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D5與QLC
差不多是在十年以前，Intel重新為自家的CPU產(chǎn)品設(shè)計(jì)了命名方案，曾幾何時(shí)I3、I5、I7占領(lǐng)了我們的日常生活。這種友好的命名規(guī)則極大幫助了消費(fèi)者，特別是一些非專業(yè)用戶。人們只需要知道同時(shí)代的I7比I5好，I5比I3強(qiáng)就行了，而不必要去分辨那些諸如QX9650的復(fù)雜數(shù)字組合。
去年Intel把這套命名規(guī)則悄悄地搬到了SSD產(chǎn)品線上，從2018年下半年開(kāi)始發(fā)布的數(shù)據(jù)中心新產(chǎn)品都會(huì)被命名為D3、D5、D7等等
NAND經(jīng)過(guò)多年的演化已經(jīng)從SLC、MLC、平面 TLC變成了現(xiàn)在主流的3D TLC，而下一代QLC也逐漸登上了舞臺(tái)。這樣的演化使得NAND的容量越來(lái)越大，成本越來(lái)越低。但帶來(lái)的副作用則是擦寫次數(shù)及寫入性能的降低。
Intel在更早的時(shí)候也曾經(jīng)發(fā)布過(guò)基于QLC NAND的消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品660P。性能雖說(shuō)不敢恭維，但價(jià)格倒真的是夠便宜，大品牌的五年質(zhì)保也為其贏得了一部分用戶青睞。所以說(shuō)只要定位找得準(zhǔn)，即使性能不是那么的拔尖，也一樣能獲得不錯(cuò)的實(shí)際效果。
Intel把P4420/P4320這樣的QLC NVME SSD劃分為D5級(jí)別，如果拿CPU來(lái)類比的話這屬于中端產(chǎn)品定位。Intel給它們的評(píng)語(yǔ)是Large，Affordable，Reliable。
Large：巨大的。QLC和TLC相比多了一位來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，容量增加33%。所以Intel 數(shù)據(jù)中心級(jí)別 QLC NVME SSD的起步容量為7.68T，這在Intel產(chǎn)品線中只有P4510和P4610的最高容量能勉強(qiáng)摸到尾燈，更別說(shuō)15T朝上的尺子形狀的P4326了。
Affordable：便宜的。QLC能提供更低的每GB價(jià)格，在相同容量下可以為企業(yè)降低更多成本
Reliable：可靠的。這點(diǎn)可能會(huì)讓人產(chǎn)生質(zhì)疑，因?yàn)?/span>QLC的可擦寫次數(shù)要小于TLC。然而不要忽略一點(diǎn)，壽命不但與擦寫次數(shù)有關(guān)，還與容量有關(guān)。根據(jù)Intel官方給出的數(shù)據(jù)，在128K連續(xù)與4K隨機(jī)負(fù)載各占50%的情況下，P4420可以提供2DWPD的壽命（P4320為1DWPD），那么7.68T容量的盤即可提供高達(dá)28100TBW（P4320為14100TBW）的寫入壽命。而3D TLC產(chǎn)品P4510也只不過(guò)是13.88PBW
不是隨便一款SSD都能被稱為數(shù)據(jù)中心級(jí)，Intel把這樣的一款QLC產(chǎn)品送進(jìn)數(shù)據(jù)中心，想必也經(jīng)歷過(guò)千錘百煉。被視為洪水猛獸，避之尤恐不及的QLC，在Intel這樣的行業(yè)巨頭調(diào)教下究竟能迸發(fā)出多少能量，今天我就來(lái)測(cè)試一下
大容量與高冗余
這次我們測(cè)試的是Intel基于3D QLC NAND的數(shù)據(jù)中心SSD——D5-P4420。當(dāng)然他還有一個(gè)兄弟款D5-P4320，從官方給出的參數(shù)看來(lái)幾乎只有寫入壽命的區(qū)別。但實(shí)際上到底是怎樣，我們也將在不久之后為大家奉上
截止目前Intel D5-P4420還僅有一種容量——7.68T
接口則是采用U.2這種在數(shù)據(jù)中心比較常見(jiàn)的存儲(chǔ)接口
背面則是和Intel其他的U.2盤一樣做了增加散熱面積的突起式設(shè)計(jì)
邊上也貼有型號(hào)貼紙
盤體外面的螺絲一共有兩個(gè)，都隱藏在正面貼紙下面
拆開(kāi)盤體后可見(jiàn)D5-P4420是雙PCB設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)的好處是可以在有限的空間里容納更多的NAND。缺點(diǎn)則是靠中間的那兩面無(wú)法享受到外殼的散熱福利
主控的Spec Code是SLLWY，暫時(shí)還沒(méi)有關(guān)于這款主控的詳細(xì)資料
閃存編號(hào)為29F02T2AMCQH2，這是一款單顆4Tb（512GB）的3D QLC顆粒。全盤共24顆，容量總計(jì)12288GB。最終成品容量?jī)H為7.68T，也就是說(shuō)有相當(dāng)之多的OP空間，這么做也是夠奢侈的了。
緩存采用鎂光的DDR4顆粒，單顆8Gb（1GB），全盤總計(jì)10顆。按照一般產(chǎn)品的邏輯每1TB的NAND會(huì)搭配1GB的DRAM做緩存，而D5-P4420用了十顆，想必是和ECC內(nèi)存一樣在DRAM上也做了冗余。
電源管理芯片是IDTP78，這個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)在Intel企業(yè)級(jí)（數(shù)據(jù)中心級(jí)）SSD上，算是久經(jīng)考驗(yàn)的成熟解決方案了
完整掉電保護(hù)方案的電力來(lái)自于這顆尼吉康1300uf大電容
Windows下正常識(shí)別
格式化之后實(shí)際容量為6.98T
出廠態(tài)與穩(wěn)定態(tài)
全球存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會(huì)（SNIA）將SSD的寫入性能狀態(tài)分為三個(gè)階段
FOB：出廠態(tài)。一般指全新盤的狀態(tài)，當(dāng)然也有一些方式讓舊盤也能恢復(fù)出廠態(tài)，比如Secure Erase。這個(gè)狀態(tài)是SSD性能最強(qiáng)的階段，如何盡可能的提升出廠態(tài)的性能以及延長(zhǎng)出廠態(tài)的持續(xù)時(shí)間也是消費(fèi)級(jí)SSD最重點(diǎn)優(yōu)化的方向之一
Steady State：穩(wěn)定態(tài)。指SSD經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期負(fù)載使用，數(shù)據(jù)寫入與垃圾回收達(dá)到相對(duì)平衡時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)是SSD最真實(shí)的性能表現(xiàn)，也是企業(yè)級(jí)的重點(diǎn)考察范圍。所以這部分的性能是企業(yè)級(jí)(數(shù)據(jù)中心級(jí))SSD重點(diǎn)優(yōu)化的方向
Transition：過(guò)渡期。指從出廠態(tài)到穩(wěn)定態(tài)的過(guò)渡階段，如何從出廠態(tài)平滑的過(guò)渡是這個(gè)階段的重點(diǎn)
而我們平時(shí)看到的以AS SSD和CDM為首的測(cè)試工具都是針對(duì)SSD出廠態(tài)性能進(jìn)行的測(cè)試，適合家用廠家，但并不能反映企業(yè)級(jí)（數(shù)據(jù)中心級(jí)）SSD的真實(shí)性能
可以看到P4420在這兩款測(cè)試工具中的表現(xiàn)不如現(xiàn)在的中高端NVME SSD。這是企業(yè)級(jí)（數(shù)據(jù)中心級(jí)）SSD不同優(yōu)化策略所導(dǎo)致的
我們采用IOMETER這樣的測(cè)試方式對(duì)SSD進(jìn)行持續(xù)的高強(qiáng)度寫入才能看到穩(wěn)定態(tài)的情況
可以看到P4420在NTFS文件系統(tǒng)下，使用QD32 4K隨機(jī)寫入大約13000秒之后進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)。并且其在出廠態(tài)時(shí)性能擺動(dòng)巨大，而進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)之后波動(dòng)大幅收窄，這也能夠看得出來(lái)P4420作為數(shù)據(jù)中心SSD重點(diǎn)的優(yōu)化方向
128K連續(xù)寫入離散度
SNIA標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試
為了探究企業(yè)級(jí)（數(shù)據(jù)中心級(jí)）SSD的真實(shí)性能，SNIA的PTS為我們制定了了標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試流程。我這次的測(cè)試也完全按照標(biāo)準(zhǔn)流程走下來(lái)。下面將分別測(cè)試D5-P4420的IOPS、吞吐量、延遲。
測(cè)試平臺(tái)如下：
CPUIntel XEON W-3265主板SuperMicro X11SPA-T內(nèi)存Micro DDR4-2933 RDIMM 16G*6操作系統(tǒng)CentOS 7.6 1810 X86_64測(cè)試軟件FIO 3.14
測(cè)試SSD信息如下：
品牌Intel型號(hào)D5-P4420容量7.68T序列號(hào)BTLL9051069B7P6FGN固件版本3DV10110
IOPS測(cè)試
準(zhǔn)備工作——關(guān)閉設(shè)備寫入緩存，設(shè)置測(cè)試Queue Depth=32，Thread Count=4
預(yù)熱——執(zhí)行Secure Erase，然后以Block Size=128KiB持續(xù)寫入兩倍SSD容量
開(kāi)始——隨機(jī)讀寫比率分別設(shè)置為100/0，95/5，65/35，50/50，35/65，5/95，0/100共七種，每種讀寫比例均使用1024KiB，128KiB，64KiB，32KiB，16KiB，8KiB，4KiB，512B共八種不同尺寸的數(shù)據(jù)塊。每種數(shù)據(jù)塊執(zhí)行一分鐘，每輪測(cè)試總計(jì)7*8=56分鐘。然后重復(fù)上述動(dòng)作最多25輪
記錄——記錄每個(gè)讀寫比例的每個(gè)數(shù)據(jù)塊在一分鐘內(nèi)的平均IOPS，以4K 100%寫入作為判定是否進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)的依據(jù)，若連續(xù)5輪的4K 100%寫入IOPS都未超過(guò)平均值的正負(fù)10%即視為進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)
不愧是Intel的數(shù)據(jù)中心級(jí)產(chǎn)品，D5-P4420在第一個(gè)回合即進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)。雖然如此，但也可以看到第一輪和第三輪的波動(dòng)比較大，幾乎是壓在及格線上，但好歹也算是通過(guò)了
其他大小的數(shù)據(jù)塊IOPS收斂至穩(wěn)定態(tài)的結(jié)果圖
IOPS測(cè)試結(jié)果圖表
這項(xiàng)測(cè)試的目的是模擬最嚴(yán)苛的環(huán)境，從而探求這款SSD的性能底線在哪里，給用戶一個(gè)保底選項(xiàng)供參考。而在實(shí)際使用過(guò)程中幾乎是不會(huì)達(dá)到這樣變態(tài)的環(huán)境的，換句話說(shuō)完全不用擔(dān)心日常環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)比這個(gè)測(cè)試還要低的性能。
Intel P4420 7.68T在穩(wěn)定態(tài)下QD32 4K隨機(jī)寫入IOPS約為58919，這比官方給出的35000要高出很多。這樣的反向虛標(biāo)也體現(xiàn)出了Intel對(duì)于自家首款企業(yè)級(jí)QLC產(chǎn)品的謹(jǐn)慎。
而QD32 4K隨機(jī)讀取IOPS僅有67172，這并不是一個(gè)很好的數(shù)據(jù)，大概相當(dāng)于中檔SATA企業(yè)盤。其原因在于這項(xiàng)測(cè)試采用不同數(shù)據(jù)塊以及不同寫入比例持續(xù)高壓態(tài)勢(shì)，使得主控疲于應(yīng)付這種隨機(jī)請(qǐng)求，主控資源幾近枯竭。此時(shí)的性能瓶頸已經(jīng)不再是QLC，而是主控。如何在這種極端環(huán)境下合理調(diào)配讀取和寫入的資源，這就是要由固件所決定的了。顯然P4420的固件在此時(shí)選擇了優(yōu)先寫入，所以就只能在一定程度上犧牲讀取性能了。
吞吐量測(cè)試
準(zhǔn)備工作——關(guān)閉設(shè)備寫入緩存，設(shè)置測(cè)試Queue Depth=32，Thread Count=1
預(yù)熱——執(zhí)行Secure Erase，然后以Block Size=1024KiB持續(xù)寫入兩倍SSD容量
執(zhí)行——順序讀寫比例設(shè)置為100/0，0/100共兩種，每種讀寫比例都使用1024KiB數(shù)據(jù)塊執(zhí)行一分鐘，每輪測(cè)試總計(jì)2*1=2分鐘，然后重復(fù)上述動(dòng)作至多25輪
P4420在順序讀寫中表現(xiàn)出的穩(wěn)定性顯然是要強(qiáng)于隨機(jī)讀寫，連續(xù)五輪幾乎沒(méi)有什么波動(dòng)
在吞吐量上順序讀取達(dá)到2977MB/S，這是主流NVME的水平，也基本打到官方標(biāo)注的參數(shù)。順序?qū)懭雱t達(dá)到了1036MB/S，大概是中小容量3D TLC的水準(zhǔn)，這對(duì)于一個(gè)QLC SSD來(lái)說(shuō)算是一個(gè)不錯(cuò)的成績(jī)了，畢竟寫入是QLC的一大短板。
延遲測(cè)試
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