家用固态硬盤的測試内容相對簡單，就是看看順序讀寫，4K随機讀寫性能。有些朋友比較關注SLC緩存外寫入速度，并對掉速現象深以為恨。實際上，固态硬盤真正發揮實力的場景是在服務器中，也就是要用到企業級固态硬盤。

這次PCEVA評測室将測試新一代PCIe 4.0接口企業級SSD。在消費級産品已經能夠跑滿PCIe 4.0帶寬的情況下，一起來看看企業級産品能夠帶來哪些改變。

本次測試的三款3.84TB容量企業級SSD：DapuStor R5101、英特爾D7-P5510、三星PM9A3，均具備1DWPD寫入耐久度指标，屬于讀取密集型産品。

這裡首先介紹下SSD的一些分類方式。通常大家将SSD分成企業級（服務器用）和消費級（家用）。而一些SSD制造商可能會進一步細分企業級産品：企業（Enterprise）SSD和數據中心（Data Center）SSD，差異主要是在性能層面。消費級固态硬盤通常也可稱為客戶級（Client SSD）。這次我們測試的DapuStor R5101和英特爾D7-P5510屬于企業級SSD，三星PM9A3屬于數據中心級SSD。另外還有一張1TB容量的消費級SSD作為參考。

大家對英特爾的企業級SSD應該都耳熟能詳，它們在二手市場也很受歡迎。這次測試的P5510屬于D7系列，在英特爾企業級SSD産品線中是僅次于使用傲騰的頂級産品。D7-P5510 3.84TB的順序讀取帶寬6500MB/s，順序寫入帶寬3400MB/s，4K随機讀寫700K/170K IOPS。

英特爾D7-P5510隻用到了兩顆螺絲固定，每個芯片上方都設置了導熱墊。斷電保護儲能電容耐壓35V，容量1000uF。

英特爾EAX 33339主控缺少具體資料，有可能是12通道設計。英特爾D7-P5510 3.84TB混合使用了29F01T2ALCQKI和29F04T2ANCQKI兩種不同編号的16顆NAND閃存顆粒。

英特爾144層堆疊3D閃存依然是獨樹一幟的Floating Gate浮栅結構，分為TLC和QLC兩種，D7-P5510上使用的是企業級eTLC類型。

三星企業級SSD擁有很高的市占率。這次測試的PM9A3提供U.2、M.2 22110和E1.S三種規格。U.2接口3.84TB型号的順序讀取帶寬6800MB/s，順序寫入帶寬4000MB/s，4K随機讀寫1000/180K IOPS。

三星PM9A3厚度隻有7mm，内部設計比較緊湊：

背面隻給電源管理芯片設置了導熱貼，看來三星對閃存發熱控制很有信心。四顆用于斷電保護的儲能電容來自韓國三和。

正面的主控、DRAM緩存、四顆NAND閃存以及電源管理芯片背面都設置了導熱貼。

ELPIS主控是不是很熟悉？沒錯，三星的消費級旗艦980PRO使用的就是同款主控。該主控為8通道設計，使用三星自家8nm工藝制造。在PM9A3當中，同ELPIS主控搭配的是三星128層V-NAND V6，自然也是eTLC類型。

作為近年崛起的國内頭部企業級存儲廠商代表，大普微（DapuStor）具備從芯片設計到産品交付量産全棧能力，産品涵蓋使用eTLC閃存的企業級固态硬盤和使用XL-Flash的SCM存儲級内存。

這次測試的DapuStor R5101是大普微嵘神5系列成員，主打低延遲、高可靠及易擴展。3.84TB型号的順序讀取帶寬7400MB/s，順序寫入帶寬5700MB/s，4K随機讀寫1750K/240K IOPS。

擰下正面的4顆内六角螺絲即可打開DapuStor R5101，PCB通過另外4顆螺絲固定一側外殼上。8顆NAND閃存顆粒、5顆DRAM緩存顆粒，通過導熱膏向外殼傳遞散熱。

如果是更大的7.68TB容量型号，主控這一面也将會有閃存和DRAM緩存：

DPU616主控是大普微自主研發的16通道智能SoC，使用12nm FinFET工藝制造，支持4K LDPC糾錯。LDPC碼長從2K增加到4K可帶來更強的糾錯能力。主控還在IO路徑上進行了多項優化，從而在混合讀寫下提供更優的延遲和QoS表現。

用于斷電保護的尼吉康儲能電容：

編号為TH58LKT2Y45BA8H的铠俠企業級eTLC閃存，屬于112層堆疊BiCS5，并且是4 Plane高性能類型，寫入速度接近普通2 Plane版本的兩倍。DRAM緩存來自南亞，DDR4類型，8Gb容量，耐溫0到95度。

平時大家接觸到的家用SSD在标稱讀寫性能的時候都有一個Up to xxxx MB/s，也就是至高多少兆每秒，這個峰值速度需要借助SLC緩存的幫助才能在理想狀态下實現。家用環境默認使用負載是比較低的，所以不會标出SLC緩存用完後的性能。

在下面的規格表中可以看到，企業級固态硬盤的性能指标跟消費級旗艦相比并沒有更大的優勢，三星PM9A3的指标相比使用同款主控的消費級旗艦980PRO還略低一些，這是因為企業級SSD并不追求極限爆發性能，而是需要充分考慮重負載條件下能夠持續輸出的性能，并且竭盡所能在各種條件下都提供一緻的性能表現。

得益于大普微DPU600系列主控的強悍實力，DapuStor R5101的性能指标明顯更強一些，其1750K IOPS的4K随機讀取性能已經遠遠超越現有消費級SSD。

此外，企業級SSD相比消費級SSD還具備很多優勢。比如更高的耐久度：

更強的性能：

更強的保護：

企業級固态硬盤使用冗餘數據恢複技術來處理閃存中多個die失效的故障，并且不影響數據完整和業務運行，UBER不可修複的錯誤比特率通常會比消費級SSD低一到兩個數量級。

企業級固态硬盤還可提供全路徑端到端數據保護，在數據從主機端通過 PCIe 鍊路傳輸到SSD主控，主控将數據傳輸到閃存接口，再通過閃存接口将數據寫入閃存顆粒中，再返回給主機端的整個傳輸路徑中，每一段傳輸路徑都有糾錯/檢錯算法保證數據被正确傳輸，降低靜默錯誤風險。

以上介紹完産品還有基本的紙面，下面進行實測來體驗企業級真正的實力

CPU：AMD Ryzen 7 5800X @ 4.6GHz

主闆：AMD X570

内存：16GB DDR4-3200

SSD：STEC s620 200GB（系統盤）

DapuStor R5101 3.84TB（FW:FF002100）

Intel D7-P5510 3.84TB（FW:JCV10200）

Samsung PM9A3 3.84TB（FW:GDA5402Q）

某消費級PCIE4.0旗艦（對照盤）

OS：Windows Server 2019/Ubuntu 21.10

本次測試依然是在PC測試平台上進行，通過同樣的腳本測試，讓三款企業級固态與一款消費級旗艦進行對比，已經能體現出來明顯優勢。除了用于對照的消費級SSD直接安裝在CPU直連的M.2插槽之外，三款企業級SSD在測試時均通過U.2轉接卡連接到CPU直連的主闆PCIE插槽。

CrystalDiskInfo信息識别：三款企業級SSD均使用PCIe 4.0 x4接口，DapuStor R5101和三星PM9A3支持NVMe 1.4協議，英特爾D7-P5510則沿用NVMe 1.3。

在測試英特爾D7-P5510的時候發生了一個小插曲，這塊測試樣品默認使用了512B 8B的扇區格式，Windows Server 2019無法正确識别，而在Linux下則能夠正常工作。我們在Linux下通過nvme-cli将其高級格式化為标準的512B扇區，成功解決了這個問題。

在我們熟悉的Windows操作系統中，CrystalDiskMark是非常好用的SSD帶寬和IOPS測試工具。隻需簡單調整就可以評估SSD能否達到其标稱性能。

不過這一次CrystalDiskMark失靈了，Windows系統似乎在1000K IOPS左右存在一個瓶頸，無法測出DapuStor R5101應有的1750K随機讀取IOPS。即便請出IOMeter也僅僅是能跑出7500MB/s順序讀取，4K随機讀取IOPS依然無法體現出來。

而在Linux系統下，DapuStor R5101通過fio可以輕松跑出1800K IOPS。除了平均延遲之外，fio還提供詳細的99百分位延遲信息。雖然很多Linux下的測試工具沒有漂亮的圖形界面，但性能與功能都比Windows下的同類軟件更強，後續的測試也将以Linux系統為主。

ezFIO是經NVM Express推薦的企業級SSD綜合測試，它是一個可重複進行的穩定态性能測試腳本。在測試開始前有兩次全盤容量寫入的預處理階段，幫助模拟企業級SSD的長期性能。ezFIO同時支持Windows和Linux平台，測試完成後可自動生成測試報告。以下成績在是Linux系統下搭配fio 3.27測得。

ezFIO的長期性能穩定性檢驗通過穩定态随機混合讀寫進行，根據平均IOPS和标準差計算得出變異系數，變異系數越低說明SSD在長期高負荷使用後的性能越穩定，越不容易産生程序需要等待IO的情況（卡頓）。

DapuStor R5101 3.84TB的穩定态混合随機讀寫20分鐘平均IOPS為460071，變異系數1.42%。

英特爾D7-P5510 3.84TB的穩定态混合随機讀寫20分鐘平均IOPS為313174，變異系數1.60%。

三星PM9A3 3.84TB的穩定态混合随機讀寫20分鐘平均IOPS為356543，變異系數為0.70%。

作為參照的消費級1TB SSD，穩定态混合随機讀寫20分鐘平均IOPS為43181，變異系數為21.34%。從平均IOPS來看，消費級PCIe 4.0 SSD能達到企業級的十分之一左右，但高負載下糟糕的性能穩定性使得10塊消費級SSD加起來也不能充當一塊企業級SSD來使用。

三款企業級SSD的穩定性表現都非常不錯，其中三星PM9A3的穩定性最佳（變異系數0.70%），DapuStor R5101的綜合性能表現更好。

接下來的穩定态4K随機讀寫測試，又到了企業級和消費級的岔路口。消費級SSD的随機讀寫IOPS都建立在SLC緩存基礎上，而企業級SSD則會按照穩定态标注，一個是最佳狀态，一個是最惡劣條件。

測試的結果也比較符合我們的預期：DapuStor R5101 3.84TB穩定态4K随機讀寫符合1750K/240K IOPS标稱值、英特爾D7-P5510 3.84TB穩定态4K随機讀寫符合700K/170K IOPS标稱值、三星PM9A3 3.84TB穩定态4K随機讀寫符合1000K/180K IOPS标稱值。對照用的消費級旗艦固态穩定态4K随機讀寫777K/14K IOPS，讀取尚能達标，寫入則比理想狀态下定義的标稱值低了将近40倍。

下面是穩定态4K混合讀寫測試，其中讀取占比70%，寫入占比30%。為什麼要測試混合讀寫？讀取和寫入同時進行的難度遠比純讀取或純寫入高，但恰恰是這種難度更高的情況更貼近實際使用。金庸小說射雕英雄傳裡練成左右互搏術的僅有3人，SSD要在混合讀寫一項上取得好成績更是考驗廠商的技術實力。

消費級SSD在自身能力上同企業級SSD有着巨大差距，能順利跑完測試就算成功了。DapuStor R5101則延續它在純讀取和純寫入時的領先優勢，以459K IOPS的成績奪魁，領先第二名的三星PM9A3大約28%。

ezFIO腳本還提供了4K混合随機讀寫的99百分位延遲數據，有助于全面評估SSD在複雜高壓條件下的性能一緻性表現。圖中将讀取（左）和寫入（右）延遲分開統計，橫軸是延遲，越低越好，不同QD下成績越接近越好。

DapuStor R5101 3.84TB：

英特爾D7-P5510 3.84TB：

三星PM9A3 3.84TB：

整體來看三塊企業級SSD各有千秋，DapuStor和三星的寫入延遲較低，但英特爾的可預期延遲範圍更集中一些。

SSS PTS的全稱為Solid State Storage Performance Test Specification，即固态存儲性能測試規範，它由SNIA存儲網絡行業協會制定，當前最新版本是2.0，包括針對企業級SSD的PTS-E規範以及針對消費級SSD的PTS-C規範。

PTS測試在設備而非文件系統級别進行，通俗的說就是SSD在沒有分區的狀态下進行。PTS測試的是SS（Steady State穩定态）性能，而非FOB（Fresh-Out-of-the-Box開箱狀态即出廠态）表現。

為了使SSD達到穩定态，PTS測試需要先執行預處理，也就是我們常說的“填盤”：用随機數據寫入全盤2倍容量。而後執行一系列随機寫入，穩定态的判定方式為：檢查測試窗口中的4K随機寫入、64K R65:W35混合随機寫入和1024K随機讀取三項成績，允許波動範圍 -10%，确認SSD已經進入穩定态後才會繼續後續測試。

接下來是對SSS PTS測試報告内容的解讀。SSD PTS測試報告會展示測試平台的軟硬件配置情況（包括主闆、CPU、内存以及操作系統、測試軟件版本等）、受測SSD的信息（包括制造商、型号、序列号、固件版本、容量、擦除方式、寫入緩存開關等）、測試設定（包括數據模型、測試範圍、預處理方式等等）。下圖是DapuStor R5101 3.84TB的SSS PTS測試信息：

SSS PTS測試的内容包括512字節、4K、8K、16K、32K、64K、128K和1MB塊大小，在0/100、5/95、35/65、50/50、65/35、95/5和100/0混合讀寫比例下的穩定态IOPS，并以數據表格、2D和3D圖示三種形式進行展現。首先是DapuStor R5101 3.84TB的成績：

然後是英特爾D7-P5510 3.84TB的成績：

最後是三星PM9A3 3.84TB的成績：

作為參照物的消費級PCIe 4.0 SSD，我們為它降低難度，選擇适合它的PTS-C測試标準，測試範圍從100%降低到75%，寫入緩存從禁用改為啟用：

即便是降低了考試的難度，這款産品依舊壓力很大，畢竟現在消費級SSD突出的都是爆發力，針對家用系統盤環境極優化的SLC緩存算法，不一定适合穩定态。

為了方便對比，我們直接把PTS成績中的數據表格拼到同一張圖中：

DapuStor R5101的穩定态性能全面超越了其他對手。三星和英特爾之間的戰況膠着，在512字節和4K塊大小上三星有比較明顯的優勢，而在64K以上則是英特爾占優。消費級參照型号繼續打醬油，就無需過多評論了。

PCMark 10盤性能一緻性測試是Windows系統下的長期高負載測試。測試開始前有兩次全盤填充過程、結束後有一次全盤填充過程，此外，每個性能降級階段将随機寫入1分鐘或50GB，以先到者為準，這就使得高性能的企業級SSD有機會更快地完成整個測試。

最終DapuStor R5101以3小時37分5秒率先到達終點，三星PM9A3和英特爾D7-P5510的用時分别為4小時50分36秒和4小時55分5秒。作為參照的消費級SSD則耗時11小時41分36秒。各盤成績對比如下：

一張盤跑上好幾個小時，消耗數十TB的寫入壽命，如果就隻看這麼一個總分成績就太不劃算了。下面我們導出詳細測試數據進行分析。PCMark 10盤性能一緻性測試在大量随機寫入過程中摻雜了若幹存儲性能測試項目，其中包括代表大文件同盤内複制（混合讀寫）的cp2：4個ISO鏡像文件，共計20GB。DapuStor R5101最快，三星PM9A3次之，英特爾D7-P5510第三。作為參照的消費級SSD一旦進入到性能降級階段就開始打醬油了。

代表零碎小文件同盤内複制的cps2：339個JPEG圖片文件，共計2.37GB。英特爾D7-P5510在這個測試中強勢翻身奪得第一，DapuStor R5101和三星PM9A3分居第二和第三。作為參照的消費級PCIe 4.0 SSD除了開始階段的亮點（SLC緩存爆發力強）之外，就沒有了太多表現的機會。

代表設計應用的Photshop重負載測試psh：DapuStor R5101表現得遊刃有餘，英特爾D7-P5510排名第二，三星PM9A3屈居第三，但性能一緻性表現的還可以。

下表為穩定态階段Photoshop重負載項目的第99百分位延遲數據。

VDBench是甲骨文推出的存儲性能評估工具，能夠支持去重和壓縮等特性，我們參考PURESTORAGE的數據制作了模拟甲骨文數據庫、VDI、VCI三種企業級應用負載的測試腳本，并将IOPS和延遲的關系制表。圖中橫軸為IOPS為IOPS（越高越好），縱軸為對應的延遲（越低越好）。iorate的原理是VDBench先以無限制的方式測一次IOPS，而後以其作為100%基準，按照curve參數中給出百分比的IOPS為目标測定延遲。

在VDBench甲骨文數據庫工作負載中，DapuStor R5101 3.84TB以192477 IOPS和663us的成績排名第一。三星PM9A3 3.84TB以116021 IOPS和1102us延遲的成績位列次席。

VDI虛拟化桌面模拟測試，排名順序不變：DapuStor R5101 3.84TB以195731 IOPS和646us的成績勇奪頭名，其後分别是三星PM9A3、英特爾D7-P5510。

VSI虛拟化存儲模拟測試，消費級SSD直接将雙手舉過了頭頂，這畢竟不是它該來的賽場。DapuStor R5101 3.84TB則以141327 IOPS和897us的成績遙遙領先于其他競争對手。

VDBench的iorate曲線功能可以方便得顯示出各SSD在逐步達到其極限之前的延遲增長情況。三個測試項目的成績排名順序一緻：DapuStor R5101、三星PM9A3、英特爾D7-P5510。

這是近幾年來PCEVA首次正式評測企業級SSD，雖然測試沒有在真正的服務器平台上進行，但我們盡最大努力讓每個讀者能夠由淺入深地了解一些企業級SSD同消費級SSD差異、企業級SSD的測試方法和原理。

本次測試的三款企業級SSD來自三星、英特爾和大普微。從全球市場來看，三星和英特爾的企業級SSD的出貨量分别位居第一和第二位。DapuStor R5101則是當前最具實力的國産企業級SSD之一，它使用的DPU616主控在去年榮獲2021中國芯“芯火”新銳産品獎，于穩定态混合随機讀寫性能上有着極為出色的表現。

性能上，同樣是PCIe 4.0接口，消費級SSD追求各項“全能”，同時滿足辦公、遊戲、設計需求，但是隻适合處理讀取為主的中輕度任務。企業級SSD在外觀和性能指标上都顯得樸實無華，但所标稱的性能卻是實打實的不含水分，他們的重負載使用性能是消費級SSD無法企及的。

安全性上，企業級SSD不僅具備比消費級SSD更低的UBER（不可修複的錯誤比特率），還提供閃存die級别的内部冗餘數據安全保護，自身故障率更低。此外，企業級SSD能夠提供“可預期的性能”，這一點對于給SSD組建RAID陣列非常重要。消費級SSD由于SLC緩存釋放等因素的影響，強行組建RAID陣列不僅性能差而且容易導緻陣列崩潰。而企業級SSD則可以通過RAID陣列進一步增強原本就更高的數據安全性。

用過企業級SSD之後，小編才感受到了SSD的真正實力：它提供了酣暢淋漓的舒适感、無後顧之憂的信任感和安全感。經常感歎SSD一年不如一年的朋友或許可以開拓一下新視角。

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