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英特尔企业级固态硬盘DC S3500评测[转]
作者: 连众商城 时间:2014-06-20

 

1Intel S3500 SSD特色剖析.  能够归纳起来,Intel SSD DC S3500公司级固态硬盘有两个很显着的特色:20nm MLC芯片、Intel第三代主控,此外,还有一个不算十分突出的:完好的维护功能。它们对晓得SSD DC S3500的特性体现十分重要,接下来咱们将对它们进行别离介绍。

  20nm MLC芯片:关于非写入密布运用  


Intel SSD DC S3500上面运用的20nm MLC NAND颗粒,类型Intel 29F32B08MCMF2-ES(来历:ZDnet,下同)

  首要是运用20nm MLC芯片,这极好了解,和前面说过的类似:由于选用了它致使了耐久度的下降(格外低,S3500选用的是一般的MLC而不是Intel的HET MLC),P/E周期大约为3000次;20nm MLC的长处则是新的技术带来功耗和本钱下降,因而咱们能够看到,平等容量DC S3500要比DC S3700便宜不少。作为比照,依据JESD218耐久度标准,800GB的S3700,耐久度为14.6PB,800GB的S3500只需450TB,300GB的SSD 710耐久度也能到达1PB。清楚明了,S3500并非面向高强度写入运用。

  Intel第三代主控:处置推迟疑问

  而在明白Intel的新主控带来的改变之前,咱们得先温习一下SSD的存储原理。咱们都晓得,和HDD天然生成的不一样,SSD的读写单位为页(Page),页的一般巨细为4KiB或8KiB;HDD的读写单位为扇区(Sector),一般巨细为512B或许4KiB。而在擦除NAND的时分,则运用块(Block)为单位,一个块一般包含着128或256个Pages;HDD则没有这个概念。关于Intel的25nm NAND来说,一次擦除即是2MiB(8KiB每页)。

  OK,这即是在处置上SSD和HDD的根本不一样,由此衍生出一大堆不一样的功能差异来。一般,为了坚持上层操作体系/文件体系的一致性,SSD通过主控来隐藏了这个不一样处置过程的差异,这个作业引进的即是FTL(Flash Translation Layer,闪存变换层),FTL将操作体系了解的LBA(Logical Block Address,逻辑块地址)变换到SSD的PBA(Physical Block Address,物理块地址)。LBA到PBA显着是一张映射表,在HDD上,它是1:1对应联系,除了缺点办理之外不会改变,而在SSD上,由于磨损平衡的联系,同一个LBA对应的PBA并不是固定不变的,因而,这个映射表是动态改变的。显着,FTL的变换功能影响着SSD的功能,这也是咱们重视SSD主控的缘由之一。

 
按查找方法区分的数据构造。FTL即是在一个数据构造中进行查找或其它操作以保持一个LBA到PBA的映射联系

  FTL维护着动态改变的映射联系,这个映射联系一般是用一个叫B-tree的数据构造来保留,这个数据构造保留在SSD上面,可是一般会让FTL主控保留在一个Cache傍边,以加速处置速度。留意B-tree的B是Balance,而不是Binary,前者是平衡多叉树,后者是二叉树。差异在于,前者不约束二个分叉,因而,B-tree树的高度一般比后者的要低,操作功率更高。

  


B-tree示例,能够看出,B-tree是一个有序调集,查询从树根开端一直到某一结点;通过B-tree,FTL能够以最低O(log2N)的功率进行LBA到PBA的映射查找

  B-tree的如B+-tree、B*-tree、FD-tree等等的改进型广泛运用于存储有关的部件傍边,如在文件体系中的运用就十分多。类B-tree的一个重要的疑问即是其查找功能杰出,但是其割裂、刺进结点的操作相对缓慢。在FTL进行读取操作时需求的即是对B-tree进行查找,而写入则需求进行割裂、刺进;对SSD接连的写入能够让一个结点包含一大块地址来处置,而随机写入则只能让B-tree变大,这会带来很显着的推迟,因而SSD的随机写入功能一般都比读取要慢。


第一代Intel SSD主控:PC29AS21AA0,来自Intel SSD X25-E,Cache为16MiB DRAM

  


第二代Intel SSD主控:PC29AS21BA0,来自Intel SSD 710,Cache容量为64MiB DRAM

  这个B-tree——映射表一般保留在Cache傍边(再一次:这点跟CPU傍边的TLB很像),在Intel的第一第二代上,调配了一个容量相对较小的Cache,别离为16MiB和64MiB,Intel引认为豪的是这个Cache彻底不保留用户数据,仅保留映射表,因而掉电维护只需求很小的电容就能到达。和其它SSD相对较小的Cache是Intel SSD的一个特色,不过这带来了一个疑问:映射表不能彻底载入Cache傍边,而且,映射表也需求不停地对进行紧缩、重平衡,这带来了进一步的推迟。  


4KiB随机读取推迟比照:低行列深度下,SSD 710的推迟较低,但是跟着行列深度增加,其推迟增加比SSD 520显着要快;SF2281主控内置SRAM,容量不明  


4KiB随机写入推迟比照:在1行列深度下,SSD 710的推迟是SSD 520的1.55倍,在256下飙升到10.7倍;测验依据非对齐的重复数据,因而SF2281能够发动其硬件紧缩引擎

  依照映射表在DRAM Cache中缓冲多寡来分的话,SSD能够分为DRAM彻底缓冲、DRAM有些缓冲、DRAM彻底不缓冲型,还有一种主机内存彻底缓冲型(映射表保留在体系内存中,由驱动维护)。显着,Intel PC29AS21AA0和Intel PC29AS21BA0归于DRAM有些缓冲型,而SandForce SF2281则归于DRAM彻底不缓冲型——不过SF2281内置SRAM进行了有些缓冲,两种计划能够看做有些相似。在上面的比照中咱们能够看到,Intel的第二代主控推迟体现不甚抱负,格外是4KiB随机写入,比SF2281要慢许多。需求阐明的是,背面的要素有些复杂,在咱们的比如傍边,运用的测验数据是重复数据,因而在SF2281硬件紧缩引擎的效果下,能够有充沛的带宽去读取Flash芯片上的映射表。


第三代Intel SSD主控:PC29AS21CA0,来自Intel SSD DC S3500,Cache容量为1GiB DRAM

  到了第三代主控,Intel运用了彻底不一样的做法:它取消了B-tree运用了一种平面1:1映射表,并彻底装载入新的1GiB大容量DRAM傍边,因而不再需求动态维护B-tree。因而PC29AS21CA0的随机操作推迟格外是写入推迟理论上会有很显着的下降,此外,推迟的时刻不均衡性也会得到下降,Intel声称SSD DC S3500能够供给75K/11K的4K随机读写推迟,而且供给了一致性的IO推迟——也即是说,供给一致性的IOPS,不会由于长时刻的运用或许边界条件而致使很差的功能。


Intel SSD DC S3500的随机读写一致性,Intel确保供给在99.9%的情况下能够到达90%的读IOPS和75%的写入IOPS

  完好的数据维护:面向数据中心

  运用新的映射表架构的价值是需求关于1GiB容量的DRAM进行掉电维护,Intel的做法和此前没有什么不一样,都是选用了大电容来进行维护,不过具体完成不太一样:


Intel SSD 710上的6个KEMET基美的T520系聚合钽贴片电容,标准为6V 470uF


Intel SSD DC S3500上具有两个35V 47uF的NCC(日本化工)Chemi-con KZH系列黑金刚铝电解电容

  可见,不知为何,对比SSD 710,SSD DC S3500的储电能力有所下降,这样的改变一定有其缘由。

  除了掉电维护之外,SSD DC S3500还具有完好的端到端数据维护,包含SRAM Cache、DRAM Cache、Flash NAND等全部都具有ECC维护,而且S3500供给AES-256数据加密维护,而Intel SSD 710和Intel SSD 520都只撑持AES-128。

  归纳


还有一些值得一提的要点是:新的操控器撑持SATA 6Gb/s,供给7mm 2.5"和5mm 1.8"两种外形因子,可靠性为200万MTBF小时

2Intel S3500 SSD:外观.  看完对SSD DC S3500的特色介绍,咱们接下来来实践看看这个商品的姿态:


Intel SSD DC S3500只需这样的环保纸盒包装,没有零售版本

  我很置疑公司用户是不是会需求背面那张SPEED DEMON贴纸,除了贴纸之外,S3500彻底没有其它附件


Intel SSD DC S3500固态硬盘,7mm 2.5“外形因子


和一般固态硬盘略微不太一样的是,它一起能承受+5V和+12V输入,额定电流别离为1.44A和0.6A,简略计算能够得到一样的标称功耗数值:7.2W  


另一面是一如既往的粗糙……


你想要拆解的话,需求把正面的贴纸掀起一角,这一点也和之前的类型不一样

3Intel S3500 SSD:拆解.  除了一个螺丝孔被遮住这一点之外,S3500的拆解丝毫不成疑问:


拆开来首要看到的是非主控那一侧,此外,拆下来的盖子能够看到有塑料膜维护层,公司级商品仍是考究一点


这无主控的一面还有玄机:仔细观察,第二排最右一个NAND芯片与其他七片很不一样,它的类型为Intel 29F16B08LCMF2,其它为Intel 29F32B08MCMF2-ES。


公司级SSD的考究:防震加固PCB的几个小部件

  


Intel SSD DC S3500的主控侧

  除了FTL闪存变换层的改变之外,PC29AS21CA0仍是Intel首个依据SATA 3.0的操控器,它撑持SATA 6Gb/s速率,撑持ATA8-ACS2和SCT指令集,撑持SMART、NCQ和Trim。PC29AS21CA0是一个8通道的主控,之前的BA0、AA0均为10通道。它调配了两块Micron的D9PCP DDR3-1600 ECC DRAM。

  此外,跟另一面比照,SSD S3500主控这一面的NAND芯片也有玄机:第二排最终一个NAND与众不一样,它的类型为Intel 29F64B08NCMF2-ES,其它为Intel 29F32B08MCMF2-ES,联系另一面,能够看到S3500一共用了14片32GiB的29F32B08MCMF2-ES、1片32GiB的29F64B08NCMF2-ES、1片16GiB的29F16B08LCMF2。总容量为528GiB,供给给用户的则是480GB,留意到GiB和GB的差异,有约15.3%的总容量用于寄存映射表、ECC以及Over Provisioning和Wear Leveling。这样不对称的调配有些怪异,它标明映射表能够是保留在固定的NAND芯片上面。


两个35V 47uF的NCC(日本化工)Chemi-con KZH系列黑金刚铝电解电容。


Intel SSD DC S3500总拆解图

  看完拆解,接下来咱们就开端预备测验了。

4Intel S3500 SSD:测验.  咱们运用了一台Intel Sandy Bridge-E + X79渠道来进行测验,Sandy Bridge-E是Intel顶端的桌面渠道(直到近来被Ivy Bridge-E代替)。渠道选用Core i7 3960X处置器,主频3.33GHz,调配的芯片组为Intel Patsburg,也即是PCH X79。CPU供给了40个PCI Express Gen3 Lanes,PCH额定供给了8个PCI Express Gen2 Lanes。PCH X79供给了6个SATA接口:2个SATA 6Gb/s、4个SATA 3Gb/s,Intel SSD DC S3500接在第二个SATA 6Gb/s接口上。测验运用的操作体系是Windows Server 2012 Datacenter,安装了最新的Intel Rapid Storage Technology 12.8.0.1016驱动。运用的测验软件为Iometer 1.1.0 rc1。

  测验渠道、测验环境

  测验分组

  种类Intel Sandy Bridge + X79测验渠道

  Intel Core i7 3960X

  32GiB RAM

  处置器子体系

  处置器Intel Core i7 3960X

  处置器架构Intel 32nm Sandy Bridge-E

  处置器封装2011 FC-LGA

  45.0 mm x 52.5 mm

  2270M Transistor

  处置器标准六核

  TDP: 130W

  处置器指令集MMX,SSE(1,2,3,3S,4.1,4.2),EM64T,VT-x,AES,AVX

  L3 Cache20MiB @ Core Speed

  20路组相关

  内存操控器每CPU集成四通道DDR3 1600

  内存4GiB DDR3 1600 SDRAM x8

  @ DDR3-1600

  IO子体系

  PCI ExpressCPU:40 Lanes PCI Express 3.0

  PCH:8 Lanes PCI Express 2.0

  SATASATA 6Gb/s x2

  SATA 3Gb/s x4

  存储子体系

  SSDIntel SSD DC S3500 480GB

  操控器Intel PC29AS21CA0

  接口SATA 6Gb/s

  软件环境

  操作体系Windows Server 2012 Datacenter x64

  驱动程序Intel Rapid Storage Technology 12.8.0.1016

  测验软件Iometer 1.1.0 rc1

  咱们首要测验了Intel SSD DC S3500的基准功能目标,并对其推迟进行了要点测验,接着进行运用功能目标测验。测验成果与Intel SSD 710和SSD 520进行比照。最终,咱们还进行了一些格外的测验。在阅读接下来的测验前,咱们再来温习一下二进制词头:

  IEC(International Electrotechnical Commission)在1998年提出了新的二进制词头,在一般的SI十进制词头后边增加了一个字母i,i标明的是binary,例如,1KiB=1024B,顺次类推,这套记法被称为IEC 60027-2单位制,后来演变成ISO/IEC IEC 80000-13:2008标准。

  在后边咱们能够看到4KiB、1MiB等容量,可有4KiB=4096B、1MiB=1024KiB=1048576B=1048.576KB=1.048576MB,请加以留意。

5Intel S3500 SSD:基准测验.  首要进行的是基准目标测验:4KiB和1MiB下的功能:


接连读取功能测验


随机读取功能测验

  成果能够不令人惊奇,Intel SSD DC S3500供给了92.8K的4KiB接连读取IOps和84.3K的4KiB随机读取IOps,比Intel SSD 710别离要高108%和88.6%。

 

写入功能测验

 

 

接连功能测验

  Intel SSD DC S3500的4KiB接连写入和随机写入能够到达约62.8K和63.7K,其间随机写入要比SSD 710高出许多,和默认的标称值11K也有显着的距离,这个是怎么回事呢?下一页咱们再具体介绍。

 

读取功能测验

 

 

写入功能测验

  运用1MiB的块巨细,Intel SSD DC S3500能够获得546MiB/s的接连读取传输速率,留意MiB和MB的别离,换算曩昔能够到达572MB/s,很挨近SATA 6Gb/s接口600MB/s的上限了。写入则大约在410MiB/s摆布,峰值为423MiB/s。

6intel S3500 SSD:随机推迟/读写格外测验.  前面说过,第三代Intel SSD主控选用了彻底不一样的FTL逻辑,因而其推迟会有提高,接下来咱们就来看看这个提高:


随机读取推迟

  对比710,S3500在32行列深度下降了47.2%的推迟,在256行列深度下降了46.8%的推迟;在256行列深度,S3500比照SSD 520也要低27%。


随机写入推迟

  写入有两种情况:4KiB块对齐和不对齐,不对齐写入会有什么影响?这意味着4KiB的写入会跨过两个4KiB的Pages,这会很大地下降写入功能。依据测验,对齐和不对齐,S3500的推迟数值改变有5.9倍。不对齐写入,在高行列深度下,SSD S3500的推迟是SSD 520的3倍,改为对齐写入的话,推迟则反而只需SSD 520的42.8%(256行列深度);至于SSD 710的推迟……在256行列深度下到达了103ms,是S3500的25倍!


随机写入功能测验

  因而,依据对齐和不对齐,咱们具有两个IOps曲线,4KiB对齐随机写入为63.7K IOps,4KiB不对齐随机写入为14.7K IOps,后者和标称的11K挨近,因而咱们晓得了,Intel给出的标称值是不对齐情况下的。


随机写入功能测验

  重新做了一个包含对齐和不对齐的IOps图。如今许多HDD都已经迈向了4KiB扇区,而许多SSD也已经开端运用4KiB对齐读写作为目标,Intel大概顺应潮流才对。

  咱们的测验标明,Intel的第三代操控器具有着特殊的体现,在256行列深度下,读取推迟下降了46.8%,写入推迟下降了96.0%!在32行列深度下,读取推迟下降为47.1%,写入推迟下降为95.4%,效果显著,随机读写IOps也跟着显着提高。

7Intel S3500 SSD:运用目标功能测验.  测验完基准功能目标之后,咱们再来看看公司运用脚本下的功能:


文件服务器:17.4K IOps。


网站服务器: 25.6K IOps。

 


数据库服务器:23.6K IOps。


作业站:29.4K IOps。

  比照运用第二代操控器的Intel SSD 710,Intel SSD DC S3500在各种运用中提高的起伏在1倍到3.8倍摆布。

8Intel S3500 SSD:数据维护格外测验.  咱们对Intel SSD DC S3500运用的电容对比在意,正好笔者手上有一个UNI-T UT61E万用表,预示就进行了一个额定的小测验:


电路板上的两个35V 47uF的NCC(日本化工)Chemi-con KZH系列黑金刚铝电解电容:


 电压测验

  作业时电容上的电压高达33.29V,留意人体安全电压是36V,因而这个固态硬盘可不能随意乱碰!也因而SSD内部增加了塑料内衬以起维护效果。为何要糟蹋很多的PCB来增加DC-DC升压线路将电压从+5V/+12V升到33.29V,而不是运用Intel SSD 710上面的贴片计划呢?能够是为了保持PCB的电气功能。不过,虽然运用了较高的电压,不过其储存电量通过计算依然不及SSD 710,这个大概就如前面所说的,第三代Intel操控器的映射表保留在特定的NAND芯片上,这个很能够跟S3500选用的非对称NAND芯片计划(14个32GiB芯片、1个64GiB、1个16GiB)有关——电容只需求对该NAND芯片供电即可。


Intel SSD 710上的6个KEMET基美的T520系聚合钽贴片电容,标准为6V 470uF

9Intel S3500 SSD:总结.  Intel SSDDC S3500选用了Intel的第三代SSD主控:PC29AS21CA0,其FTL映射表扔掉了以往的B-tree构造而转用1:1的平面构造,并通过高达1GiB的DDR3-1600 DRAM(较低容量的类型运用512MiB的DRAM)将整个映射表缓冲,然后到达了极为出色的随机拜访功能,依据咱们的测验,Intel SSD DC S3500 480GB在256行列深度下,读取推迟下降了46.8%,写入推迟下降了96.0%,它能够供给84.3K的4KiB随机读取IOps以及63.7K的4KiB随机写入IOps,远比依据第二代主控的Intel SSD 710要高。


第三代Intel SSD主控:PC29AS21CA0,来自Intel SSD DC S3500,Cache容量为1GiB DRAM

  仅仅需求留意的是63.7K的4KiB随机写入数值需求4KiB块对齐,在不对齐的情况下,S3500只能到达14K的4KiB随机IOps。


Intel SSD DC S3500总拆解图

  通过实践检测,咱们还发现了SSD DC S3500内部运用两个35V 47uF的电解电容,储存了高达33.29V的电压,这样的构造能够跟S3500选用的非对称NAND芯片计划(14个32GiB芯片、1个64GiB、1个16GiB)有相关。


Intel SSD DC S3500固态硬盘,20nm MLC,发布日期2013年Q2,代号Wolfsville

  还有一项未来得及体现的是IOps安稳性,在咱们的测验傍边,Intel SSD DC S3500体现很安稳,包含SSD 710的固态硬盘在通过笔者的测验脚本测验数次之后,功能都有较显着的下降,S3500则没有。除了不太耐写之外,Intel SSD DC S3500是一个让人十分满意的商品,这让笔者对Intel SSD DC S3700的爱好变得更大了。


Intel SSD DC S3500拥有比标称值高4.5倍的4KiB随机写入功能,只需你的操作是4KiB对齐的

 

 

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