读懂固态硬盘”黑话” 一文成大师,从此不懵逼
一些厂商的宣传资料中,NVMe固态硬盘比SATA固态硬盘理论速度快5.3倍,但从SATA升级到NVMe固态硬盘后就会发现性能提升根本没有这么大,甚至还不如从机械盘升级SATA固态硬盘时的明显畅快感提升。这是为什么呢?
相信很多朋友在看专业固态硬盘评测的时候都会感到懵逼,专业术语太多了,对于普通读者来说就是在玩弄文字一般,很难从评测中得到有价值的信息。
持续读写、连续读写、顺序读写
这三个词在SSD评测中都有出现,存储极客更愿意用持续读写这个词汇。它指的是硬盘多个读写指令所包含的位置信息是连续的。当然对于固态硬盘来说,实际存储位置和逻辑地址没有关联,但是持续读写通常单次访问的区块较大,所以依然能从中获得益处。通常持续读写都是128K或更大区块的操作,AS SSD Benchmark中的持续读写使用的是16MB区块进行测试:
随机读写、队列读写
与持续读写相对应的就是随机读写了,随机读写就像是东一竿子西一棒子地访问数据,由于随机读取的情况下数据不能预取,效率相比持续读写大幅下滑。而且随机读写通常使用以4KB为代表的小区块进行,这就使得它本身带宽数值提不起来,有些时候会使用IOPS(Input/Output Per Second每秒输入输出次数)来表达。
随机读写经常还牵涉到队列读写的概念,队列读写就是有多个程序同时请求不同随机位置的数据读写,虽然访问方式更为复杂,但固态硬盘多被设计为能够胜任此项工作,队列读写的性能往往会大幅优于单线程的随机读写,问题在于你的程序是否有能力进行并发运行,同时发出多个读写请求。
到底哪个参数影响实际使用的感受?
如果硬盘是用来拷贝电影,它的使用模式接近于持续读写。如果硬盘用作数据库服务器,它的使用模式接近于随机读写。而家用电脑的使用模式非常多变,可以说是混杂有持续和随机多种可能。
很多用户并不清楚自己的需求有多高,这是非常现实的问题。所以固态硬盘厂商乐衷于让用户尽可能买更高端的型号,以获取更大的利润。理论上NVMe固态硬盘的持续读写速度比SATA固态硬盘高4倍,但这是在128KB区块,32队列深度情况下测得的数据,实际家用电脑难遇这样的并发度。
理论上NVMe固态硬盘的随机读写性能也达到SATA固态硬盘的4-6倍,SAS服务器硬盘的2倍,不过这个数据需要QD128队列深度来实现,而从Windows资源管理器中能够很轻松的发现,家用电脑硬盘的队列深度通常时间内低于4,NVMe固态硬盘的优势得不到充分发挥。
即便是企业级应用也会有大不同,常见的有读取敏感型、写入敏感型、混合型以及视频点播型等。下图是在某固态硬盘中测试不同应用负载模型下,存储带宽随运行时间的变化。由于企业级应用下固态硬盘得不到充分休息,性能在各种应用模式下几乎都存在衰减,而读取敏感型应用几乎不掉速。
这里测试的读取敏感模型是100%的512字节持续读取,用最小区块数据读取来考察硬盘响应速度。写入敏感模型使用100% 4K随机写入,性能衰减最为明显。混合模型使用8K随机区块,65%读取35%写入。视频点播模型使用持续128K混合读写,90%读取中夹杂有10%写入操作。
读取敏感模式考察延迟,写入敏感模型考察闪存垃圾回收效率,混合模型考察主控QOS策略,各有各的特点。不幸的是以上这些情况都不适用于家用电脑。
大家在考察一个固态硬盘的时候应该尽可能获取它的PC Mark 8存储测试成绩,它是当前最能体现一块固态硬盘在家用环境实际使用感受的指标。下图是东芝TR200 240G固态硬盘的测试成绩:
TR200是东芝去年下半年推出的3D闪存固态硬盘,根据PC Mark 8存储测试的成绩,我们将这块500元左右的SATA固态硬盘与接近1万元的高端2TB NVMe固态硬盘做个对比,看看在玩游戏的时候20倍的差价能带来什么不同:
SATA到NVMe的5倍提速并不存在,实际家用中变化百分比最高也就个位数的水平。家用固态硬盘能买到稳定性、兼容性和售后方便就可以了。当然这三点也并不是非常容易做好的,尤其对于那些自身没有研发能力,只扮演贴标签角色的贴牌厂商来说更是这样。
英特尔与美光联合开发的3D XPoint被称为闪存技术出现几十年来的最大革命性进步。凭借超低的延迟和无需擦除直接写入的特性,3D XPoint成为制造固态硬盘乃至内存条的理想存储介质。
去年,英特尔已经成功将3D XPoint闪存应用于固态硬盘产品当中,新产品被命名为傲腾系列,已发布的产品的包括企业级的DC P4800X、消费级的900P以及入门缓存产品“傲腾内存“。
不过初代”傲腾内存”谈不上成功,它并不是真正意义上的DRAM内存,而仅仅是一个给机械硬盘加速的缓存盘,本质上和900P一样是一块PCIE NVMe固态硬盘。拥有纯正血统的傲腾DIMM内存条最近再次得到曝光。令人意外的是它是出现在联想的ThinkSystem SD650服务器宣传资料中。SD650的一个特点在于使用了全机水冷,水温最高45摄氏度,能够在1U空间内支持4个240瓦处理器以及相关其他设备的冷却需求。
在这些资料中联想意外透露了3D XPoint内存条的一些信息,比如它的发热量较普通DDR4 DRAM内存高三倍左右,依据工作负载的不同,功率在15到18瓦之间,与当前旗舰级NVMe固态硬盘的发热量相当,考虑到内存条狭小的工作环境,势必需要特别的散热设计才能不像普通NVMe固态硬盘那样轻松烧开水。
从下图看到,3D XPoint内存条还会比普通DDR4内存厚度更大一些,这一点同样需要特别设计的内存槽才能兼容。当然,耐久度方面的考虑也可能是3D XPoint内存条延迟上市的原因之一。
目前联想SD650服务器对3D XPoint内存条的支持也是前瞻性的,至少到明年之前我们不会看到真正的3D XPoint内存条面市,至于家用市场,恐怕最早也是第十代酷睿平台才有机会用上了。