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SuperSSD私享会:别开玩笑了,你还在用硬盘?
作者: 崔昊 2017-11-06 15:44 【WatchStor】

仅仅在三年前,人们还在犹豫如何在1~2TB的传统硬盘和128GB~256GB的SSD之间进行选择,相对于后者极高的性能,当时SSD较低的容量和极高的价格使其处于劣势,因此,最终胜出的往往是容量更大、价格更便宜的传统硬盘。

但现在,没有人这么想了,2014年时,SSD在消费级市场的渗透率刚刚超过10%,2015年这一数字就超过了25%,在刚刚过去不久的2016年,根据市场调查显示,SSD在消费级市场的渗透率已经高达50%--这一数字甚至也许低估了SSD的渗透率,如果现在去问消费者如何选择SSD或HDD,他们的第一个答案在大部分情况下都是SSD,然后……可以再加上一个4TB的HDD做个备份?

甚至于在高端电竞玩家、工作站使用者和高端PC/笔记本电脑用户那里,还流传着这样一个段子:

贴主:我刚才一直在到处找我的2TB硬盘,因为我实在是太想吃核桃了,我需要它用来砸核桃,但是我到处都没有找到,一个多小时了,请大家帮忙想想我可能把它放到哪里去了?肯定没有扔掉,在线等,挺急的。

答:楼主,你去看看,是不是又把你的2TB硬盘拿去垫桌脚了,上次你就发帖问过一次了!

段子终归是段子,玩笑自然是玩笑,但是SSD近年来在市场上的渗透率之高有目共睹,事实上,2014年同样是企业级数据中心市场的"闪存元年",分析机构IDC针对全球SSD市场的预测和分析当时指出,2014年时有51%的数据中心将闪存部署作为提高I/O性能的方式,在当时开始计算的未来12个月内,其余49%的数据中心也计划考虑采用闪存,而且,从2014年开始,直到2018年,企业级SSD在数据中心的部署将增长27%。

消费者和企业用户:别只盯着SSD的性能

一般来说,无论是消费级市场、商用市场还是企业级数据中心,选择SSD的主要原因,都是看中了SSD的高性能、低延迟特点,将其用作在性能和延迟方面取代HDD的替代品,这自然是最直接的选择:以三星最新的(基于NVMe标准的PCIe SSD)2TB 960PRO SSD为例,其复制3GB系统文件所用时间仅仅7.06秒,8GB单一文件仅需6.5秒,在TxBENCH测试下,2TB三星960PRO SSD读取达到3457.1MB/s,写入达到2141.2MB/s。4K读取为52.2MB/s,写入为189.6MB/s。

怎么会有HDD能够达到这样的性能测试水准?所以,从性能和延迟角度看待SSD对HDD的取代自然没有任何问题,但实际上,选择SSD还有其他更多的原因可以做为考虑因素。

第一,SSD更节能,更省电,两者在待机功耗上基本处于同一水平,但是在高负载甚至是全负载状态下,SSD的功耗与HDD的功耗相差超过50%,像是三星1TB 960EVO SSD的最大功耗仅为8.58W,平均功耗仅为5.7W(500GB版本为5.4W),无论是否考虑其所带来的3200MB/s的顺序读和1900MB/s的顺序写性能,它的功耗都是非常低的;

第二,SSD的平均无故障间隔时间(MTBF)表现比HDD更好,后者受限于机械原件的限制,对温度、灰尘、震动、电流变化等影响非常敏感,很容易因为各种原因导致故障,但对于SSD来说,"完全的半导体产品"对这些因素都更加不敏感,像是三星几年前推出的120GB的850 EVO,MTBF已经可以达到1,500,000小时,这已经让企业级HDD望尘莫及了;

第三,对许多规模化用户来说,重量是一个令人头疼的问题,越重意味着承重结构和地板就需要更好的承重能力,而遇到移动搬迁的问题时,就更是一个"考验肌肉和荷尔蒙"的时刻,2.5英寸SSD固态盘的单盘容量最大已经可以达到16TB的水平,重量仍然可以保持在100g以下,而常见容量的SSD固态盘的重量则只在7、80g左右(当然,PCIe SSD卡的重量会较高),相较而言,传统2.5英寸磁盘的的重量仍然维持在200g的水平上,容量则最高仅为2TB。

在这里我们要做一道简单的数学题:在一台2U高度24盘位的存储系统中,采用全闪存配置或全磁盘配置,两者之间在容量(裸容量)上最多相差约334TB,在重量上相差(单盘约120g)约3公斤,如果将其推算到一个完整的46U机柜,这一数字的差距将被放大数十倍,闪存和磁盘之间的差距可想而知。

第四,针对商业用户和企业用户来说,有一件事情往往被忽略:磁盘的损坏是随机的,即使在企业级存储系统日益完备的管理软件的密切关注下,数据中心的管理者仍然要面临不可预知的磁盘崩溃问题,但SSD是透明可控的:

SSD的寿命的减少是可见、可控的,通过SSD闪存盘自身控制器及全闪存阵列控制器可以分别在单一盘片内部和存储系统全局进行"磨损均衡""分布式写入"等技术实现,避免闪存的寿命问题因为密集写入而集中爆发。此外,每一块SSD固态盘在出厂时都会预留损耗空间,用以弥补因为长期损耗而丢失的闪存块,这在一定程度上保证了长期的容量可用性。

知其然,更要知其所以然,SSD如今有哪些"黑科技",不仅使其大放异彩,更让SSD处在不断进化的道路上?又有哪些是我们需要在采购--无论是消费领域、商用还是数据中心--时可以留意的?

让SSD不断进化的"黑科技"

提到SSD这几年来的进化,就不得不提到3D NAND Flash,顾名思义,3D就是相对原有的SLC、MLC的2D平面NAND方式而言的,简单理解,就是把原有"平面"平铺的NAND Flash方式,改为多层堆叠的方式,这样一来,在有限的面积里通过更高、更多层数的设计,存储更多的数据。

3D NAND Flash最早量产是在2013年,是三星的24层(MLC)3D NAND Flash(三星称之为V-NAND),2014年下半年三星在西安新建工厂专注于生产32层(同样是MLC)3D V-NAND,2015年则开始将32层 TLC 3D V-NAND用于三星的850 EVO SSD产品,可以看出3D NAND Flash的技术迭代有多快,基本上每年都有新的技术被应用于生产线。

实际上,2015年三星已经开始量产48层3D V-NAND芯片,在2016年市场上销售的三星Portable SSD T3中,我们已经能够看到2015年8月每个Die容量为256Gb(32GB)的48层 3D V-NAND TLC闪存颗粒。当然,受益于48层堆叠技术的还有850 EVO系列SSD,2016年这一产品就已经将最高容量提高到了4TB(搭配三星自家的三核控制器S4LP052X01-8030)。此外要说一句题外话的是,48层堆叠3D V-NAND(TLC)的性能和可靠性是确信无疑的--通过苹果认证--它正在独家供应新iPhone 256GB容量机型所需的NAND Flash。

如今已经是2017年,2016年夏天三星正式发布了第四代3D V-NAND技术,即3D V-NAND V4,虽然与此前东芝的新产品同样是64层3D NAND Flash,但三星宣布其容量达到东芝当前宣称的一倍,即512Gb,IO速度达到800Mbps(依靠64层堆叠单Die 512Gb的第四代V-NAND,三星新的PM1643 SSD的容量可以达到惊人的32TB)。

在企业级市场,2016年年初,三星就已经开始向数据中心用户出货15.36TB的PM1633a SSD(32颗512GB@48层3D V-NAND闪存),采用12Gbps SAS接口(16GB超大RAM),能够在生命周期内经受每日全盘写入、配备了"一个高度可靠的元数据保护机制"、并且提供了一款数据保护与恢复实用程序,以帮助系统管理员在短暂的电力中断后恢复数据。除此以外,在数据中心市场,三星的PM963、PM863a/SM863a(SATA接口)也都是非常常见的产品,可以满足数据流量的巨大增长对7x24小时运行以实现更快的速度并节省运营成本的数据中心提出了严峻的要求。

不过,要说企业级市场的"大魔王",还得是三星在去年全球闪存峰会上展示的PM1725a/PM1725 PCIe NVMe SSD:持续读、写性能分别为6300MB/s和2600MB/s,随机读IOPS和随机写IOPS则为1000k IOPS和180k IOPS(在大部分企业级客户的应用场景下,对随机读性能的提升更为迫切),DWPD(每日整盘写入次数)高达5次,可见耐擦写性表现极好。

当然,除了3D NAND Flash,加速近年来SSD技术升级和普及的,还不得不提PCIe NVMe协议,这是一个完全不同于AHCI(英特尔所主导的一项技术,可以发挥SATA硬盘的潜在加速功能,但不适用于SSD,属于HDD时代的技术)的协议,它允许SSD发现是由主机的硬件和软件充分利用并行性水平。减少了I/O架空带来改进以前的逻辑设备的接口,包括各种性能的比较多,长命令队列,并减少延迟。

对于SSD来说,AHCI一直是限制其性能发挥的重要因素之一,即使是使用PCIe接口,使用AHCI的SSD性能也无法得到充分发挥,所以就有了NVMe:

1、NVMe的延迟更低,低延时和良好的并行性的优势就是可以让SSD的随机性能得到大幅度提升,在任何队列深度下都能发挥出极佳的速度;

2、NVMe也大大的提升了SSD的IOPS性能,在制定AHCI规范时并行性的想法并没有完全融合到规范内,利用NCQ功能可以对传输能力进行优化,但是接口并不允许SSD真正最大限度地发挥其应有的并行性。

3、功耗更低,NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能,设备从能耗状态0闲置50ms后可以迅速切换到能耗状态1,在500ms闲置后又会进入能耗更低的状态2。此外,NVMe标准也解决了不同PCIe SSD之间的驱动适用性问题。

让我们回头来看下小飞机的1TB 三星960 EVO的性能:4KB随机读(QD32,下同)为380k IOPS,4KB随机写是360k IOPS,与之对应的性能更高的2TB 三星 960 PRO的这两项指标则可以达到更为惊人的440l IOPS和360k IOPS--3D V-NAND + Samsung Polaris控制器 + 持续更新的官方NVMe驱动程序 = 令人惊叹的性能"怪兽"。

额外说一句的是,三星在消费级市场推出的最新的960 PRO和960 EVO现在都是采用PCIe 3.0 x4、NVMe协议以及M.2 2280规格(一种体积很小规格),对于用户来说,称得上是"小身子,大力气"。当然,也不是人人都买得起960 PRO或960 EVO这样的PCIe NVMe SSD,所以像是三星的850 EVO、850 PRO这样的SATA SSD凭借着更好的容量价格比,还是有很大的"群众基础"的。说到这里,倒是可以来看看近期市场上的一些企业级和消费级SSD产品推荐。

2017年企业级用户数据中心SSD推荐

PM1725a / PM1725,三星乃至企业级数据中心领域SSD当之无愧的"大魔王",前面已经说过,4KB随机读性能高达1000k IOPS,DWPD高达5次。PM1725a / PM1725的控制器在映射不良数据块、读/写数据缓存、错误检查和校正(ECC)等方面都进行了强化和改进,可以说,它拥有当前最强的SSD实时操作系统(RTOS)。

PM1633a/ PM1633不用赘述,15.36TB的容量"怪兽",虽然DWPD只有1,但……谁真的能在PM1633a/ PM1633的生命周期里面真的做到每天写满一遍呢?就算是开了挂的汤姆·克鲁斯也不行吧?不过,三星的PM963却"希望"写的越多越好,别看编号或许从四位数降到了三位数,1.3DWPD的指标也只是略偏上游,可是它有430k IOPS的4KB随机写性能,对那些需要持续、高性能写入的应用,比如说证券交易、O2O行业来说,PM963绝对是可以承载大规模高并发写入的产品。

在许多互联网数据中心,或是希望以尽可能小的空间插入新SSD的企业级数据中心用户来说,M.2规格的SSD是再合适不过的了,英特尔在2016年底推出数据中心级P3100 NVMe M.2 SSD,据英特尔称,P3100的运行功耗,是标准企业级硬盘驱动器的一半左右,容量有128GB、256GB、512GB和1TB四种(1TB版本的可写入量达到了580TBW)。虽然在企业级市场,支持M.2的主板还比较少,但是相信随着百度、阿里巴巴、腾讯等大型互联网公司致力于推动M.2在高密度、超过大规模数据中心的普及应用,这一问题会很快得到解决。

消费级市场的SSD同样有着不同的选择,鉴于如今个人存储的需求缤纷多样,所以不同的产品也有着不同的用户定位,2017年,这些消费级的SSD产品推荐关注:

对于那些希望把NVMe SSD用作启动盘及系统盘的用户来说,MyDigitalSSD的第一款NVMe SSD BPX 240GB是十分合适的,它胜过任何一款SATA SSD,但是价格上极具诱惑力,更何况它的性能和价格甚至要比英特尔最新推出的英特尔SSD 600P要好上一些,唯一的缺憾是它的容量只有240GB,装上Windows 10和一些大型软件,基本上就剩下不到一半的容量了。

在1TB的容量上,如今可选择的SSD越来越多,但总的说来如果你打算买1TB及以上容量的SSD,说明你的预算是充裕的,如果没有极致的要求,1TB的三星960 EVO是个不错的选择,正如前面所说的,三星已经展示出使用一个强大的控制器和3D TLC V-NAND Flash,可以爆发出多少IOPS。

当然,也有些狂热的SSD粉丝认为:SSD就要买最极致的产品,对于这些人来说,三星960 PRO 2TB是最好的选择,国外媒体将其称之为"2016年最好的2TB PCIe SSD":它使用48层3D MLC V-NAND,顺序读和顺序写性能达到3500MB/s、2100MB/s,随机读高达440k IOPS,这是当前消费级SSD最高指标的获得者,而且三星承诺960 PRO的耐擦写能达到1200TBW--很可能很多人PC都换了两台了,还用不到一半的TBW。

如果囊中羞涩,又想买大容量的SSD,那么SATA SSD自然是最好的选择,而国内外编辑们一致推荐的一直都是三星的850 EVO系列,是的,就是如今提供最大容量和最快消费级SATA SSD性能的850 EVO系列,它提供了2TB和4TB的型号,可以有效的为系统提供高性能大容量兼顾的存储解决方案。

除此以外,有些用户可能会寻求M.2 SATA+HDD的解决方案,既提供了远超HDD的启动盘和系统应用性能,也可以得到HDD的4TB乃至6-8TB的大容量,当然,也可以通过使用2块甚至高达5块硬盘组建RAID组来保证数据的可用性(这样的方案可以在有限的预算下,尽可能提供最佳级别的大容量数据保护存储方案),但这也就意味着,无法留给SSD更多的机箱容量,最好的方式自然就是M.2 SATA。

对于这些用户来说,Crucial MX300 275GB M.2是个不错的选择,它采用M.2物理接口,实质上是SATA总线(所以才叫M.2 SATA),对寻求低成本M.2接口的用户来说,SATA(AHCI)比PCIe NVMe的产品更具经济性--Crucial MX300 275GB M.2的市场价格也确实对此予以了支持。

最后,我们来详细区分一下上面的出现的名词:

AHCI、NVMe:协议标准,前者属于SATA时代,后者则是PCIe时代的产物;

SATA、PCIe:它们都是总线标准,但在出现后,也都成为了实质上的主板物理接口,SATA接口跑SATA总线使用AHCI协议,PCIe接口跑PCIe总线,以前使用AHCI,现在逐渐过渡到NVMe;

M.2、U.2:纯粹的主板物理接口,为SSD的小型化而设计,既支持SATA总线,也支持PCIe总线,所以也就既可以跑AHCI协议也可以跑NVMe,此外,M.2的SSD有2242、2260和2280三种规格,对应三种不同长度。


标签:硬盘 

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