前言

NAND閃存新領導者

SK海力士吸收了英特爾的閃存與SSD業(yè)務。Solidigm在2021年底成立，成為當前唯一同時掌握Charge Trap電荷捕獲結構和Floating Gate浮柵結構兩種當代3D NAND技術的公司。

Solidigm一名由Solid-state（固態(tài)）和paradigm（范式）兩個詞組合而成，取樹立固態(tài)存儲行業(yè)范式之意，目標是成為優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲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、高讀性能和高性價比特點的Floating Gate浮柵結構3D NAND閃存。

D7-P5520設計用于讀取密集型和輕型混合工作負載，D7-P5620設計用于混合工作負載，二者分別提供1 DWPD和3 DWPD耐久度指標。

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

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

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

D7-P5520和D7-P5620系列采用相同的NAND、固件及控制器，產(chǎn)品認證過程簡單高效，同時我們也可以通過為D7-P5520 7.68TB增加OP容量來模擬D7-P5620 6.4TB的表現(xiàn)。

測試平臺和信息識別

測試平臺：

CPU：intel Core i9-12900KS（關閉能效核，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）

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

某消費級PCIE4.0旗艦(對照盤)

OS：Windows 11 / Ubuntu 22.04 LTS

不同于很多企業(yè)級固態(tài)硬盤完全不支持ASPM節(jié)能，Solidigm D7-P5520同時支持ASPM L0s和L1節(jié)能。不過在測試中我們會將其禁用以完整展現(xiàn)其性能表現(xiàn)。

通過smartmontools可以看到，Solidigm D7-P5520擁有三種活動電源狀態(tài)。跟消費級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，用戶可以通過nvme-cli或Solidigm Storage Tool（SST）來管理其電源模式。

Solidigm Storage Tool同時提供了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、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)的詳細健康度信息。

通過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11瓦。

在限制功率的情況下，高隊列深度的隨機讀寫性能會受到比較明顯的影響，而QD1性能幾乎不變。

理論性能測試

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fio測試

CrystalDiskMark和fio分別是Windows和Linux平臺下最常用的硬盤性能測試工具。CrystalDiskMark最大可測試32GB的范圍，從簡單的對比來看D7-P5520似乎在大家關心的4K單線程隨機讀取性能上不占優(yōu)勢，實際上這是因為消費級SSD普遍利用SLC緩存障眼法來讓軟件測出SLC模式的讀取性能。

在Linux系統(tǒng)下通過填盤預處理之后，利用fio在全盤范圍內(nèi)測試4K隨機讀取，Solidigm D7-P5520可以獲得68.7MB/s的成績，而對照的消費級型號由于無法在全盤范圍內(nèi)利用SLC緩存作弊，4K隨機讀取速度就會現(xiàn)出60.8MB/s的原形，這才是二者實際隨機讀取性能的體現(xiàn)。

透過fio，我們還能了解SSD的QoS表現(xiàn)。下面這個測試是在填充全盤后進行。企業(yè)級SSD在隨機寫入性能一致性上的優(yōu)勢非常明顯。

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上面是以純讀取或純寫入方式進行的簡單測試，SSD在實際使用環(huán)境下面臨更復雜的混合讀寫情況，寫入會對同時進行的讀取性能產(chǎn)生影響。這里我們就不對消費級SSD進行對比測試了，因為后者完全達不到100MB/s的起步水平。根據(jù)Solidigm的數(shù)據(jù)，在以400MB/s進行4K隨機寫入的同時，D7-P5520 7.68TB的4K隨機讀取延遲低于800us，面對同類企業(yè)級固態(tài)硬盤擁有明顯優(yōu)勢。

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ezFIO腳本測試

ezFIO是經(jīng)NVM Express推薦的企業(yè)級SSD綜合測試，它是一個可重復進行的穩(wěn)定態(tài)性能測試腳本。在測試開始前有兩次全盤容量寫入的預處理階段，幫助模擬企業(yè)級SSD的長期性能。ezFIO同時支持Windows和Linux平臺，測試完成后可自動生成測試報告。以下成績在是Linux系統(tǒng)下搭配fio 3.28測得。

借助ezFIO測試腳本可以自動化測試更多內(nèi)容，如穩(wěn)定態(tài)下不同塊大小的順序/隨機讀寫性能：

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

Solidigm D7-5520 7.68TB實測穩(wěn)定態(tài)4K隨機讀取和隨機寫入性能：1113K/243K IOPS，超過標稱值的1100K/220K IOPS。

OP到6.4TB容量之后，4K隨機讀寫性能達到1115K/408K IOPS，寫入性能提升明顯：

長期性能穩(wěn)定性檢驗通過穩(wěn)定態(tài)隨機混合讀寫進行，根據(jù)平均IOPS和標準差計算得出變異系數(shù)，變異系數(shù)越低說明SSD在長期高負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IOPS為558583，變異系數(shù)2.93%。

D7-P5520 7.68TB穩(wěn)定態(tài)4K混合隨機讀寫延遲百分位分布：不同QD隊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，隨機讀寫延遲表現(xiàn)更為出色了：

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SNIA SSS PTS-E 2.0測試

SSS PTS的全稱為Solid State Storage Performance Test Specification，即固態(tài)存儲性能測試規(guī)范，它由SNIA存儲網(wǎng)絡行業(yè)協(xié)會制定，當前最新版本是2.0，包括針對企業(yè)級SSD的PTS-E規(guī)范以及針對消費級SSD的PTS-C規(guī)范。

PTS測試在設備而非文件系統(tǒng)級別進行，通俗的說就是SSD在沒有分區(qū)的狀態(tài)下進行。PTS測試的是SS（Steady State穩(wěn)定態(tài)）性能，而非FOB（Fresh-Out-of-the-Box開箱狀態(tài)即出廠態(tài)）表現(xiàn)。

為了使SSD達到穩(wěn)定態(tài)，PTS測試需要先執(zhí)行預處理，也就是我們常說的“填盤”：用隨機數(shù)據(jù)寫入全盤2倍容量。而后執(zhí)行一系列隨機寫入，穩(wěn)定態(tài)的判定方式為：檢查測試窗口中的4K隨機寫入、64K R65:W35混合隨機寫入和1024K隨機讀取三項成績，允許波動范圍+-10%，確認SSD已經(jīng)進入穩(wěn)定態(tài)后才會繼續(xù)后續(xù)測試。

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SSS PTS測試的內(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圖示三種形式進行展現(xiàn)。

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

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模擬實際應用測試

接下來是一些模擬實際應用的壓力測試內(nèi)容。

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VDBench測試

VDBench是甲骨文推出的存儲性能評估工具，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、VDI、VCI四種企業(yè)級應用負載的測試腳本，并將IOPS和延遲的關系制表。圖中橫軸為IOPS為IOPS（越高越好），縱軸為對應的延遲（越低越好）。iorate的原理是VDBench先以無限制的方式測一次IOPS，而后以其作為100%基準，按照curve參數(shù)中給出百分比的IOPS為目標測定延遲。我們測試了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測試數(shù)據(jù)模型中讀寫比例為83.14：16.86，其中4K、8K、16K讀取占比分別為22.1%、37.3%和19.12%，隨機存取占比80%。4K、8K和16K寫入占比分別為22.1%、37.3%和19.12%，隨機存取占比80%。Solidigm D7-P5520在這個讀取為主測試中表現(xiàn)很輕松，即便是限制到電源狀態(tài)1也沒有對成績產(chǎn)生特別明顯的影響。

Virtual Desktop Infrastructure測試數(shù)據(jù)模型中，讀寫混合比例為59.48：40.52。4K、16K、32K和64K讀取分別占比39.35%、16.47%、10.37%和12.86%，隨機存取占比80%。4K和8K寫入分別占比61.11%和13.05%，隨機存取占比80%。四種不同情況下的測試成績拉開了明顯差距，由于寫入占比提升，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測試數(shù)據(jù)模型中，讀寫混合比例為57.4：42.6。4K、8K、60K讀取占比分別為25.68%、26.31%和10.52%，隨機存取占比80%。4K和8K隨機寫入占比分別為59.62%和14.81%，隨機存取占比80%。在負載較低時，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)庫測試數(shù)據(jù)模型中，讀寫混合比例為68.42：31.58。8K和64K讀取占比分別為53.57%和28.75%，隨機存取占比80%。4K、8K和64K寫入占比分別為27.85%、35.24%和26.35%，隨機存取占比80%。限制電源模式1后的D7-P5520仍能達到無功率限制時性能的85%左右。增加OP預留空間容量能夠進一步性能表現(xiàn)。

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Aerospike Certification Tool測試

Aerospike是一款高性能分布式NoSQL數(shù)據(jù)庫。Aerospike Certification Tools（ACT）則是測試和驗證設備能否滿足該數(shù)據(jù)庫存儲性能需求的開源工具軟件。

ACT針對Aerospike數(shù)據(jù)庫的I/O模式進行建模，測量讀取和寫入混合負載期間的存取延遲?；A的1X負載為每秒2000讀取和1000寫入，Aerospike數(shù)據(jù)庫要求30X負載連續(xù)測試24小時，大于1ms響應時間的比例不超過5%、大于8ms響應時間的比例不超過1%、大于64ms響應時間的比例不超過0.1%方為合格。

通過30X只是Aerospike數(shù)據(jù)庫對SSD的一個基礎要求，相當于“最低配置”。我們通過修改配置文件大幅提高難度，驗證了Solidigm D7-P5520 7.68TB在300X讀取、150X寫入負載下的表現(xiàn)。

經(jīng)過24小時的壓力測試，讀取響應大于1ms的僅占0.03%，寫入響應大于1ms的占3%左右，仍符合Aerospike數(shù)據(jù)庫使用要求。

總結

D7系列是Solidigm企業(yè)級SSD中的性能優(yōu)化型號，在速度、耐用性和容量之間實現(xiàn)了完美平衡，能夠承載比D5價值優(yōu)化型號更高的混合與性能敏感型讀取工作負載。從固件優(yōu)化策略來看，D7-P5520更加注重數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級實際應用環(huán)境中的混合讀寫工況，尤其是常用隊列深度下的延遲表現(xiàn)。

D7-P5520的主控、NAND閃存、固件等關鍵組件完全由Solidigm掌控，第三方組件則經(jīng)過額外質(zhì)量檢查與全面的內(nèi)部驗證。增強型斷電保護設計防護突然斷電重啟對數(shù)據(jù)完整性的影響，端到端數(shù)據(jù)路徑保護能夠防止靜默錯誤對數(shù)據(jù)的破壞。

盡管對于Solidigm來說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)跳動的采用。Solidigm D7-P5520已經(jīng)于今年3月正式在字節(jié)跳動的服務器中上線部署，幫助字節(jié)跳動數(shù)據(jù)庫和云軟件定義存儲業(yè)務獲得33%性能提升。此外D7-P5520還將被應用于字節(jié)跳動旗下火山引擎的企業(yè)級服務中。

審核編輯 ：李倩