PCEVA,PC绝对领域,探寻真正的电脑知识
开启左侧

TLC能力加QLC价格:Solidigm D5-P5430评测

[复制链接]
Essence 发表于 2023-6-19 10:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
点击数:7397|回复数:2
产品介绍
前段时间在Solidigm D5-P5316的帮助下,计算圆周率100万亿位数的世界纪录被刷新,新纪录的计算效率达到之前的三倍。我们一方面能够感受到SSD对高性能计算的影响,另一方面也看到QLC已经在数据中心中得到广泛采用。今天PCEVA评测的是使用Solidigm第四代QLC闪存的D5-P5430 15.36TB数据中心级SSD。


作为QLC闪存产品,D5-P5430延续大容量高密度优势,最大存储容量可达30.72TB。写入耐久度指标从0.41 DWPD提升至0.58 DWPD,同时提供U.2、E1.S和E3.S多种丰富的规格选项。



相比前面提到的D5-P5316,采用Solidigm第四代192层堆叠QLC闪存的D5-P5430在性能和写入耐久度表现上更进一步,定位也从“高效和读取优化的PCIe 4.0 SSD”提升为“高效和坚固耐用的PCIe 4.0 SSD”,适合的工作负载类型不再局限于顺序读写,而是可以满足更加广泛的主流和读取密集型工作负载。



读取密集型SSD通常提供1 DWPD的写入耐久度指标,D5-P5430虽然在DWPD上仍有一些差距,但更高的存储容量可以弥补这一不足,并在PBW指标上超越一些采用TLC闪存的竞争对手。与此同时,D5-P5430还可在主流应用中提供媲美TLC闪存产品的使用性能,帮助优化总拥有成本(TCO)。



硬件拆解
Solidigm成立于2021年底,名称由Solid-state(固态)和paradigm(范式)两个词组合而成,取树立固态存储行业范式之意,是当前唯一同时掌握Charge Trap电荷捕获结构和Floating Gate浮栅结构两种当代3D NAND技术的公司。相比去年评测时依旧带着英特尔标签的D7-P5520,这次我们收到的D5-P5430样品已经完全换上了Solidigm标签。


当然这个U.2外壳的结构还是一点没变,包括螺丝和卡扣设计还是过去那个已经被证明是非常合理的方式。


Solidigm D5-P5430使用了D5-P5520同款主控,这颗主控在洛斯阿拉莫斯国家实验室的中子源经过SDC(Silent Data Corruption静默数据损坏)测试。所谓静默数据损坏,就是未被ECC纠错机制捕获的、无法在第一时间被发现的错误,到数据需要使用时才被发现,即便有RAID阵列也不一定能修正。前几年就曾有国内云存储大厂因SDC丢失客户数据并招致巨额索赔。


静默数据损坏通常是偶发性事件,可由一些射线或环境影响引发比特翻转所产生。Solidigm的SDC测试通过将中子束聚焦在主控中心来进行,SSD内预先填充了数据,测试过程中主控连续发出I/O指令。实验室会检查数据完整性来确认有无静默数据损坏。Solidigm已经在数代产品中采用了这种测试程序,累计测试时间相当于超过600万年运行寿命,期间没有发现任何SDC错误,可见其对数据完整性的保护非常到位。

Solidigm第四代192层堆叠3D QLC闪存基于Float Gate浮栅结构,由位于大连的晶圆厂制造。Solidigm LOGO靠近颗粒边缘,正面是8颗编号为29F04P2BNCQL1的QLC闪存颗粒(4die 4CE),PCB背面另有8颗编号为29F08P2BOCQL1的QLC闪存颗粒(8die 8CE)。


测试平台和工具软件
测试平台:
CPU:intel Core i9-13900KS(禁用C State)
主板:ROG MAXIMUS Z690 HERO
内存:金士顿DDR5-6000 16GB*2
SSD:Plextor M6Pro 128GB(系统盘)
        Solidigm D5-P5430 15.36TB(FW:6CV10100)
OS:Ubuntu 22.04 LTS

对于习惯使用GUI图形界面的朋友来说,GSmartControl可以在Linux系统下替代CrystalDiskInfo,作为硬盘SMART健康信息检测工具使用。遗憾的是这款软件至今不支持NVMe SSD。



功能全面的smartmontools工具只有CLI命令行版本可用,我们在Windows下也经常会用到它,应该也比较熟悉了。它能够提供过热温度预设、电源状态、扇区格式支持情况和SMART健康度等信息。


从NVMe 1.1开始,SSD可以支持3种活动电源状态和2种非活动电源状态,消费级SSD可以在空闲时自动进入非活动电源状态(PS3/PS4)实现节能降温。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,PS0全速状态最大功耗25瓦,PS1状态限制15瓦,PS2状态限制10瓦。


我们可以通过Solidigm Storage Tool工具箱来指定D5-P5430的电源模式,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则限制到10瓦功耗。



和消费级SSD崇尚“足容”设计不同,大多数数据中心SSD都设计有二级OP预留空间。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的工具箱软件增设三级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预留空间后的可用容量。



理论性能测试
Linux下的硬盘性能测试工具大多离不开fio,这款软件功能强大但使用起来有一些门槛。


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,它在底层调用fio执行了类似于CrystalDiskMark的理论带宽测试项目。


当然二者还是略有不同,CrystalDiskMark结果显示峰值速度,而KDiskMark则显示平均值。这类测试由于缺乏预处理过程,只适合消费级SSD快餐跑分。数据中心SSD的稳定态性能测试还是需要回归到fio。

2.GFIO测试
GFIO为fio提供了一个图形化界面,不过配置文件还是需要提前动手写好,然后在GFIO中加载。GFIO会每秒刷新显示测试过程中的传输带宽和IOPS数值。首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,百分位延迟统计等等。



为了提供更出色的QoS表现,数据中心级SSD不会像消费级SSD那样使用SLC缓存。增加OP也不会对顺序写入速度产生明显影响。



接下来进行4KB Q64T4随机写入,持续8小时,使SSD进入稳定态。


预处理过程产生了30TB写入量。

测试初段的高速写入对应的是OP预留空间内的空白块,当增设三级OP后这部分可以直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的离散图需要设置对数坐标轴才能看清,数据中心级SSD的离散度要好很多,可以省去这一步骤直接看。


4KB随机写入QD1测试,ramp_time=300秒,runtime=900秒。注意这里测出的随机读取性能是全盘范围内的闪存直接读取性能,不能跟平时我们在消费级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微秒,第99.99百分位延迟为178微秒,这意味着99.99%的延迟都低于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脚本测试
ezFIO是一个可重复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阶段,帮助模拟企业级SSD的长期性能。ezFIO同时支持Windows和Linux平台,测试完成后可自动生成测试报告。以下成绩是在Linux系统下搭配fio 3.31测得。


借助ezFIO测试脚本可以自动化测试更多内容,如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合读写进行,根据平均IOPS和标准差计算得出变异系数,离散系数越低说明SSD在长期高负荷使用后的性能越稳定,越不容易产生程序需要等待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存储网络行业协会制定,当前最新版本是2.0,包括针对企业级SSD的PTS-E规范以及针对消费级SSD的PTS-C规范。


PTS测试在设备而非文件系统级别进行,通俗的说就是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,稳定态的判定方式为:检查测试窗口中的4K随机写入、64K R65:W35混合随机写入和1024K随机读取三项成绩,允许波动范围+-10%,确认SSD已经进入稳定态后才会继续后续测试。

SSS PTS测试的内容包括512字节、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混合读写比例下的稳定态IOPS,并以数据表格、2D和3D图示三种形式进行展现。




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获得大幅提升:




模拟实际应用测试:
VDBench是甲骨文推出的存储性能评估工具,能够支持去重和压缩等特性。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数据库、VSI、VDI四种企业级应用负载。图中横轴为IOPS为IOPS(越高越好),纵轴为对应的延迟(单位微秒,越低越好)。iorate的原理是VDBench先以无限制的方式测一次IOPS,而后以其作为100%基准,按照curve参数中给出百分比的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,两条曲线基本重合,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后可以极大地提升最高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,读取性能跟入门级SSD相当,QLC SSD在CDN、大数据、HCI等行业典型工作场景得到了广泛的部署和价值证明。采用192L 3D QLC闪存的Solidigm D5-P5430使用4KB间接单元,将使用范围扩展至AI、机器学习、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、容量和成本之间的权衡中,为价值驱动的主流数据中心应用提供了更优的选择。


本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
yhhuada66 发表于 2023-6-19 22:02 | 显示全部楼层
企业级的ssd测试起来很复杂呀,看得眼晕,,
tulei 发表于 2023-6-20 11:35 | 显示全部楼层
感觉性能比国产大普微的那个slc闪存的企业固态硬盘差远了,QLC再怎么说性能还是不如SLC闪存,只有性价比高是优点。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部