强大的硬件压缩引擎
- 来源:计算机世界
- 关键字:英特尔,固态硬盘,存储
- 发布时间:2012-03-06 17:43
作为存储设备，我们所使用的硬盘（包括传统的温彻特硬盘以及新的固态硬盘）基本上只包括了存储的能力，在高端的存储系统上则会加入一些处理能力用来增加一些特性，如重复数据删除等功能。近年来，一些厂商开始另辟蹊径，开始在终端存储设备上增加一些处理功能，用来提升产品的附加值，英特尔最新的企业级固态硬盘SSD 520系列就是这样，它于2月6日在美国加州发布，具有特别的硬件数据压缩的能力。
数据压缩技术
虽然SSD 520 系列是英特尔最新的固态硬盘系列产品，不过硬件压缩技术早在数年前就出现在SSD上面了，只是由于可靠性方面的原因没有得到大规模的应用。SSD 520的硬件压缩技术其实和高端的重复数据删技术乃至常用的WinZip/WinRAR 原理上并无太大区别，都是对数据块进行哈希对比，然后去除冗余的数据块。通过消耗硬盘内置的处理资源获得数据压缩能力，SSD 520 可以获得多种好处，首先是大幅度提升了写入性能，众所周知，固态硬盘由于自身的特性，写入性能总是比较明显地弱于读取性能。通过数据压缩，写入的数据量得到了降低，从而写入性能得到了提升。随着写入数据量的降低而带来的另一个好处是，NAND 芯片的磨损率也得到了明显的降低，从而提升了可靠性，通常，固态硬盘的写入放大系数都会大于1，而SSD520 可以降低到小于1，根据数据类型的不同，大约平均可以达到0.5左右，也就是硬盘写入一个单位的数据量，实际芯片只需要写入一半。图1 显示了不同类型用户数据的典型压缩率，这和用户使用通用压缩软件的效果是很类似的，安全软件数据的压缩率最高，文档、浏览器缓存的压缩率也比较高。显然，已经被压缩过的文件很难再从中找到冗余，压缩率不会高。
硬件设计
SSD 520 使用的是已经被LSI 收购的SandForce 的主控芯片，型号为SF-2281VB1， 该系列最高容量为480GB，不过通常我们不会拿到最高容量的产品——到手的是240GB，其型号为SSDSC2CW240A3，使用了16 个英特尔的25nm NAND 颗粒， 型号为29F16B08CCME2， 每面8 颗，每颗容量16GiB，总容量达到了256GiB， 然而其标称值则是240GB（格式化容量则更少）。这里含有一个脚注，SandForce SF-2281 芯片带有一个叫做RAISE（Redundant Array of Independent Silicon Elements，独立硅片冗余阵列）的技术，可以通过一块额外的NAND 芯片冗余来提升降低不可恢复错误率，从而提升可靠性，例如，16 个NAND 芯片、容量256GiB 的SSD 520 使用RAISE 技术的话，将会只剩下240GiB 用户可见。这其实是一个专为低质量NAND 芯片设计的技术，不过显然英特尔对其自产的NAND 芯片质量很放心，因此SSD 520的低端型号没有使用这个功能，从效果上说，RAISE 技术跟通常保留一些容量用来进行磨损控制差不多。
SandForce SF-2281 是一块SATA 6Gb/s 接口的芯片，具有数据压缩的能力。SandForce 是一个年轻的厂商，其产品缺乏足够的检验，SF-2281 推出一段时日之后曾经出现过一些问题。英特尔的SSD 520 系列的测试和认证大约进行了一年多，目的就是为了解决SF-2281 的问题， 以达到英特尔所要求的可靠性。英特尔SSD 520 采用的是LSI 特别提供的Firmware，相信在英特尔和LSI 两大厂商的合作下，SandForce 芯片的可靠应用不会有什么问题。
性能测试
笔者使用了最新的SandBridge-E + X79 平台进行了测试，X79 芯片组提供了两个SATA 6Gb/s 接口。使用的操作系统为Windows 7 Ultimate x64， 驱动为RSTe 3.0.1.7016。测试中打开了NCQ 本地命令排序功能。测试软件为Iometer 1.1.0 rc1 版本以及PCMark Vantage x64。
限于篇幅关系，我们省略了连续读写的吞吐量性能图表，它们分别是536MB/s 和506MB/s，确实强悍。接着再来看业界最通用的衡量SSD 随机性能的项目：4KB 性能，如图2 所示，读取可以达到61220IOps， 比英特尔的SSD 320/SSD510 都要高20% 以上。而写入性能则很明显，看过我们以前SSD 评测文章的读者可以记起，通常4KB 随机写入性能都是随着队列深度的增长而降低的，而SSD 520 则不然，它随着队列深度的增长而提升，并达到28380 的峰值IOps， 要注意到的是我们Iometer测试采用的是100% 随机生成的数据，因此是几乎完全无法进行压缩的。图2 还给出了4KB连续写入测试的性能表现，达到了79898 的峰值IOps。总的来说，SSD 520的指标表现不错。
接下来进行的是PCMark Vantage x64 测试。因为SSD 520是一个带有数据压缩功能的固态硬盘，因此纯随机的Iometer 无法反映用户应用的性能，PCMark 这样的模拟用户操作的测试就刚好合适。测试结果不再单独做图，SSD 510250GB 的磁盘得分是38603，SSD520 240GB的磁盘得分是是58938，提升非常明显。
总结
英特尔SSD 520系列不仅仅是一个存储产品，它还带有数据处理能力——它具有独特的数据压缩功能，不过，SSD 520并不是使用这个功能扩大自身的存储容量，而是通过它降低写入数据量，起到提升性能、降低NAND芯片磨损、提高可靠性的作用。
计算机世界实验室 盘骏
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数据压缩技术
虽然SSD 520 系列是英特尔最新的固态硬盘系列产品，不过硬件压缩技术早在数年前就出现在SSD上面了，只是由于可靠性方面的原因没有得到大规模的应用。SSD 520的硬件压缩技术其实和高端的重复数据删技术乃至常用的WinZip/WinRAR 原理上并无太大区别，都是对数据块进行哈希对比，然后去除冗余的数据块。通过消耗硬盘内置的处理资源获得数据压缩能力，SSD 520 可以获得多种好处，首先是大幅度提升了写入性能，众所周知，固态硬盘由于自身的特性，写入性能总是比较明显地弱于读取性能。通过数据压缩，写入的数据量得到了降低，从而写入性能得到了提升。随着写入数据量的降低而带来的另一个好处是，NAND 芯片的磨损率也得到了明显的降低，从而提升了可靠性，通常，固态硬盘的写入放大系数都会大于1，而SSD520 可以降低到小于1，根据数据类型的不同，大约平均可以达到0.5左右，也就是硬盘写入一个单位的数据量，实际芯片只需要写入一半。图1 显示了不同类型用户数据的典型压缩率，这和用户使用通用压缩软件的效果是很类似的，安全软件数据的压缩率最高，文档、浏览器缓存的压缩率也比较高。显然，已经被压缩过的文件很难再从中找到冗余，压缩率不会高。
硬件设计
SSD 520 使用的是已经被LSI 收购的SandForce 的主控芯片，型号为SF-2281VB1， 该系列最高容量为480GB，不过通常我们不会拿到最高容量的产品——到手的是240GB，其型号为SSDSC2CW240A3，使用了16 个英特尔的25nm NAND 颗粒， 型号为29F16B08CCME2， 每面8 颗，每颗容量16GiB，总容量达到了256GiB， 然而其标称值则是240GB（格式化容量则更少）。这里含有一个脚注，SandForce SF-2281 芯片带有一个叫做RAISE（Redundant Array of Independent Silicon Elements，独立硅片冗余阵列）的技术，可以通过一块额外的NAND 芯片冗余来提升降低不可恢复错误率，从而提升可靠性，例如，16 个NAND 芯片、容量256GiB 的SSD 520 使用RAISE 技术的话，将会只剩下240GiB 用户可见。这其实是一个专为低质量NAND 芯片设计的技术，不过显然英特尔对其自产的NAND 芯片质量很放心，因此SSD 520的低端型号没有使用这个功能，从效果上说，RAISE 技术跟通常保留一些容量用来进行磨损控制差不多。
SandForce SF-2281 是一块SATA 6Gb/s 接口的芯片，具有数据压缩的能力。SandForce 是一个年轻的厂商，其产品缺乏足够的检验，SF-2281 推出一段时日之后曾经出现过一些问题。英特尔的SSD 520 系列的测试和认证大约进行了一年多，目的就是为了解决SF-2281 的问题， 以达到英特尔所要求的可靠性。英特尔SSD 520 采用的是LSI 特别提供的Firmware，相信在英特尔和LSI 两大厂商的合作下，SandForce 芯片的可靠应用不会有什么问题。
性能测试
笔者使用了最新的SandBridge-E + X79 平台进行了测试，X79 芯片组提供了两个SATA 6Gb/s 接口。使用的操作系统为Windows 7 Ultimate x64， 驱动为RSTe 3.0.1.7016。测试中打开了NCQ 本地命令排序功能。测试软件为Iometer 1.1.0 rc1 版本以及PCMark Vantage x64。
限于篇幅关系，我们省略了连续读写的吞吐量性能图表，它们分别是536MB/s 和506MB/s，确实强悍。接着再来看业界最通用的衡量SSD 随机性能的项目：4KB 性能，如图2 所示，读取可以达到61220IOps， 比英特尔的SSD 320/SSD510 都要高20% 以上。而写入性能则很明显，看过我们以前SSD 评测文章的读者可以记起，通常4KB 随机写入性能都是随着队列深度的增长而降低的，而SSD 520 则不然，它随着队列深度的增长而提升，并达到28380 的峰值IOps， 要注意到的是我们Iometer测试采用的是100% 随机生成的数据，因此是几乎完全无法进行压缩的。图2 还给出了4KB连续写入测试的性能表现，达到了79898 的峰值IOps。总的来说，SSD 520的指标表现不错。
接下来进行的是PCMark Vantage x64 测试。因为SSD 520是一个带有数据压缩功能的固态硬盘，因此纯随机的Iometer 无法反映用户应用的性能，PCMark 这样的模拟用户操作的测试就刚好合适。测试结果不再单独做图，SSD 510250GB 的磁盘得分是38603，SSD520 240GB的磁盘得分是是58938，提升非常明显。
总结
英特尔SSD 520系列不仅仅是一个存储产品，它还带有数据处理能力——它具有独特的数据压缩功能，不过，SSD 520并不是使用这个功能扩大自身的存储容量，而是通过它降低写入数据量，起到提升性能、降低NAND芯片磨损、提高可靠性的作用。
计算机世界实验室 盘骏
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