企业级与消费级SSD的区别

一、前言:我们测试的第一款企业级ssd
此前我们测试过各种消费级ssd,而测试企业级ssd还是第一次,也让我们对ssd有了更多的认知。
本次测试的是来自国产企业级ssd品牌忆恒创源(memblaze)送测的pblaze6 6536 3.2tb ssd。
它采用pcie 4.0接口,定位于企业级主流业务应用,主打性能和能效比。而针对高性能业务场景,则有另外一款pcie 4.0产品——pblaze6 6920。
pblaze6 6536是pblaze6 6530系列中针对混合读写型业务场景优化的产品,分为1.6tb/3.2tb/6.4tb三个容量型号,写入寿命分别为5年3.3/3.3/3.5 dwpd(dwpd:产品保修期内,每天可对硬盘全盘写入的次数),功耗低于14w。
测试盘容量为3.2tb,标称拥有6.8gb/s的顺序读取速度和4.8g/s的写入速度,4k随机读取性能为1100k iops,4k随机写入性能为415k iops。
闪存用的是美光176层堆叠的企业级tcl nand颗粒,和普通的tlc颗粒相比,拥有更多的可擦写次数(p/e数),稳定性方面也更为出色。
主控则是微芯半导体的nvme 3108主控,支持pcie 4.0、8个闪存通道、16ce,支持slc、mlc、tlc和qlc nand,最高支持64tb容量,持续读取性能超过6gb/s,随机读取性能则超过1m iops。
作为一款主打能效比的产品,pblaze6 6536并没有一味的追求硬件的高规格,而是采取了提高硬件运行效率,尽可能让性能充分发挥的做法。它的典型写入功率在11w,最大功率低于14w,待机功耗小于5w,只比你电脑里面的m.2 nvme ssd高了一点。因此,如果是普通个人玩家想要入手企业级ssd,pblaze6 6536在功耗表现方面至少是非常适合的。
关于企业级与消费级ssd的区别,主要有以下几点:
1、使用寿命
消费级ssd通常是0.3 dwpd,而企业级ssd通常可达1 dwpd甚至3 dwpd,写入寿命相差悬殊。
比如三星980 pro 2tb写入寿命为1200tbw,而pblaze6 6536 3.2tb的写入寿命将近20000tbw。
2、可靠性
企业级ssd:55℃使用环境下,达到mtbf 200万小时,或50℃使用环境下,mtbf达到250万小时,同时,还需要满足7×24小时的不间断使用。
消费级ssd:一般厂商标称150万到200万小时,使用环境温度一般不会给出,同时,满足每天8小时稳定使用即可。
3、缓外速度
企业级ssd在写入用户数据时,并不需要借助slc cache加速,因此也就没有“缓外速度”一说。加之写入路径优化和qos保证,可实现持续大压力写入下全程不掉速。
消费级ssd为了降低成本,通常不会有太高的冗余空间,slc cache容量也比较有限,一般是定额或按照剩余空间的比例分配。大部分采用tlc nand的消费级ssd会在持续写入时将slc cache写满,随后出现“掉速”,即缓内3000mb/s,缓外30mb/s。
4、数据准确性
nand因其自身特性,会存在一定的错误率,而随着磨损的增加,错误率也会有所上升。当错误率超出ssd自身的纠错能力,就会出现数据损坏。
jedec行业标准对ssd的错误率是有明确规定的,如消费级ssd不可修复的数据错误率<10-15,企业级ssd则是<10-16,而pblaze6 6536则是<10-17。
也就是说pblaze6 6536在数据准确性方面的执行标准,要高于行业标准10倍,也达到了消费级ssd行业标准的100倍。
5、企业级功能
企业级ssd支持更多的功能,如针对数据准确性的nvme端到端数据保护技术,避免数据出现静默错误(静默错误,数据是错的,但系统认为它是对的),再比如方便运维的log日志分析,持久化日志,带外管理等等。
忆恒创源,memblaze
北京忆恒创源科技股份有限公司(品牌名memblaze),是咱们本土的一家企业级ssd公司,也是曾被央视“点赞”,被誉为可以与intel、三星等品牌同台竞技的国产厂商。它在企业级市场以及资深硬件发烧友群体中有一定知名度,人称“小海豚”,在国产企业级ssd市场中占比也比较大。
memblaze团队成立于2007年,是全球最早一批进军pcie ssd开发的团队,其首款高性能pcie ssd作品pblaze1在2011年推出(当时我们关注的还是sata的ssd),数十万iops的4k随机性能让整个行业首次感受到了pcie对闪存存储的巨大意义。同年,memblaze公司正式成立。
memblaze是推动nvme协议在国内落地的首批倡导者,也是全球第二家成功推出nvme ssd的品牌(第一家为推动nvme建立的intel)。
目前,其pblaze系列企业级ssd在国内头部互联网公司、大型电商、金融、电信、人工智能等领域广泛采用。其主销产品pblaze5和pblaze6的累计出货容量也已突破eb规模。
二、pblaze6 6536外观展示
pblaze6 6536提供u.2 2.5英寸盘、半高半长aic,以及edsff e1.s三种产品形态,我们拿到的是前者。
为保证ssd在数据中心中能够得到高效散热,pblaze6 6536的整个金属外壳被设计成了一个巨大的散热片形态,能有效增加空气接触,将主控、dram、nand温度控制在较低水平,保证大压力下性能的稳定发挥(即不容易触发高温保护)。
u.2接口,又名sff-8639,由sata、sas衍变未来,在企业级市场上很常见,消费级主板支持的不多,但可以转接传统pcie接口。
拆解下来的散热片(外壳),上面密密麻麻贴满了导热背胶,每颗dram、nand以及主控都有顾及。
正面和背面各有8颗共计16颗美光176层堆叠的3d企业级tlc闪存,还有5颗美光ddr4 ecc dram缓存,总容量是5gb(实际可用为4gb)。
微芯半导体的nvme 3108主控。
断电保护电容,规格是1000uf 35v,用于意外断电情况下对尚未写完的数据的保护,避免映射表、用户数据出错。
三、性能温度测试:顺序读取6.8gb/s 写入4.6gb/s
一般企业级ssd的测试场景都是基于linux系统平台,通过fio等专业软件进行测试,通常性能结果会比windows平台下更高一些。
但为了更加直观的展示该盘性能,也让对企业级ssd感兴趣的玩家能够获得有价值的参考,我们通过和品牌方沟通,决定在windows平台下进行测试,场景也尽可能贴近个人使用。
最终我们的测试平台如下:
注:虽然测试工具和消费级ssd的测试工具相同,但消费级ssd更多的是slc cache的缓内写性能,和企业级ssd直接写入并不相同,因此二者的写入性能并不建议直接对比。
1、crystaldiskmark
在crystaldiskmark测试中,pblaze6 6536 3.2tb ssd的顺序读取速度突破了6800mb/s,达到了6814mb/s,写入速度也有4455mb/s;4k随机读取1,011,500 iops,4k随机写入719,180 iops,和官方宣称的性能基本相符。
2、as ssd benchmark
左边是1gb容量的测试,as ssd benchmark总分为7448,最高顺序读取、写入速度分别为5164mb/s、3855mb/s,4k随机读写速度为48mb/s、173mb/s。
右边是10gb容量的测试,总分为7440。最高顺序读取、写入速度分别为5179mb/s、3936mb/s,4k随机读写速度分别为47mb/s、153mb/s。
3、atto disk benchmark
从atto disk benchmarks结果来看,对于0.5kb的小文件读写,pblaze6 6536 3.2tb ssd也能达到87mb/s以上的写入和11mb/s的读取。
16k的时候,写入达到了2.3gb/s,读取速度为1.3mb/s。从1mb开始,写入速度稳定在3.9gb/s左右,读取速度则能达到6.2gb/s以上。
4、掉速测试
测试长度为200gb,pblaze6 6536 3.2tb ssd的表现稳如一条直线,读取接近6gb/s,写入从头到尾都是3.5gb/s,没有降速。
5、aida64 disk benchmark linear write
aida64 disk benchmark linear write是一项非常严苛和残酷的测试,也是一面照妖镜,目前市面上的消费级ssd用这个软件都能暴露出真实的缓外速度。
aida64 disk benchmark linear write持续写入了24分钟的数据,写入速度基本上保持一条直线,最高写入速度4016mb/s,平均写入速度3969mb/s。
最低写入速度为3591mb/s,但这只是短暂的一瞬间,就恢复掉了正常速度(不排除系统后台操作带来的性能波动)。
对自己ssd有信心的同学,可以尝试下进行此项测试。
6、pcmark 10
pcmark 10盘性能一致性测试是windows系统下的长期高负载测试。它主要考验ssd在初始阶段(空盘)、掉速阶段(开始写入数据),以及稳态阶段(随机写满有效和无效数据)、性能恢复阶段等不同阶段的性能变化。测试开始前有两次全盘填充过程、结束后有一次全盘填充过程,全部测试环节会循环约20次。
经过了长达4小时的测试,总计写入了35tb的数据,总算完成了测试,pblaze6 6536 3.2tb ssd总得分是2164,带宽509mb/s,存取时间114us。
跑了这么长时间只看总分未免有点可惜,下面我们导出详细测试数据进行分析。
大文件盘内拷贝测试, pblaze6 6536在非稳态、向稳态过渡、稳态等阶段,都能表现出较高的性能一致性。
进行纯写入测试时,基本上速度都能稳定在3000~3300mb/s之间。
进行混合读写测试时,速度稳定保持在1300~1400mb/s。
在进行零碎小文件盘内拷贝测试时,pblaze6 6536在各个阶段的表现同样也非常稳定。
进行纯写入测试时,基本上呈现一条直线,速度在250mb/s。
进行混合读写测试时,速度保持在360~380mb/s之间。
photshop重负载测试时,pblaze6 6536也表现出了高度的一致性,温度稳定在610mb/s,仅有轻微浮动。
四、2.8tb数据拷贝测试:写入速度稳定 高负载下仅49度
1、全盘写入测试
pblaze6 6536 3.2tb的实际可用容量是2.9tb,由于我们手上没有3tb以上的pcie 4.0 ssd,在进行全盘写入测试时,我们采用希捷酷玩530 2tb ssd分2次写入,一次写入1.8tb,另外一次写入900gb,总计写入了2.8tb数据。
第一次拷贝一共是415个文件,总容量超过1.8tb,前期写入非常稳定,几乎没有掉速过,到了后期稍微有些波动,但写入依旧保持在2.7gb/s。
第一波写入完成之后,pblaze6 6536 3.2tb还剩下1tb的空间,此时我们继续进行第二次写入。
一共189个文件,总计902gb。
这是最低写入速度,2.26gb/s。
这是最高写入速度,3gb/s。
在写入即将完成时,速度来到了2.87gb/s。
全部写入工作完成之后,pblaze6 6536仅仅只剩下115gb的可用空间,不到全部可用容量的4%。
在写入速度方面,pblaze6 6536可以说是实力碾压一众消费级ssd。此前我们测试过的表现比较出色的如三星980 pro 1tb,它能在全盘写入时从始至终保持1.8gb/s的速度,但是和pblaze6 6536比起来,还是差距甚远。
下面是几张消费级ssd的持续写入测试截图:
英睿达p5 1tb ssd--缓外234mb/s
影驰hof 2tb pcie 4.0 ssd--缓外940mb/s
三星980 pro 1tb ssd--缓外1.8gb/s
2、温度测试
在待机状态下,pblaze6 6536 3.2tb温度在41度左右。在高负载读写状态下,最高温度也只有49度。
五、企业级性能测试
说过了个人应用场景的性能情况,我们决定引用一下storagereview媒体的企业测试,来看看pblaze6 6536 3.2tb企业级ssd在企业业务中的表现。
在sql server测试环节,storagereview使用了333gb大小的sql server数据库,测量其在15,000名虚拟用户负载下的oltp性能和延迟。每一轮的测试时长为3小时,含2.5小时的预处理及30分钟采样。
对比的企业级ssd为铠侠cm6 6.4tb以及三星pm1735 3.2tb。
从测试结果可以看到,pblaze6 6530总分12650tps,与铠侠cm6 6.4tb、三星pm1735 3.2tb的性能几乎是同一水准,优势并不明显。
不过在平均延迟方面,pblaze6 6530完胜对手,2.3ms不到铠侠cm6 6.4tb的1半,仅有三星pm1735 3.2tb的1/5。
而在sysbench性能测试、mysql oltp数据库性能测试、sql负载测试、oracle工作负载等测试环节,pblaze6 6536同样表现出了很高的水平。
需要指出的是,铠侠cm6和三星pm1735,它们的硬件规格比pblaze6 6536高得多。
六、总结:是时候整一块企业级ssd了
此次测试让我们对ssd有了进一步的了解,企业级ssd的性能之强让高端消费级ssd望尘莫及,稳定性和可靠性也远非消费级可比。
首先是性能,pblaze6 6536 3.2tb实测拥有6800mb/s的顺序写入速度和4598mb/s的顺序写入速度,可能比不上一些顶级的消费级pcie 4.0 ssd,但是在缓外性能方面,完全是另一种景象。
我们持续写入了2.8tb的数据,写入完成后ssd只剩下115gb的可用空间。在整个写入过程中大多数时候都保持着2.6gb/s~2.8gb/s的写入速度,最低写入速度也有2.26gb/s,从头到尾都没有出现掉速的现象。
至于消费级ssd,相信很多同学都有这样的体会,刚开始写入速度飞快,但用着用着就越来越慢,甚至不少中低端产品的缓外速度还不到100mb/s,堪比大号u盘。
即便是旗舰级别的三星980 pro,同样也会出现掉速的情况,它的稳定写入性能与pblaze6 6536 3.2tb相比仍有不小差距。
大多数企业级pcie 4.0 ssd发热严重,pblaze6 6536 3.2tb实测在高负载写入时,它的最高温度只有49度,甚至比很多消费级ssd都温度更低,因此用在个人电脑上不用过于担心过热问题。
在使用寿命方面,主流pcie 4.0 ssd都是每天0.3次全盘写入,而pblaze6 6536 3.2tb十倍于前者,支持每天3.3次全盘写入,就算每天写入10000gb,连续写5年,也写不死它。
至于稳定性和可靠性,毫无疑问,pblaze6 6536 3.2tb遥遥领先与市售所有的消费级ssd。
也许,是时候考虑给自己整一块企业级ssd了!


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