英特尔SSD 710 系列 200GB 固态硬盘评测
- 来源:计算机世界
- 关键字:英特尔,硬盘,存储
- 发布时间:2011-12-01 13:47
除了常见的消费级固态硬盘之外，英特尔还有一条非常重要的产品线，也就是企业级固态硬盘。通过包括处理器和服务器芯片组、网络芯片以及各种存储产品，英特尔在数据中心可以提供完善的部件级解决方案。在2011年9月16日，英特尔发布了最新的企业级固态硬盘：SSD 710系列，用来代替之前的X25-E系列。英特尔X25-E系列于2008年10月份发布，距今已经有3年的历史，期间英特尔的消费级产品已经进行了数次升级。
HET高耐久技术
老的X25-E有一个比较明显的问题是容量略偏小，只有32GB/64GB可以选择，同时使用的设计也偏老。新的SSD 710在容量方面得到了明显的提升，并且采用了新的设计。SSD 710使用了目前最先进的25nmHETMLC工艺制程，直接跳过了消费级SSD使用过的34nm阶段。相对于老的X25-E使用的50nmSLC工艺，新的工艺让SSD 710达到了300GB的最大容量，约为前代的5倍。
不过采用MLC存储芯片也带来了可靠性方面的问题。SLC在每个Cell单元里面存储一个数据位，MLC则通过在每个Cell集成多层电子存储层达到存储多位数据的目的，目前英特尔的MLC为两位MLC，也就是每个Cell里面存储两个数据位。因为每个Cell里面都保存了多个数据位，它们会互相牵制，特别是写入阶段。通常，MLC比SLC具有更小的擦除次数，因此企业级SSD通常均基于SLC存储芯片。
另外，芯片工艺的提升其实也会降低NAND芯片的耐久度，因为Cell与Cell之间的间隔缩小了，互相影响的几率也因此变大。总的来说，MLC还具有更低的持久度，数据存放相对短的一段时间就会受到破坏。SSD 710使用了HET（HighEndurance Technology）高耐久技术来解决这些问题，HET包括了一系列的技术，包括NAND芯片上的改进以及SSD系统管理上的改进。
HET技术使用了比一般MLC更好的颗粒，具有更好的电气性能和更高的持久度，以满足JESD218（JEDEC SSD Requirements andEndurance Test Method）规范的要求。此外，HET技术还是用比普通ECC纠正技术更强的“beyondECC”技术来降低误码率并提升了擦除次数。
SSD 710还搭载了全新的管理系统，除了在320等SSD系列上也拥有的新磨损算法之外，SSD 710还搭载了backgrounddata refresh后台数据刷新技术，它会持续监视SSD的状态，在SSD闲置的时候会将重负荷区域的数据迁移到其它低负荷的区域上，从而降低了NAND芯片的磨损度。在满足JESD218规范要求的不高于1E-16读取错误率并且数据在关机状态下能够维持3个月的条件下，SSD 710200GB型号的4KB随机写入寿命可以达到1PB，和X25-E64GB型号持平，而当利用SSD 710容量上的优势，留出20%空间强化磨损控制的时候，可以提供1.5PB的4KB随机写入寿命。
如图1所示，在满足JESD218要求的规格的时候，归一化后的数值必须维持为正值，可以看出SSD 710和SSD320的差距。
硬件似曾相识
SSD 710最高容量为300GB，不过我们拿到手的SSD 710均为200GB，其型号为SSDSA2BZ200G3，使用了20个Intel的29F16B08CCMEI颗粒，每面10颗，每颗容量16GB，总容量达到了320GB，实际上，这个配置和英特尔消费级的SSD320300G型号一模一样。SSD 710整整有120GB的容量留给了beyondECC以及磨损控制，从这点来看，SSD 710的可靠性还是可以信赖的。官方给出的MTBF值为200万小时，与上代产品持平，比消费级的120万小时要高。
除了NAND芯片及其布局之外，SSD 710的主控芯片也和SSD320一样，为英特尔自家的PC29AS21BA0，因此其SATA3Gb/s的接口规格和10个通道的NAND控制能力仍然不变。配置的DRAM也跟SSD320一样，为64MB，是X25-E的4倍。SSD 710也采用了SSD320上类似的电路设计，在缓存周围具有6个KEMET基美的T520系聚合钽贴片电容，规格为6V470uF，总容量达到了2820uF。
这个称为Power Safe Write Cache的设计是为了应对缓存工作方式的变化，在古老的X25-E上，Intel使用的细小的16MBDRAM芯片其实只是对存储区域的索引，真正的Cache是在主控芯片的内部的一个容量很小的区域，因此只需要很小的电容储存的容量就可以确保在主机断电后短时间内将Cache的内容写入到NAND芯片当中。其他品牌的SSD大多使用DRAM来做数据Cache，在掉电时需要更多的电能来确保这些数据及时保存而不致丢失。SSD 710更改了掉电保护的方式，采用了业界流行的方式，64MB的DRAM芯片不再仅仅是保存地址索引，而是保存了实际的用户数据，因此设计了具有大容量储能元件的电路，让SSD在掉电之后仍然拥有足够的电能将缓存数据写入到NAND芯片当中。包括这个设计在内的保护电路被Intel称为增强掉电数据保护（Enhanced Power-Loss Data Protection），它还集成了掉电自动主机电源隔离、开机防浪涌等一系列电路功能，这个设计在SSD 320 上亦存在。
和主流的SSD类似，SSD 710还集成了温度监视功能，可以通过SMART接口查看SSD的工作温度。
性能测试
笔者使用了一台具有LSISAS1068芯片的服务器进行了SSD 710的单盘性能测试，这台服务器基于双路XeonX5670处理器和48GBR-ECCDDR3内存，LSISAS1068扩展卡直接挂接于5520北桥芯片组上。LSISAS1068板载了ARM处理器用来处理SAS指令，通过SAS3Gb/s接口连接到英特尔SSD 710固态硬盘。使用的操作系统为WindowsServer2008R2，驱动为1.34.2.0。测试中打开了NCQ本地命令排序功能。测试软件为Iometer1.1.0rc1版本。
我们先看4KB随机性能，这也是业界最通用的衡量SSD随机性能的项目，如图2所示，在16个队列深度下，SSD 710200GB达到了其峰值读取IOps水平，约为44600左右，硬件上极为相似的SSD320要高一点，为53900左右。相对来说，SSD 710峰值性能要比X25-E高10%以上，在低队列深度时候，性能要高得多。
接下来是传输速率性能测试，笔者使用了1MB的块大小。如图3所示是1MB块测试结果，可以看出，SSD 710200GB和SSD320的表现非常相近，710的读取要高一点点，达到了273.7MB/s。写入上两个SSD的曲线几乎完全重叠。
总体来说，通过HET高耐久技术，SSD 710提供了不低于前代的可靠性，而通过新的25nm工艺MLCNAND颗粒，SSD 710提供了更大的容量和略强的4KB随机读取指标。从硬件架构上看，SSD 710跟消费级的SSD320极为相似，只是保留给磨损控制的容量更大，这是为了保障在严酷的企业级应用中的可靠性。后面笔者将会带来SSD 710在阵列环境下以及在企业级应用下的性能，敬请期待。
计算机世界实验室 盘骏
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HET高耐久技术
老的X25-E有一个比较明显的问题是容量略偏小，只有32GB/64GB可以选择，同时使用的设计也偏老。新的SSD 710在容量方面得到了明显的提升，并且采用了新的设计。SSD 710使用了目前最先进的25nmHETMLC工艺制程，直接跳过了消费级SSD使用过的34nm阶段。相对于老的X25-E使用的50nmSLC工艺，新的工艺让SSD 710达到了300GB的最大容量，约为前代的5倍。
不过采用MLC存储芯片也带来了可靠性方面的问题。SLC在每个Cell单元里面存储一个数据位，MLC则通过在每个Cell集成多层电子存储层达到存储多位数据的目的，目前英特尔的MLC为两位MLC，也就是每个Cell里面存储两个数据位。因为每个Cell里面都保存了多个数据位，它们会互相牵制，特别是写入阶段。通常，MLC比SLC具有更小的擦除次数，因此企业级SSD通常均基于SLC存储芯片。
另外，芯片工艺的提升其实也会降低NAND芯片的耐久度，因为Cell与Cell之间的间隔缩小了，互相影响的几率也因此变大。总的来说，MLC还具有更低的持久度，数据存放相对短的一段时间就会受到破坏。SSD 710使用了HET（HighEndurance Technology）高耐久技术来解决这些问题，HET包括了一系列的技术，包括NAND芯片上的改进以及SSD系统管理上的改进。
HET技术使用了比一般MLC更好的颗粒，具有更好的电气性能和更高的持久度，以满足JESD218（JEDEC SSD Requirements andEndurance Test Method）规范的要求。此外，HET技术还是用比普通ECC纠正技术更强的“beyondECC”技术来降低误码率并提升了擦除次数。
SSD 710还搭载了全新的管理系统，除了在320等SSD系列上也拥有的新磨损算法之外，SSD 710还搭载了backgrounddata refresh后台数据刷新技术，它会持续监视SSD的状态，在SSD闲置的时候会将重负荷区域的数据迁移到其它低负荷的区域上，从而降低了NAND芯片的磨损度。在满足JESD218规范要求的不高于1E-16读取错误率并且数据在关机状态下能够维持3个月的条件下，SSD 710200GB型号的4KB随机写入寿命可以达到1PB，和X25-E64GB型号持平，而当利用SSD 710容量上的优势，留出20%空间强化磨损控制的时候，可以提供1.5PB的4KB随机写入寿命。
如图1所示，在满足JESD218要求的规格的时候，归一化后的数值必须维持为正值，可以看出SSD 710和SSD320的差距。
硬件似曾相识
SSD 710最高容量为300GB，不过我们拿到手的SSD 710均为200GB，其型号为SSDSA2BZ200G3，使用了20个Intel的29F16B08CCMEI颗粒，每面10颗，每颗容量16GB，总容量达到了320GB，实际上，这个配置和英特尔消费级的SSD320300G型号一模一样。SSD 710整整有120GB的容量留给了beyondECC以及磨损控制，从这点来看，SSD 710的可靠性还是可以信赖的。官方给出的MTBF值为200万小时，与上代产品持平，比消费级的120万小时要高。
除了NAND芯片及其布局之外，SSD 710的主控芯片也和SSD320一样，为英特尔自家的PC29AS21BA0，因此其SATA3Gb/s的接口规格和10个通道的NAND控制能力仍然不变。配置的DRAM也跟SSD320一样，为64MB，是X25-E的4倍。SSD 710也采用了SSD320上类似的电路设计，在缓存周围具有6个KEMET基美的T520系聚合钽贴片电容，规格为6V470uF，总容量达到了2820uF。
这个称为Power Safe Write Cache的设计是为了应对缓存工作方式的变化，在古老的X25-E上，Intel使用的细小的16MBDRAM芯片其实只是对存储区域的索引，真正的Cache是在主控芯片的内部的一个容量很小的区域，因此只需要很小的电容储存的容量就可以确保在主机断电后短时间内将Cache的内容写入到NAND芯片当中。其他品牌的SSD大多使用DRAM来做数据Cache，在掉电时需要更多的电能来确保这些数据及时保存而不致丢失。SSD 710更改了掉电保护的方式，采用了业界流行的方式，64MB的DRAM芯片不再仅仅是保存地址索引，而是保存了实际的用户数据，因此设计了具有大容量储能元件的电路，让SSD在掉电之后仍然拥有足够的电能将缓存数据写入到NAND芯片当中。包括这个设计在内的保护电路被Intel称为增强掉电数据保护（Enhanced Power-Loss Data Protection），它还集成了掉电自动主机电源隔离、开机防浪涌等一系列电路功能，这个设计在SSD 320 上亦存在。
和主流的SSD类似，SSD 710还集成了温度监视功能，可以通过SMART接口查看SSD的工作温度。
性能测试
笔者使用了一台具有LSISAS1068芯片的服务器进行了SSD 710的单盘性能测试，这台服务器基于双路XeonX5670处理器和48GBR-ECCDDR3内存，LSISAS1068扩展卡直接挂接于5520北桥芯片组上。LSISAS1068板载了ARM处理器用来处理SAS指令，通过SAS3Gb/s接口连接到英特尔SSD 710固态硬盘。使用的操作系统为WindowsServer2008R2，驱动为1.34.2.0。测试中打开了NCQ本地命令排序功能。测试软件为Iometer1.1.0rc1版本。
我们先看4KB随机性能，这也是业界最通用的衡量SSD随机性能的项目，如图2所示，在16个队列深度下，SSD 710200GB达到了其峰值读取IOps水平，约为44600左右，硬件上极为相似的SSD320要高一点，为53900左右。相对来说，SSD 710峰值性能要比X25-E高10%以上，在低队列深度时候，性能要高得多。
接下来是传输速率性能测试，笔者使用了1MB的块大小。如图3所示是1MB块测试结果，可以看出，SSD 710200GB和SSD320的表现非常相近，710的读取要高一点点，达到了273.7MB/s。写入上两个SSD的曲线几乎完全重叠。
总体来说，通过HET高耐久技术，SSD 710提供了不低于前代的可靠性，而通过新的25nm工艺MLCNAND颗粒，SSD 710提供了更大的容量和略强的4KB随机读取指标。从硬件架构上看，SSD 710跟消费级的SSD320极为相似，只是保留给磨损控制的容量更大，这是为了保障在严酷的企业级应用中的可靠性。后面笔者将会带来SSD 710在阵列环境下以及在企业级应用下的性能，敬请期待。
计算机世界实验室 盘骏
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