前言

NAND閃存新領(lǐng)導(dǎo)者

SK海力士吸收了英特爾的閃存與SSD業(yè)務(wù)。Solidigm在2021年底成立，成為當(dāng)前唯一同時(shí)掌握Charge Trap電荷捕獲結(jié)構(gòu)和Floating Gate浮柵結(jié)構(gòu)兩種當(dāng)代3D NAND技術(shù)的公司。

Solidigm一名由Solid-state（固態(tài)）和paradigm（范式）兩個(gè)詞組合而成，取樹(shù)立固態(tài)存儲(chǔ)行業(yè)范式之意，目標(biāo)是成為優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案的首選合作伙伴。

D7-P5520和D7-P5530是Solidigm成立后推出的新產(chǎn)品，使用具有高密度、高讀性能和高性價(jià)比特點(diǎn)的Floating Gate浮柵結(jié)構(gòu)3D NAND閃存。

D7-P5520設(shè)計(jì)用于讀取密集型和輕型混合工作負(fù)載，D7-P5620設(shè)計(jì)用于混合工作負(fù)載，二者分別提供1 DWPD和3 DWPD耐久度指標(biāo)。

D7-P5620提供1.6TB到12.8TB容量選項(xiàng)，2. 5寸U.2規(guī)格。D7-P5520則提供1.92TB到15.36TB容量選項(xiàng)，同時(shí)提供U.2、E1.S（9.5mm厚度）、E1.S（15mm厚度）和E1.L四種規(guī)格。

本次我們測(cè)試的是U.2規(guī)格的D7-P5520 7.68TB，標(biāo)稱順序讀寫(xiě)速度7100/4200 MB/s，4K隨機(jī)讀寫(xiě)1100K/220K IOPS，4K隨機(jī)讀寫(xiě)延遲75/15 μs。

根據(jù)官方數(shù)據(jù)，Solidigm D7-5520相比Intel D7-P5510 4K隨機(jī)讀取性能提升42%、4K隨機(jī)寫(xiě)入提升17%，延遲降低多達(dá)43%。

D7-P5520和D7-P5620系列采用相同的NAND、固件及控制器，產(chǎn)品認(rèn)證過(guò)程簡(jiǎn)單高效，同時(shí)我們也可以通過(guò)為D7-P5520 7.68TB增加OP容量來(lái)模擬D7-P5620 6.4TB的表現(xiàn)。

測(cè)試平臺(tái)和信息識(shí)別

測(cè)試平臺(tái)：

CPU：intel Core i9-12900KS（關(guān)閉能效核，禁用EIST、C State）

主板：ROG MAXIMUS Z690 APEX

內(nèi)存：金士頓DDR5-5200 8GBx2

SSD：STEC s620 200GB（系統(tǒng)盤(pán)）

Solidigm D7-P5520 7.68TB(FW:9CV10200)

某消費(fèi)級(jí)PCIE4.0旗艦(對(duì)照盤(pán))

OS：Windows 11 / Ubuntu 22.04 LTS

不同于很多企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤(pán)完全不支持ASPM節(jié)能，Solidigm D7-P5520同時(shí)支持ASPM L0s和L1節(jié)能。不過(guò)在測(cè)試中我們會(huì)將其禁用以完整展現(xiàn)其性能表現(xiàn)。

通過(guò)smartmontools可以看到，Solidigm D7-P5520擁有三種活動(dòng)電源狀態(tài)。跟消費(fèi)級(jí)SSD不同的是，這三種電源狀態(tài)的目的并不是為了自主電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換，而是提供多種功率限制選項(xiàng)，用戶可以通過(guò)nvme-cli或Solidigm Storage Tool（SST）來(lái)管理其電源模式。

Solidigm Storage Tool同時(shí)提供了Windows和Linux兩種版本，除了CLI命令行之外，Windows版本還提供了可選的GUI圖形界面。

GUI版工具箱可以提供信息檢測(cè)、固件更新、診斷掃描（包含數(shù)據(jù)完整性檢查）、安全擦除以及SMART信息查看功能。工具箱會(huì)直接提供包括閃存最小/平均/最大擦除次數(shù)在內(nèi)的詳細(xì)健康度信息。

通過(guò)CLI命令行版本的SST工具箱還可以方便的增加SSD的OP容量，譬如sst set -ssd 1 MaximumLBA=83%，可以為D7-P5520 7.68TB增加OP容量以模擬P5620 6.4TB的表現(xiàn)。

通過(guò)sst set -ssd 0 PowerGovernorMode=2可以將D7-P5520切換到電源模式2，即限制最大功耗不超過(guò)11瓦。

在限制功率的情況下，高隊(duì)列深度的隨機(jī)讀寫(xiě)性能會(huì)受到比較明顯的影響，而QD1性能幾乎不變。

理論性能測(cè)試

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fio測(cè)試

CrystalDiskMark和fio分別是Windows和Linux平臺(tái)下最常用的硬盤(pán)性能測(cè)試工具。CrystalDiskMark最大可測(cè)試32GB的范圍，從簡(jiǎn)單的對(duì)比來(lái)看D7-P5520似乎在大家關(guān)心的4K單線程隨機(jī)讀取性能上不占優(yōu)勢(shì)，實(shí)際上這是因?yàn)橄M(fèi)級(jí)SSD普遍利用SLC緩存障眼法來(lái)讓軟件測(cè)出SLC模式的讀取性能。

在Linux系統(tǒng)下通過(guò)填盤(pán)預(yù)處理之后，利用fio在全盤(pán)范圍內(nèi)測(cè)試4K隨機(jī)讀取，Solidigm D7-P5520可以獲得68.7MB/s的成績(jī)，而對(duì)照的消費(fèi)級(jí)型號(hào)由于無(wú)法在全盤(pán)范圍內(nèi)利用SLC緩存作弊，4K隨機(jī)讀取速度就會(huì)現(xiàn)出60.8MB/s的原形，這才是二者實(shí)際隨機(jī)讀取性能的體現(xiàn)。

透過(guò)fio，我們還能了解SSD的QoS表現(xiàn)。下面這個(gè)測(cè)試是在填充全盤(pán)后進(jìn)行。企業(yè)級(jí)SSD在隨機(jī)寫(xiě)入性能一致性上的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

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上面是以純讀取或純寫(xiě)入方式進(jìn)行的簡(jiǎn)單測(cè)試，SSD在實(shí)際使用環(huán)境下面臨更復(fù)雜的混合讀寫(xiě)情況，寫(xiě)入會(huì)對(duì)同時(shí)進(jìn)行的讀取性能產(chǎn)生影響。這里我們就不對(duì)消費(fèi)級(jí)SSD進(jìn)行對(duì)比測(cè)試了，因?yàn)楹笳咄耆_(dá)不到100MB/s的起步水平。根據(jù)Solidigm的數(shù)據(jù)，在以400MB/s進(jìn)行4K隨機(jī)寫(xiě)入的同時(shí)，D7-P5520 7.68TB的4K隨機(jī)讀取延遲低于800us，面對(duì)同類企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤(pán)擁有明顯優(yōu)勢(shì)。

2

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 3.28測(cè)得。

借助ezFIO測(cè)試腳本可以自動(dòng)化測(cè)試更多內(nèi)容，如穩(wěn)定態(tài)下不同塊大小的順序/隨機(jī)讀寫(xiě)性能：

下圖是將Solidigm D7-P5520 7.68TB OP到6.4TB后的成績(jī)，寫(xiě)入性能提升非常大：

Solidigm D7-5520 7.68TB實(shí)測(cè)穩(wěn)定態(tài)4K隨機(jī)讀取和隨機(jī)寫(xiě)入性能：1113K/243K IOPS，超過(guò)標(biāo)稱值的1100K/220K IOPS。

OP到6.4TB容量之后，4K隨機(jī)讀寫(xiě)性能達(dá)到1115K/408K IOPS，寫(xiě)入性能提升明顯：

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。Solidigm D7-P5520 7.68TB的4K R70:W30混合讀寫(xiě)穩(wěn)定態(tài)平均IOPS：434530，變異系數(shù)：2.13%。OP到6.4TB之后，穩(wěn)定態(tài)混合讀寫(xiě)IOPS為558583，變異系數(shù)2.93%。

D7-P5520 7.68TB穩(wěn)定態(tài)4K混合隨機(jī)讀寫(xiě)延遲百分位分布：不同QD隊(duì)列深度下的延遲都控制在1000μs左右，性能一致性表現(xiàn)非常好。

OP到6.4TB之后，隨機(jī)讀寫(xiě)延遲表現(xiàn)更為出色了：

3

SNIA SSS PTS-E 2.0測(cè)試

SSS PTS的全稱為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。

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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)。

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下面對(duì)比的是OP到6.4TB模擬P5620：穩(wěn)定態(tài)隨機(jī)讀寫(xiě)性能提升明顯。

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模擬實(shí)際應(yīng)用測(cè)試

接下來(lái)是一些模擬實(shí)際應(yīng)用的壓力測(cè)試內(nèi)容。

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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Oracle/SQL數(shù)據(jù)庫(kù)、VDI、VCI四種企業(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。我們測(cè)試了P5520 7.68TB、P5520 OP 6.4TB、P5520限制電源模式1、P5520限制電源模式2四種情況。

Oralce測(cè)試數(shù)據(jù)模型中讀寫(xiě)比例為83.14：16.86，其中4K、8K、16K讀取占比分別為22.1%、37.3%和19.12%，隨機(jī)存取占比80%。4K、8K和16K寫(xiě)入占比分別為22.1%、37.3%和19.12%，隨機(jī)存取占比80%。Solidigm D7-P5520在這個(gè)讀取為主測(cè)試中表現(xiàn)很輕松，即便是限制到電源狀態(tài)1也沒(méi)有對(duì)成績(jī)產(chǎn)生特別明顯的影響。

Virtual Desktop Infrastructure測(cè)試數(shù)據(jù)模型中，讀寫(xiě)混合比例為59.48：40.52。4K、16K、32K和64K讀取分別占比39.35%、16.47%、10.37%和12.86%，隨機(jī)存取占比80%。4K和8K寫(xiě)入分別占比61.11%和13.05%，隨機(jī)存取占比80%。四種不同情況下的測(cè)試成績(jī)拉開(kāi)了明顯差距，由于寫(xiě)入占比提升，為D7-P5520 7.68TB增加OP后模擬P5620 6.4TB可以獲得明顯更優(yōu)的IOPS及延遲表現(xiàn)。

Virtual Storage Infrastructure測(cè)試數(shù)據(jù)模型中，讀寫(xiě)混合比例為57.4：42.6。4K、8K、60K讀取占比分別為25.68%、26.31%和10.52%，隨機(jī)存取占比80%。4K和8K隨機(jī)寫(xiě)入占比分別為59.62%和14.81%，隨機(jī)存取占比80%。在負(fù)載較低時(shí)，四種情況下的延遲表現(xiàn)接近，增加OP后可以極大地提升最高IOPS表現(xiàn)。

SQL數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)試數(shù)據(jù)模型中，讀寫(xiě)混合比例為68.42：31.58。8K和64K讀取占比分別為53.57%和28.75%，隨機(jī)存取占比80%。4K、8K和64K寫(xiě)入占比分別為27.85%、35.24%和26.35%，隨機(jī)存取占比80%。限制電源模式1后的D7-P5520仍能達(dá)到無(wú)功率限制時(shí)性能的85%左右。增加OP預(yù)留空間容量能夠進(jìn)一步性能表現(xiàn)。

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Aerospike Certification Tool測(cè)試

Aerospike是一款高性能分布式NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)。Aerospike Certification Tools（ACT）則是測(cè)試和驗(yàn)證設(shè)備能否滿足該數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)性能需求的開(kāi)源工具軟件。

ACT針對(duì)Aerospike數(shù)據(jù)庫(kù)的I/O模式進(jìn)行建模，測(cè)量讀取和寫(xiě)入混合負(fù)載期間的存取延遲。基礎(chǔ)的1X負(fù)載為每秒2000讀取和1000寫(xiě)入，Aerospike數(shù)據(jù)庫(kù)要求30X負(fù)載連續(xù)測(cè)試24小時(shí)，大于1ms響應(yīng)時(shí)間的比例不超過(guò)5%、大于8ms響應(yīng)時(shí)間的比例不超過(guò)1%、大于64ms響應(yīng)時(shí)間的比例不超過(guò)0.1%方為合格。

通過(guò)30X只是Aerospike數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)SSD的一個(gè)基礎(chǔ)要求，相當(dāng)于“最低配置”。我們通過(guò)修改配置文件大幅提高難度，驗(yàn)證了Solidigm D7-P5520 7.68TB在300X讀取、150X寫(xiě)入負(fù)載下的表現(xiàn)。

經(jīng)過(guò)24小時(shí)的壓力測(cè)試，讀取響應(yīng)大于1ms的僅占0.03%，寫(xiě)入響應(yīng)大于1ms的占3%左右，仍符合Aerospike數(shù)據(jù)庫(kù)使用要求。

總結(jié)

D7系列是Solidigm企業(yè)級(jí)SSD中的性能優(yōu)化型號(hào)，在速度、耐用性和容量之間實(shí)現(xiàn)了完美平衡，能夠承載比D5價(jià)值優(yōu)化型號(hào)更高的混合與性能敏感型讀取工作負(fù)載。從固件優(yōu)化策略來(lái)看，D7-P5520更加注重?cái)?shù)據(jù)中心和企業(yè)級(jí)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的混合讀寫(xiě)工況，尤其是常用隊(duì)列深度下的延遲表現(xiàn)。

D7-P5520的主控、NAND閃存、固件等關(guān)鍵組件完全由Solidigm掌控，第三方組件則經(jīng)過(guò)額外質(zhì)量檢查與全面的內(nèi)部驗(yàn)證。增強(qiáng)型斷電保護(hù)設(shè)計(jì)防護(hù)突然斷電重啟對(duì)數(shù)據(jù)完整性的影響，端到端數(shù)據(jù)路徑保護(hù)能夠防止靜默錯(cuò)誤對(duì)數(shù)據(jù)的破壞。

盡管對(duì)于Solidigm來(lái)說(shuō)D7-P5520是一款新產(chǎn)品，但我們前面也提到Solidigm是站在巨人的肩膀之上，就在D7-P5520尚未正式推出之前就已獲得字節(jié)跳動(dòng)的采用。Solidigm D7-P5520已經(jīng)于今年3月正式在字節(jié)跳動(dòng)的服務(wù)器中上線部署，幫助字節(jié)跳動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)和云軟件定義存儲(chǔ)業(yè)務(wù)獲得33%性能提升。此外D7-P5520還將被應(yīng)用于字節(jié)跳動(dòng)旗下火山引擎的企業(yè)級(jí)服務(wù)中。

審核編輯 ：李倩