SSD科学研究 篇五:新一代64层3D NAND小红砖—Plextor 浦科特 M8VC 512GB SATA SSD固态硬盘性能解析

购买理由

早前众测得到一台HP ZHAN66 PRO G1的本子,原装SSD为M2的PM961 256GB,空了一个SATA位,内存也只有一槽,没法加成双通道,索性便下了一片Plextor M8VC 512GB,给本子加满最后一块空缺,也便有了此篇文章写作的契机。

外观展示

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Plextor M8VC 512GB包装四面观

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全家福

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盘体四面观,背面的标签也说明了该盘的固件版本是最初的1.00出厂固件

拆解

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PCB背面是两颗TOSHIBA的TH58TFT0T23TA2H的64层3D TLC NAND

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PCB正面:SMI2258H主控一颗,三星K4B8G1646D DDR3L-1600 1GB的缓存一颗,TOSHIBA的TH58TFT0T23TA2H的64层3D TLC NAND两颗。

SMI2258H应该是SMI2258的小改款,针对3D NAND做出的改动版,本质上应该还是SMI2258,这种小改款的先例也屡见不鲜,包括给INTEL的IMFT 3D 64层堆栈TLC定制的主控SMI2259大量应用在545S上,还有给LITEON使用的HYNIX 16NM 2D TLC定制的SMI2254G主控大量应用在LITEON V5型号上,本质其实还是SMI2258。

那么这个主控的属性还是很基础的4通道8CE的支持度,总容32CE,从这个盘使用的4颗4CE的TOSHIBA的TH58TFT0T23TA2H来看,该主控优先填满了四颗NAND的四个通道,然后接驳每个NAND的4个CE,达成16CE的半容状态,也就是说,如果使用8颗TH58TFT0T23TA2H的话,使用2258H主控可以达成1TB容量并且满32CE的全速性能。

参数

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M8VC与M7VC 512GB的参数对比

从数据来看,M8VC相对M7VC都有小幅的性能减退,耐用度也从320TBW降低到了280TBW,RMA保固依然是3年没变化,从TBW耐用度而言更定向针对的是数据安全,而RMA保固更定向针对的是资产保护,从数据安全性而言,确实M7VC更好一些,但是浦科特的RMA政策是三年内只要坏了盘直接顺丰到付过去RMA中心,然后顺丰已付发换新品到客户手里。从资产保护角度而言,两者是没有区别的。

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厂商所定义的速度指标,尤其是民用范畴的SSD,向来都是比较混乱的标准,Plextor的Perfermance标准是使用CDM5.0.2和IOMETER1.1.0在ASUS X99-A II平台使用WIN10 X64 专业版得出的。但是一般消费级都会标明最大达到多少,详细的效能因为SLC Cache的关系,所以最大达的概念,往往更接近SLC Cache部分的效能,而真实的使用Perfermance往往厂商没有提供,大部分消费者也不会测试,所以很多消费级产品也开始浑水摸鱼了,标称和实际的Perfermance效能天差地别,于是便有了一系列拆盘怼脸的网络闹剧发生,而大众在不明水深的情况下一般都会尽量去选择品牌较为知名或者京东好评较高的SSD产品去购买,其次考虑的是性价比,于是大部分值友的意见出奇的统一:

1、买大品牌的基本不会有事!

2、便宜一点更好

3、一定要好评多

那么关于大品牌的主流产品的Perfermance是否是靠谱的呢,我也就顺手拿这个M8VC 512GB来做一个测试还原一下这个产品真正意义上Perfermance的本来面目。

测试平台

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笔记本平台:HP ZHAN66 PRO G1

CPU:I5 8250U (4C8T 睿频最大3.4G)

RAM:DDR4 2400 8GB

GPU:Nvidia MX150 2GB DDR5

M.2:三星PM961 M.2 256GB

SATA:浦科特M8VC 512GB

系统:WIN10 X64 专业版1709

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HP ZHAN66 PRO G1预留了一个SATA空位

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但是要安装SATA需要拆卸两块D面板,从易用性而言,这个拆卸没有撬棒很难无损完成。

一般性测试


1、AS SSD BENCHMARK 

AS SSD BENCHMARK 我选用的版本是2.0.6485.19676,比较新的版本,测试的方法是分别测试空盘和90%满盘状态下的1GB3GB5GB10GB数据块大小下的效能衰减幅度,从而粗略评估这个盘的性能在写入数据的情况下的效能衰减。

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空盘下

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90%满盘下

对比结果可以看出,主要发生衰减的是SLC Cache爆掉之后暴露出来的TH58TFT0T23TA2H 3D TLC的实际NAND持续写入的速度,而其他的参数几乎没发生什么变化,空盘下10GB数据块测试,持续写入就已经发生衰减了,而90%满盘下,持续写入已经完全跑在了NAND的实际速度下了,320MB/S左右的持续写入速度是这个盘的NAND实际持续写入速度,就这么两张图,体现出来的问题其实挺多的:

第一、3D TLC NAND的调试非常到位,当SLC Cache爆掉之后,完全看的就是固件的平衡能力了,平衡做得不好的固件,不但持续写入速度会掉,包括持续读取,4K读写都会掉,但是M8VC做的很好,在SLC Cache爆掉之后仅仅以持续写入速度掉落在NAND实际持续写入速度的代价获得了整体性能的不衰减。

第二、90%满盘情况下,无论1G3G5G10G数据块下,性能都几乎没有任何浮动,且非常稳定,说明SLC Cache爆掉之后的副作用已经完全被固件的平衡冗余掉了,体现出来的是稳定可靠的性能。但是AS SSD所能体现出来的参数太少,而这个软件又具有普遍性的大众认可度,所以大部分厂家的性能都会针对这个软件进行优化,所以我们要请出第二个大众化测试软件CrystalDiskMark。

2、CrystalDiskMark

CrystalDiskMark 测试版本为5.2.1 X64,测试方法同上,分别测试空盘和90%满盘状态1GB4GB16GB32GB数据块大小下的效能衰减幅度,从而粗略评估这个盘的性能在写入数据的情况下的效能衰减。

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空盘下

前面我们说到了大部分厂家会针对AS SSD BENCHMARK进行优化,因为ASS最大的数据块大小也就是10GB而已,所以前面我们所看到的ASS测试,已经是被完美优化过的,但是当我使用CrystalDiskMark测试16GB这种大于10GB的数据块的时候,实际的情况就被暴露了,4K随机QD1的读取被直接从40MB/S打下到了20MB/S。

那么前面我们说过了厂商详情页所描述的最大参数是:

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那么我再用CrystalDiskMark的1GB数据块空盘状态下的测试来复现一下参数的确认

持续读取速度:563.1MB/S

持续写入速度:522.5MB/S

随机读取速度:322.6MB/S  X 1024 / 4 = 82585.6 IOPS

随机写入速度:287.1MB/S X 1024 / 4=73497.6 IOPS

而这里的随机写入速度很大部分要受到CPU主频的影响,也就是说主板的PCH芯片组的ME版本越新,CPU的主频越高,所获得的随机写入速度往往越高,所以我初略评估了一下,还是和厂商标称差不多的。如果使用Z370+8700K超频到5G的情况下,随机写入速度可以在软件中顶上80K IOPS,但是这种参数并不是我们真正需要关注的地方,因为顶着SLC Cache的魔法盾和高CPU主频加持下的性能往往不是那么稳定的,所以厂商也很明智的挂上三个字:最大达。

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90%满盘下4K随机QD1的读取和持续写入的QD1和QD32深度的数据同步发生降速情况,客观来说,M8VC确实针对ASS优化了,而更多的衰减是发生在大于10GB的数据块下的测试中的,但是其实这些都不影响主要的权重性能,SSD的固件开发就如同一个天平,主控的CPU资源是有限的,NAND的实际读写能力是有限的,SLC Cache的大小是有限的,如何调度这三方面的性能满足消费级大部分的使用需求才是最重要的

那么我用90%满盘下的32GB数据块下已经爆掉SLC Cache的测试来获取一个相对效能最差的参数统计如下:

持续读取速度:552.6MB/S

持续写入速度:378.0MB/S

随机读取速度:326.1MB/S  X 1024 / 4 = 83481.6 IOPS

随机写入速度:261.7MB/S X 1024 / 4=66995.2 IOPS

这已经是CrystalDiskMark中相对最差的情况了,依然有这样的性能,要知道,这已经是爆掉SLC Cache后3D TLC实际的写入速度了,可以说,M8VC做的还是中规中矩,没丢大厂的面子。

这个测试带我们走过厂商宣称的最好效能和我们实测的最差情况下的效能参数对比,体现了一个SSD在NAND实际速度和固件平衡能力以及盘内容量大部分写入情况下的综合能力。

3、HD TACH RW 3.0.1.0

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这个软件可以称为是个远古的软件了,开发到今天已经有14年历史了,测试时间爆长,完整的读写测试时间甚至长达几个小时乃至一夜时间,主要体现在RAW情况下的持续读写的稳定性能力,因为早年的IO评估早已过时了,但是对于测试一个SSD,从0开始写入随着写入容量的攀升这个阶段中的SSD持续读写稳定性有一定参考价值,图线可以看出,读取还是相对比较稳健的,有浮动但是并不大,基本都可以稳定下来,而写入的话,爆掉了前段的SLC Cache之后跌落在一定值依然可以保持稳定的态势,无异常的诡异跌落情况,总体评估下来感觉尚可。

4、TRIM CHECK

TRIM CHECK是一款很实用的检测SSD是否TRIM生效状态的软件,TRIM指令让操作系统可以告诉固态驱动器哪些数据块是不会再使用的;否则SSD控制器不知道可以回收这些闲置数据块,TRIM可以减少写入负担,同时允许SSD更好地在后台预删除闲置的数据块,以便让这些数据块可以更快地预备新的写入。当然光操作系统支持TRIM不行,还需要SSD的固件支持,

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向SSD里写入一个16M的文件,这文件头的前16位字节如上图白色区域所表示,这也是该文件唯一的文本字符串,然后将其删除,如果TRIM工作,控制器也将删除这个数据,这时候软件让你等待大约20秒后然后按ENTER继续,然后关闭软件再次打开。

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再次打开软件,提示原白色区域的字节已经被0所填充,说明主控固件的TRIM机制有效。

5、DATAWRITE

DATAWRITE是我的一个程序员朋友pufer在谈笑间写出的一个小程序,用于验证2D 3D TLC真实写入速度的。规则是使用随机模式QD1深度随机往SSD里面写入1GB数据并且反馈即时的写入速度,这个软件当时我们开玩笑说的是,大部分的测试软件都在RAW格式下测试写入速度有失偏颇,那么我们能否直观一些在NTFS格式下进行一些动态写入以获得初略的2D 3D TLC NAND真实的写入速度评估,结果一个小时就写出来了。

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从截图来看,爆掉SLC Cache之后的写入速度是稳定在320-330MB/S之间的,这也间接验证了我们前面测试所获得结论,M8VC 512GB的3D TLC NAND实际写入速度就在这个速度左右,而我们早期所接触的很多2D TLC的实际写入速度大部分在150-250MB/S之间的,显然TOSHIBA的64层堆栈3D TLC的写入更具有优势。

SNIA稳定态测试   

很少有人将一个消费级SSD推到极限的情况下去评估Perfermance效能,因为大部分的情况是掉成狗,有很多厂家是很忌讳使用SINA的标准SSD测试规范对他们的产品进行评估的,因为原因刚才说过了,评估完毕了就卖不掉或者卖不动了,因为这个测试会将一切的外部加成全部忽略掉,而仅仅保留NAND本质的速度,进行严格的稳定态测试,并不是所有厂家都愿意脱光了衣服给你看自己的产品有多少分量的,基本的营销模式还是该骗的继续骗

在SNIA组织定义的规范中,规范了如何测试闪存设备或固态存储。业界希望有一种来比较SSD的科学方法,这也是需要SNIA测试规范的原因。SSD的写入性能在很大程度上取决于NAND的写入历史。SSD一般有三个写阶段:

1、FOB(全新从盒子里拿出来的状态)

2、Transition(过渡)

3、Steady State(稳定状态)

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以上图例来自SINA PTS 1.1测试规范

Transition(过渡)过渡是FOB和稳态的良好表现之间的阶段。大多数情况下,性能会随着时间的推移而持续下降,直到达到稳定状态为止。SNIA PTS1.1的测试规范则很严格的监控了FOB到稳定态的每一个阶段,以及评估标准帮你去确认你的企业级SSD确实达到了稳定态,所以根据以上溯源我们有了如下的操作:

软件系统及设置

操作系统 : CentOS Linux release 7.4.1708(Core)

内核版本 : 3.10.0-693.17.1.el7.x86_64

测试软件: fio-2.2.10

Number of jobs: 2

Number of outstanding IOs (iodepth): 32

1、IOPS测试

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

预处理:128K持续写入双倍SSD容量

每一轮测试包含.512B,4K,8K,16K,32K,64K,128K,以及1MB数据块大小,每个数据块在100%,95%,65%,50%,35%,5%和0%运行读/写混合测试,各为一分钟。试验由25回合(Round)组成(一个循环需要56分钟,25回合=1400分钟)

使用4K随机写入的IOPS作为测试目标,写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率作为验证进入稳定态的标准

SSD科学研究 篇五:新一代64层3D NAND小红砖—Plextor 浦科特 M8VC 512GB SATA SSD固态硬盘性能解析IOPS稳态收敛图QD32显示相关变量如何收敛到稳定状态的过程

SSD科学研究 篇五:新一代64层3D NAND小红砖—Plextor 浦科特 M8VC 512GB SATA SSD固态硬盘性能解析IOPS稳定态验证图-QD32显示(0,1,2,3,4)回合进入了稳态,这里需要说明的是,当好盘上去,一般来说都是(0,1,2,3,4)直接进入稳定态了,而差盘上去,可能就是(7,8,9,10,11)这样的回合进入了,所以这个环节,从FOB状态到稳定态,M8VC还是快速进入的,说明性能在过渡阶段良好,且过渡到稳定态的过程中效能稳定。

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IOPS测试2D图-QD32

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IOPS测试3D图-QD32

这个测试可以看出,在稳定态下,随机读最大50193IOPS,随机写最大20992IOPS,这是有异于前面一般性测试中在FOB状态下的测试的,全程也没有什么0 IOPS的数据出现,而且稳定态下的随机读,随机写和随机读写都保持稳定渐进的趋势,每个数据块大小,每个读写的混合进程都能顺利完成测试,都是稳定态下效能稳定的体现。这个测试是连续不停的,所以固件看起来根本没有时间去GC回复效能,实打实的打出了这个盘最差状态下的表现。

2、带宽测试

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

对于['1024k', '64k', '8k', '4k', '512']数据块大小进行持续读写60秒为一回合(Round)

使用1024K持续写入的吞吐量作为测试目标,写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率作为验证进入稳定态的标准

SSD科学研究 篇五:新一代64层3D NAND小红砖—Plextor 浦科特 M8VC 512GB SATA SSD固态硬盘性能解析带宽稳态收敛图QD32显示相关变量如何收敛到稳定状态的过程

SSD科学研究 篇五:新一代64层3D NAND小红砖—Plextor 浦科特 M8VC 512GB SATA SSD固态硬盘性能解析带宽稳定态验证图QD32显示(0,1,2,3,4)回合直接进入了稳态,稳定性很好,虽然验证标准给出了写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率的条件,但是几乎五个回合的平均测量点在一个水平线上。从首回合测试开始就直接进入稳定态了。

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读写带宽测试2D图-QD32我们可以看到持续读写各个数据块下的平均表现力,持续读最大带宽499.575MB/S,持续写最大带宽350.391MB/S,这部分稳定态下的测试和一般性测试中的FOB状态下的数值的区别并不大,这是真实的爆掉了SLC Cache后且达到稳定态下面的真实表现力。

3、延迟测试

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

预处理:128K持续写入双倍SSD容量

对于['8k','4k','512']数据块大小进行100%读,65%读35%写,100%写的随机读写测试,测量最大最小以及平均的延迟,60秒为一个回合(Round)

使用4K随机写入的平均延迟作为测试目标,写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率作为验证进入稳定态的标准

SSD科学研究 篇五:新一代64层3D NAND小红砖—Plextor 浦科特 M8VC 512GB SATA SSD固态硬盘性能解析延迟稳定态收敛图-QD32显示相关变量如何收敛到稳定状态的过程

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延迟稳定态确认图-QD32显示了4K随机写入过程中,在(5、6、7、8、9)回合达到了稳定态。不是非常好,但是尚可。

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平均延迟在所有进程中的表现在0.03毫秒到0.1毫秒之间。

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最大延迟在所有进程中的表现在0毫秒到700毫秒之间。随机读的部分是最大延迟很低的,而只有随机写的部分最大延迟相对较高,这里涉及到的问题就是主控资源的充足度以及LDPC解码资源和耗费时间问题之间的平衡调节问题了,相对于3D TLC而言,写入部分的最大延迟普遍性高一些和LDPC硬软解码的能力有关系,也反映出一个主控固件的硬软件开发能力。

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平均和最大延迟3D图-QD32是整个以上延迟方面表现的汇总数据。

4、写饱和度测试

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

执行4K随机写入1分钟为一回合(Round),写入4倍全盘容量或者24h,以先达到者为准

计算各个回合的平均IOPS(Avg IOPS)和平均延迟(Avg Latency)

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写饱和平均IOPS图-QD32

这个测试写入了将近140轮也就是140分钟才写满4倍全盘容量,并没有发现从空盘到写满四倍全盘容量的过程中4K随机写入的性能发生什么衰减,这也是因为单纯的写入任务相对于我们前面的几个测试中的混合数据块混合读写比例的测试要简单的多,这个模型对主控的资源以及固件对GC TRIM以及SLC Cache的性能回复造不成巨大的压力,所以依然可以稳定在6.3W IOPS并且持续到测试结束。

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写饱和平均延迟图-QD32也很稳定的跑在1毫秒附近一直到测试结束。

总结

拆解而言可以看出M8VC 512GB这款产品的基准固件还是设计的很好,硬件上使用64层堆栈的东芝3D TLC正片和三星1GB的缓存,用料上面还是比较良心,

一般性测试中可以看出产品有针对性的ASS测试优化存在,但是放大到CDM测试下去测试90%满盘10GB以上的数据块表现力,和理论上的官方参数也相差不大,HDTACH测试也说明了其持续读写的稳定性。

SINA比较严苛的PTS1.1企业级存储测试中,有些问题被暴露出来了,比如说,在多个数据块大小以及多种读写混合模式连续进行的高压测试中,SMI2258H主控会暴露出资源分配的不足,以及固件协调这种高强度读写切换中GC机制所暴露出来的弱点,但是针对于较为单纯的持续读写带宽以及写饱和度这种测试而言,主控以及固件平衡还是足够去协调资源的,所以表现的数据也是游刃有余,先不去谈论是否使用企业级存储规范去测试消费级产品是否合理,我相信大部分的厂家都会很抵抗用户自费强制扒皮的做法,但是从完整的测试数据来看,M8VC还是达到了相对的稳定度,在0,1,2,3,4回合直接进入稳定态也体现出设计团队对于稳定和平衡的高超掌控力,所以SMI2258H的开卡工具很多,山寨制造难度也很低的,但是这个东西到了Plextor设计团队手里所产出的固件就是能在普通公版基础上提高1-2个档次的。所以哪个厂家要说自己的同类产品足够过关可以尝试自己先过一次SINA PTS1.1试试。

最后一句话总结这个SSD:M8VC 512GB也许不是最快的SMI2258H盘,但是在我的一轮严苛的压榨下来感觉是是市场上消费级3D TLC产品中足够稳健的产品。

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