(gong)司(si)。相比去(qu)年评测时依(yi)舊(jiu)帶(dai)著(zhe)英(ying)特(te)爾(er)标簽(qian)的D7-P5520，这次(ci)我们收(shou)到的D5-P5430樣(yang)品已经完(wan)全(quan)換(huan)上了(le)Solidigm标签。

当然这个U.2外(wai)殼(ke)的结构还是一點(dian)沒(mei)變(bian)，包(bao)括(kuo)螺(luo)絲(si)和卡(ka)扣(kou)設(she)计还是過(guo)去那(na)个已经被證(zheng)明(ming)是非(fei)常合理(li)的方式。

Solidigm D5-P5430使用了D5-P5520同款(kuan)主控(kong)，这顆(ke)主控在洛(luo)斯(si)阿(e)拉(la)莫(mo)斯國(guo)家(jia)實(shi)驗(yan)室(shi)的中子(zi)源(yuan)经过SDC（Silent Data Corruption靜(jing)默(mo)数据損(sun)壞(huai)）测試(shi)。所(suo)謂(wei)静默数据损坏，就(jiu)是未(wei)被ECC糾(jiu)錯(cuo)機(ji)制(zhi)捕获的、無(wu)法(fa)在第一时间被發(fa)现的错誤(wu)，到数据需(xu)要(yao)使用时才(cai)被发现，即(ji)便(bian)有RAID陣(zhen)列(lie)也不一定能修(xiu)正(zheng)。前幾(ji)年就曾(zeng)有国內(nei)雲(yun)存储大廠(chang)因(yin)SDC丟(diu)失(shi)客(ke)戶(hu)数据并招(zhao)致(zhi)巨(ju)額(e)索(suo)賠(pei)。

静默数据损坏通常是偶(ou)发性事(shi)件，可由一些射(she)線(xian)或(huo)環(huan)境(jing)影响引(yin)发比特翻(fan)轉(zhuan)所产生(sheng)。Solidigm的SDC测试通过將(jiang)中子束(shu)聚(ju)焦(jiao)在主控中心來(lai)进行，SSD内預(yu)先(xian)填(tian)充(chong)了数据，测试过程(cheng)中主控連(lian)续发出(chu)I/O指令(ling)。实验室會(hui)檢(jian)查(zha)数据完整(zheng)性来確(que)認(ren)有无静默数据损坏。Solidigm已经在数代产品中采用了这种测试程序，累(lei)计测试时间相当于超过600万年運(yun)行壽(shou)命(ming)，期(qi)间没有发现任(ren)何(he)SDC错误，可見(jian)其(qi)对数据完整性的保(bao)護(hu)非常到位。

Solidigm第四代192层堆叠3D QLC闪存基(ji)于Float Gate浮栅结构，由位于大连的晶(jing)圆厂制造(zao)。Solidigm LOGO靠(kao)近(jin)颗粒(li)邊(bian)緣(yuan)，正面是8颗編(bian)號(hao)为29F04P2BNCQL1的QLC闪存颗粒(4die 4CE)，PCB背(bei)面另有8颗编号为29F08P2BOCQL1的QLC闪存颗粒(8die 8CE)。

测试平(ping)臺(tai)和工具(ju)軟(ruan)件

测试平台：

CPU：intel Core i9-13900KS（禁(jin)用C State）

主板(ban)：ROG MAXIMUS Z690 HERO

内存：金(jin)士(shi)頓(dun)DDR5-6000 16GB*2

SSD：Plextor M6Pro 128GB（系(xi)統(tong)盤(pan)）

Solidigm D5-P5430 15.36TB

OS：Ubuntu 22.04 LTS

对于習(xi)慣(guan)使用GUI圖(tu)形(xing)界面的朋(peng)友(you)来说，GSmartControl可以在Linux系统下替(ti)代CrystalDiskInfo，作为硬盘SMART健(jian)康(kang)信(xin)息(xi)检测工具使用。遺(yi)憾(han)的是这款软件至今不支(zhi)持(chi)NVMe SSD。

功(gong)能全面的smartmontools工具只(zhi)有CLI命令行版(ban)本可用，我们在Windows下也经常会用到它(ta)，应該(gai)也比較(jiao)熟(shu)悉(xi)了。它能够提供过熱(re)溫(wen)度预设、电源狀(zhuang)态、扇(shan)區(qu)格式支持情(qing)況(kuang)和SMART健康度等(deng)信息。

从NVMe 1.1開(kai)始(shi)，SSD可以支持3种活(huo)動(dong)电源状态和2种非活动电源状态，消(xiao)費(fei)级SSD可以在空(kong)閑(xian)时自(zi)动进入非活动电源状态（PS3/PS4）实现節(jie)能降(jiang)温。不过数据中心级SSD不需要这种自主电源转换能力，取而代之的是三种可由用户指定的活动电源状态。对于Solidigm D5-P5430而言(yan)，PS0全速(su)状态最大功耗(hao)25瓦(wa)，PS1状态限制15瓦，PS2状态限制10瓦。

我们可以通过Solidigm Storage Tool工具箱(xiang)来指定D5-P5430的电源模(mo)式，默认是PS0全速状态。设定PowerGovernorMode 1就是限制到15瓦功耗，设定PowerGovernor Mode2則(ze)限制到10瓦功耗。

和消费级SSD崇(chong)尚(shang)“足容”设计不同，大多数数据中心SSD都(dou)设计有二(er)级OP预留(liu)空间。在需要更高性能或写入耐久度的情况下，用户还可以通过厂商(shang)的工具箱软件增(zeng)设三级OP预留空间。下图中我们使用Solidigm Storage Tool将D5-P5430 OP到12.75TB。通过nvme list可以确认增加OP预留空间後(hou)的可用容量。

理論(lun)性能测试

Linux下的硬盘性能测试工具大多離(li)不开fio，这款软件功能強(qiang)大但使用起(qi)来有一些門(men)檻(kan)。

1.KDiskMark测试

对于习惯使用图形界面的朋友可以使用KDiskMark来替代Windows下的CrystalDiskMark，它在底层調(tiao)用fio執(zhi)行了类似(si)于CrystalDiskMark的理论带寬(kuan)测试项目(mu)。

当然二者还是略(lve)有不同，CrystalDiskMark结果(guo)顯(xian)示(shi)峰(feng)值(zhi)速度，而KDiskMark则显示平均(jun)值。这类测试由于缺(que)乏(fa)预處(chu)理过程，只适合消费级SSD快(kuai)餐(can)跑(pao)分(fen)。数据中心SSD的穩(wen)定态性能测试还是需要回(hui)歸(gui)到fio。

2.GFIO测试

GFIO为fio提供了一个图形化界面，不过配(pei)置(zhi)文(wen)件还是需要提前动手写好(hao)，然后在GFIO中加载。GFIO会每(mei)秒(miao)刷新显示测试过程中的傳(chuan)輸(shu)带宽和IOPS数值。首(shou)先是顺序写入预处理过程，测试使用128KB QD256顺序写入，持续2小(xiao)时。

测试结束后会提供整合测试结果，包括写入数据总量、平均IOPS、最小/最大/平均带宽，百(bai)分位延遲(chi)统计等等。

为了提供更出色(se)的QoS表现，数据中心级SSD不会像(xiang)消费级SSD那样使用SLC緩(huan)存。增加OP也不会对顺序写入速度产生明显影响。

接(jie)下来进行4KB Q64T4隨(sui)机写入，持续8小时，使SSD进入稳定态。

预处理过程产生了30TB写入量。

测试初(chu)段的高速写入对应的是OP预留空间内的空白(bai)塊(kuai)，当增设三级OP后这部(bu)分可以直(zhi)接用于写入的空白块也相应增加，同时稳定态4K随机写入性能也更好。平时测消费级SSD只要用Q32T1测5000秒就足够看稳定态性能了，而这次15.36TB的数据中心SSD测了8个小时的Q64T4。消费级SSD的离散(san)图需要设置对数坐(zuo)标軸(zhou)才能看清(qing)，数据中心级SSD的离散度要好很(hen)多，可以省(sheng)去这一步驟(zhou)直接看。

4KB随机写入QD1测试，ramp_time=300秒，runtime=900秒。註(zhu)意这裏(li)测出的随机读取性能是全盘范圍(wei)内的闪存直接读取性能，不能跟(gen)平时我们在消费级SSD评测中看到的SLC缓存范围内读取性能进行对比。

第99百分位延迟为137微(wei)秒，第99.99百分位延迟为178微秒，这意味(wei)着99.99%的延迟都低(di)于178微秒。

4KB随机写入Q64T4测试，ramp_time=300秒，runtime=900秒。

平均1050K IOPS，第99百分位延迟533微秒，第99.99百分位延迟906微秒。

3.ezFIO腳(jiao)本测试

ezFIO是一个可重(zhong)復(fu)进行的稳定态性能测试脚本。在测试开始前有两次全盘容量写入的预处理階(jie)段，帮助模擬(ni)企(qi)业级SSD的長(chang)期性能。ezFIO同时支持Windows和Linux平台，测试完成后可自动生成测试報(bao)告(gao)。以下成績(ji)在是Linux系统下搭(da)配fio 3.31测得。

借(jie)助ezFIO测试脚本可以自动化测试更多内容，如(ru)稳定态下不同块大小的顺序/随机读写性能：

下图是将Solidigm D5-P5430 15.36TB OP到12.75TB后的成绩，读取性能基本不变，写入性能大幅(fu)提升：

Solidigm D5-P5430 15.36TB稳定态4KB随机读写性能：

OP到12.75GB后4KB随机写入IOPS增长98%，写入延迟也降低了：

长期性能稳定性检验通过稳定态随机混(hun)合读写进行，根(gen)据平均IOPS和标準(zhun)差计算得出变異(yi)系数，离散系数越低说明SSD在长期高负荷使用后的性能越稳定，越不容易(yi)产生程序需要等待(dai)IO的情况。Solidigm D5-P5430 15.36TB的4K R70:W30混合读写稳定态平均IOPS：280867，离散系数：1.05%。OP到12.75TB之后，稳定态混合读写IOPS为395347，离散系数1.51%。

Solidigm D5-P5430 15.36TB稳定态4K混合随机读写百位分延迟表现：

OP到12.75TB后的稳定态4K混合随机读写百分位延迟：

4.SNIA SSS PTS-E 2.0测试：

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存储網(wang)絡(luo)行业協(xie)会制定，当前最新版本是2.0，包括針(zhen)对企业级SSD的PTS-E规范以及(ji)针对消费级SSD的PTS-C规范。

PTS测试在设備(bei)而非文件系统级別(bie)进行，通俗(su)的说就是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测试需要先执行预处理，也就是我们常说的“填盘”：用随机数据写入全盘2倍容量。而后执行一系列随机写入，稳定态的判(pan)定方式为：检查测试窗(chuang)口(kou)中的4K随机写入、64K R65:W35混合随机写入和1024K随机读取三项成绩，允(yun)許(xu)波(bo)动范围+-10%，确认SSD已经进入稳定态后才会繼(ji)续后续测试。

SSS PTS测试的内容包括512字(zi)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混合读写比例(li)下的稳定态IOPS，并以数据表格、2D和3D图示三种形式进行展(zhan)现。

左(zuo)右(you)滑(hua)动查看更多

OP到12.75TB之后，Solidigm D5-P5430能够在PTS IOPS测试中更快进入稳定态。

稳定态混合读写性能亦(yi)获得大幅提升：

左右滑动查看更多

模拟实際(ji)应用测试

VDBench是甲(jia)骨(gu)文推(tui)出的存储性能评估(gu)工具，能够支持去重和壓(ya)縮(suo)等特性。我们将使用它来测试4KB随机读取、4KB随机写入、4KB混合读写（读70%写30%）三种情况，并模拟Oracle/SQL数据庫(ku)、VSI、VDI四种企业级应用负载。图中橫(heng)轴为IOPS为IOPS（越高越好），縱(zong)轴为对应的延迟（單(dan)位微秒，越低越好）。iorate的原(yuan)理是VDBench先以无限制的方式测一次IOPS，而后以其作为100%基准，按(an)照(zhao)curve參(can)数中給(gei)出百分比的IOPS为目标测定延迟。我们测试了P5430 15.36TB、P5430 OP 12.75TB、P5430限制电源模式1、P5430限制电源模式2四种情况。

4KB随机读取测试使用Q32T8进行测试。OP不影响4K随机读取性能，两條(tiao)曲(qu)线基本重合，最高963K IOPS。限制电源模式1（15瓦）时最高694K IOPS，限制电源模式2（10瓦）时最高298K IOPS。

4KB随机写入测试使用Q32T8进行测试。增加三级OP后D5-P5430的4K随机写入性能提高近一倍（146K IOPS->288K IOPS）。限制电源模式1（15瓦）时最高77K IOPS，限制电源模式2（10瓦）时最高34K IOPS。

4KB混合随机读写测试使用Q32T8进行测试，读取占(zhan)比70%。增加三级OP后D5-P5430的4KB混合随机写入性能提高38%（285K IOPS->395K IOPS）。限制电源模式1（15瓦）时最高214K IOPS，限制电源模式2（10瓦）时最高93K IOPS。

Oralce测试数据模型中读写比例为83.14：16.86，其中4K、8K、16K读取占比分别为22.1%、37.3%和19.12%，随机存取占比80%。4K、8K和16K写入占比分别为22.1%、37.3%和19.12%，随机存取占比80%。Dedupratio=3，compratio=3。

SQL数据库测试数据模型中，读写混合比例为68.42：31.58。8K和64K读取占比分别为53.57%和28.75%，随机存取占比80%。4K、8K和64K写入占比分别为27.85%、35.24%和26.35%，随机存取占比80%。Dedupratio=2，compratio=2。

Virtual Desktop Infrastructure测试数据模型中，读写混合比例为59.48：40.52。4K、16K、32K和64K读取分别占比39.35%、16.47%、10.37%和12.86%，随机存取占比80%。4K和8K写入分别占比61.11%和13.05%，随机存取占比80%。Dedupratio=7，compratio=8。

Virtual Storage Infrastructure测试数据模型中，读写混合比例为57.4：42.6。4K、8K、60K读取占比分别为25.68%、26.31%和10.52%，随机存取占比80%。4K和8K随机写入占比分别为59.62%和14.81%，随机存取占比80%。在负载较低时，四种情况下的延迟表现接近，增加OP后可以極(ji)大地(di)提升最高IOPS表现。Dedupratio=4，compratio=4。

总结

Solidigm QLC闪存技术目前已经非常成熟，并被广泛使用到数据中心SSD当中，写入寿命满足现实工作负载需求(qiu)，读取性能跟入门级SSD相当，QLC SSD在CDN、大数据、HCI等行业典(dian)型工作場(chang)景(jing)得到了广泛的部署(shu)和价值证明。采用192L 3D QLC闪存的Solidigm D5-P5430使用4KB间接单元(yuan)，将使用范围擴(kuo)展至AI、机器(qi)學(xue)习、OLTP等小文件快读密集型工作负载，在主流和读取密集型工作负载中提供可替代TLC闪存SSD的性能，并兼(jian)具QLC闪存带来的成本优势。Solidigm D5-P5430在性能、容量和成本之间的權(quan)衡(heng)中，为价值驅(qu)动的主流数据中心应用提供了更优的选擇(ze)。返(fan)回搜(sou)狐(hu)，查看更多

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