驱动AI变革 长江存储PE501 61.44TB QLC企业级SSD评测

前言和拆解

AI人工智能如今已经深度渗透到各行各业，而AI的本质就是应用GPU服务集群、高速网络与高性能分布式存储，通过高度并行化扩展吞吐量。百万Token级的上下文长度下，KV Cache规模远超HBM容量，在AI推理阶段，高随机IOPS低延迟的企业级SSD将承担起KV Cache分层存储的重任。今天我们要评测的长江存储PE501就是一款明确面向AI服务器集群的企业级PCIe 5.0 NVMe固态硬盘。长江存储PE501单盘可提供15.36TB到122.88TB多种容量可选，我们评测的是61.44TB版本。

Decode阶段从SSD读取历史KV Cache的延迟，直接影响了Token生成的停顿时长，这要求尽可能低的随机读取延迟。RAG知识库的Top-K向量检索则会产生高并发的小块随机读取请求，要求SSD具备尽可能高的随机读取IOPS。长江存储PE501 61.44TB具备90μs读取延迟与3350K IOPS随机读取能力，可以很好地满足上述AI推理过程对存储性能的需求。

PE501采用晶栈Xtacking 4.0技术的长江存储第五代QLC 3D NAND闪存颗粒——X4-6080，该闪存使用8 plane设计以提升并发读写性能（相比上代提升147%），单die容量达到2Tb（存储密度相比上代产品提升42%）。晶栈Xtacking 4.0技术将I/O接口速度提升至3600MT/s，并显著提升了产品的擦写寿命及可靠性：标称擦写寿命5000次。

除入门15.36TB版本外，长江存储PE501采用了IU间接单元技术，大幅压降对DRAM缓存的需求。这也是我们首次测试采用IU技术的企业级SSD。

IU对上层程序是透明的，操作系统和软件依然可以使用4KB甚至512B粒度进行写入。不过由于会产生额外的读取-修改-写入的操作，与IU不对齐的写入会产生性能损失，并导致更高的写入放大率，所以使用中要尽可能规避小块in‑place rewrite，而对于AI推理应用，这些并不是问题。

测试平台和产品信息展示

测试平台：

CPU：AMD Ryzen Threadripper 9980X
主板：华硕Pro WS TRX50-SAGE WIFI
内存：芝奇DDR5-6400 32GBx4
散热：银欣XE360-TR5水冷
电源：安钛克NE1200
SSD：Plextor M6Pro 128GB（系统盘）
长江存储PE501 61.44TB

通过smartmontools可以查看SSD所支持的部分功能特性。长江存储PE501 61.44TB支持128个namespace命名空间，当前已配置1个（LBA格式512B）。SSD提供3个固件插槽，其中一个为只读类型，支持在线固件升级。PE501提供了5种电源状态，可以通过nvme-cli进行设置调整，电源状态信息种的RL、RT、WL、WT分别代表读取延迟、读取带宽、写入延迟、写入带宽，数字0对应最佳性能，数值越大则该电源状态下相应项目受到的限制越多。与之类似的是LBA格式信息中的Rel_Perf，同样是数值越大性能影响越高。Metadt是额外存储的元数据，如端到端数据保护信息（PI），可用于防止静默错误发生。

长江存储PE501支持4种电源状态，可针对不同需求进行性能-功耗管理。

理论性能测试

1.GFIO写入测试

Linux下的硬盘性能测试工具大都离不开功能强大的fio。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。

顺序写入性能测试使用128KB QD512参数，运行7小时，写入了102TB数据。

平均写入速度4038MB/s，达到并超过了标称值的4000MB/s。

接下来是顺序读取测试，使用128KB QD1024参数，运行3000秒。

平均读取速度14.2GB/s，达到了标称值：

使用16KB Q64T16进行随机写预处理，运行24小时，共写入102TB数据。

整个测试过程写入平均72.1K IOPS。

然后是16KB QD1随机写，运行10小时，平均延迟低于标称值的20μs。

4KB QD1随机读取85μs，优于标称值的90μs：

2.ezfio测试：

ezFIO是一个可重复进行企业级SSD稳定态性能测试的脚本。在测试开始前会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。

我们在原始ezFIO脚本基础上进行了一些修改，将写入预处理改为16KB粒度进行以符合PE501使用IU间接单元的情况。将QD深度从256扩展到1024，并修改测试中QD与Thread的测试组合，以充分挖掘SSD的潜力。实测长江存储PE501 61.44TB在稳定态下4K随机读取IOPS达到3211K IOPS。在QD=1的情况下，4K随机读取/写入平均延迟分别为90/17 μs。

不同Block Size下稳定态顺序/随机读写测试，顺序和随机读取速度都能达到14200MB/s以上。

由于采用IU间接单元设计，长江存储PE501 61.44TB并不适合4K随机写入，混合读写延迟一项属于超纲使用。

3.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，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。

通常，基于NAND闪存的SSD在FOB（Fresh-Out-of-the-Box）阶段以及格式化之后，由于NAND中并没有有效的用户数据填充，因此在写入时并不需要执行垃圾回收动作，致使SSD性能偏高。随着SSD的继续使用，NAND会逐渐被有效的用户数据和无效数据填满，致使在新的写入操作发生时，需先执行GC，导致SSD写性能下降并最终达到一个稳定状态。

PTS是针对SSD稳态性能的测试，为了方便不同SSD的稳态性能具有可比性，要求测试在没有文件系统干扰的情况下进行，通俗的说就是SSD在没有建立FAT、NTFS、EXT等分区的情况下进行。

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”，随后执行最多25轮的一系列随机混合读写操作，包括512字节、4K、8K、16K、32K、64K、128K和1024K块大小，每个块大小又分别对应0/100、5/95、35/65、50/50、65/35、95/5和100/0七种不同的读写比例，共56个测试项目，每个测试项目执行1分钟，每一轮测试耗时56分钟。

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混合随机读写和1024K随机读三项成绩，允许波动范围+-10%，如连续5轮均符合要求，则判定SSD已经进入稳定态。

SSS PTS测试结果以数据表格、2D或3D图示三种形式进行展现。

稳定态4K随机读取3351K IOPS，16K随机写入67K IOPS。

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混合读写（读70%写30%），并模拟Oracle数据库、VDI、VSI四种企业级应用负载。

下图中横轴为IOPS，越长越好，纵轴为对应的延迟，单位微秒，越低越好。iorate的原理是VDBench先以预先设定好的最大QD测试一次IOPS，而后以其作为100%基准，按照curve参数中给出的压力百分比，去测试不同QD下的IOPS和延迟。4KB混合随机读写测试，长江存储PE501 61.44TB获得127167 IOPS的成绩。

Oracle、VDI、VSI三个模拟企业级应用的测试模型相对复杂，对SSD性能要求也比较高。其中，Oracle测试数据模型中读写占比分别为83.14%和16.86%，在读和写操作中，不同BS块大小又各自对应不同的占比。测试时使用Dedupratio=3，Compratio=3参数，长江存储PE501 61.44TB在Oracle测试环节表现出了72981 IOPS的性能。

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。此环节长江存储PE501 61.44TB的峰值IOPS达到42578。

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%。Dedupratio=4，Compratio=4。此环节长江存储PE501 61.44TB的峰值IOPS达到32417。

DeepSeek V4模型加载

我们使用2位量化版的DeepSeek V4 Flash模型，测试长江存储PE501 61.44TB的模型加载性能。模型体积大约86.7GB，需要至少128GB内存的工作站或服务器平台才能加载。Llama.cpp加载模型用时60秒完成：

在长上下文对话中，KV缓存对推理速度产生明显影响。与紧缺的显存相比，SSD更适合用来保存KV缓存。下图的演示中我们使用ds4开源项目，在长江存储PE501上创建了80GB容量的KV缓存：

Windows原生驱动测试

在服务器中Windows Server的份额远不及Linux，但微软也在持续改进。去年底Windows Server 2025中加入了原生NVMe驱动（nvmedisk.sys），取代传统SCSI架构的NVMe驱动（stornvme.sys），带来IOPS提升和CPU占用率降低的显著效果。

下图左为带有SCSI模拟层的传统NVMe驱动，右为新的原生NVMe驱动测速，4K随机读取IOPS提升大约17%。

温度和功耗测试

为了方便测量，这项测试也放在Windows环境下进行。温度测试在27度室温下进行，为SSD提供了主动散热措施以模拟服务器内使用情况。在连续满载写入超过5个多小时后，长江存储PE501 61.44TB多个温度传感器中的最高读数是58度，测试过程中没有发生过热限速的情况。

企业级SSD不同于家用SSD，普遍不提供节能特性而是追求性能。待机状态下，长江存储PE501 61.44TB的功耗为7.8瓦左右。

读取能效比高达700MB/s/W，写入能效比大约167MB/s/W。

总结

在AI 大模型爆发式增长的当下，除了算力之外存储也是一项刚需。存储的性能必须足够强才能够让GPU始终保持忙碌状态，提高AI推理的效率。存储的容量也需要足够大来满足KV Cache和RAG知识库的存储需求。

PE501是长江存储推出的首款PCIe 5.0接口QLC SSD，采用高达5000次PE寿命的长江存储X4-6080闪存芯片，至多可提供122.88TB超大容量，是为AI服务器量身定制的高能效比企业级SSD。本次我们评测的长江存储PE501 61.44TB具备14.2GB/s顺序读取带宽，4K随机读取3350K IOPS，同时提供0.6 DWPD的写入耐用性，是一款出色的AI优化企业级SSD。