前言

NAND閃存新領導者

SK海力士吸收了英特爾的閃存與SSD業務。Solidigm在2021年底成立，成為當前唯一同時掌握Charge Trap電荷捕獲結構和Floating Gate浮柵結構兩種當代3D NAND技術的公司。

Solidigm一名由Solid-state（固態）和paradigm（范式）兩個詞組合而成，取樹立固態存儲行業范式之意，目標是成為優化數據存儲解決方案的首選合作伙伴。

D7-P5520和D7-P5530是Solidigm成立后推出的新產品，使用具有高密度、高讀性能和高性價比特點的Floating Gate浮柵結構3D NAND閃存。

D7-P5520設計用于讀取密集型和輕型混合工作負載，D7-P5620設計用于混合工作負載，二者分別提供1 DWPD和3 DWPD耐久度指標。

D7-P5620提供1.6TB到12.8TB容量選項，2. 5寸U.2規格。D7-P5520則提供1.92TB到15.36TB容量選項，同時提供U.2、E1.S（9.5mm厚度）、E1.S（15mm厚度）和E1.L四種規格。

本次我們測試的是U.2規格的D7-P5520 7.68TB，標稱順序讀寫速度7100/4200 MB/s，4K隨機讀寫1100K/220K IOPS，4K隨機讀寫延遲75/15 μs。

根據官方數據，Solidigm D7-5520相比Intel D7-P5510 4K隨機讀取性能提升42%、4K隨機寫入提升17%，延遲降低多達43%。

D7-P5520和D7-P5620系列采用相同的NAND、固件及控制器，產品認證過程簡單高效，同時我們也可以通過為D7-P5520 7.68TB增加OP容量來模擬D7-P5620 6.4TB的表現。

測試平臺和信息識別

測試平臺：

CPU：intel Core i9-12900KS（關閉能效核，禁用EIST、C State）

主板：ROG MAXIMUS Z690 APEX

內存：金士頓DDR5-5200 8GBx2

SSD：STEC s620 200GB（系統盤）

Solidigm D7-P5520 7.68TB(FW:9CV10200)

某消費級PCIE4.0旗艦(對照盤)

OS：Windows 11 / Ubuntu 22.04 LTS

不同于很多企業級固態硬盤完全不支持ASPM節能，Solidigm D7-P5520同時支持ASPM L0s和L1節能。不過在測試中我們會將其禁用以完整展現其性能表現。

通過smartmontools可以看到，Solidigm D7-P5520擁有三種活動電源狀態。跟消費級SSD不同的是，這三種電源狀態的目的并不是為了自主電源狀態轉換，而是提供多種功率限制選項，用戶可以通過nvme-cli或Solidigm Storage Tool（SST）來管理其電源模式。

Solidigm Storage Tool同時提供了Windows和Linux兩種版本，除了CLI命令行之外，Windows版本還提供了可選的GUI圖形界面。

GUI版工具箱可以提供信息檢測、固件更新、診斷掃描（包含數據完整性檢查）、安全擦除以及SMART信息查看功能。工具箱會直接提供包括閃存最小/平均/最大擦除次數在內的詳細健康度信息。

通過CLI命令行版本的SST工具箱還可以方便的增加SSD的OP容量，譬如sst set -ssd 1 MaximumLBA=83%，可以為D7-P5520 7.68TB增加OP容量以模擬P5620 6.4TB的表現。

通過sst set -ssd 0 PowerGovernorMode=2可以將D7-P5520切換到電源模式2，即限制最大功耗不超過11瓦。

在限制功率的情況下，高隊列深度的隨機讀寫性能會受到比較明顯的影響，而QD1性能幾乎不變。

理論性能測試

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fio測試

CrystalDiskMark和fio分別是Windows和Linux平臺下最常用的硬盤性能測試工具。CrystalDiskMark最大可測試32GB的范圍，從簡單的對比來看D7-P5520似乎在大家關心的4K單線程隨機讀取性能上不占優勢，實際上這是因為消費級SSD普遍利用SLC緩存障眼法來讓軟件測出SLC模式的讀取性能。

在Linux系統下通過填盤預處理之后，利用fio在全盤范圍內測試4K隨機讀取，Solidigm D7-P5520可以獲得68.7MB/s的成績，而對照的消費級型號由于無法在全盤范圍內利用SLC緩存作弊，4K隨機讀取速度就會現出60.8MB/s的原形，這才是二者實際隨機讀取性能的體現。

透過fio，我們還能了解SSD的QoS表現。下面這個測試是在填充全盤后進行。企業級SSD在隨機寫入性能一致性上的優勢非常明顯。

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上面是以純讀取或純寫入方式進行的簡單測試，SSD在實際使用環境下面臨更復雜的混合讀寫情況，寫入會對同時進行的讀取性能產生影響。這里我們就不對消費級SSD進行對比測試了，因為后者完全達不到100MB/s的起步水平。根據Solidigm的數據，在以400MB/s進行4K隨機寫入的同時，D7-P5520 7.68TB的4K隨機讀取延遲低于800us，面對同類企業級固態硬盤擁有明顯優勢。

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ezFIO腳本測試

ezFIO是經NVM Express推薦的企業級SSD綜合測試，它是一個可重復進行的穩定態性能測試腳本。在測試開始前有兩次全盤容量寫入的預處理階段，幫助模擬企業級SSD的長期性能。ezFIO同時支持Windows和Linux平臺，測試完成后可自動生成測試報告。以下成績在是Linux系統下搭配fio 3.28測得。

借助ezFIO測試腳本可以自動化測試更多內容，如穩定態下不同塊大小的順序/隨機讀寫性能：

下圖是將Solidigm D7-P5520 7.68TB OP到6.4TB后的成績，寫入性能提升非常大：

Solidigm D7-5520 7.68TB實測穩定態4K隨機讀取和隨機寫入性能：1113K/243K IOPS，超過標稱值的1100K/220K IOPS。

OP到6.4TB容量之后，4K隨機讀寫性能達到1115K/408K IOPS，寫入性能提升明顯：

長期性能穩定性檢驗通過穩定態隨機混合讀寫進行，根據平均IOPS和標準差計算得出變異系數，變異系數越低說明SSD在長期高負荷使用后的性能越穩定，越不容易產生程序需要等待IO的情況。Solidigm D7-P5520 7.68TB的4K R70:W30混合讀寫穩定態平均IOPS：434530，變異系數：2.13%。OP到6.4TB之后，穩定態混合讀寫IOPS為558583，變異系數2.93%。

D7-P5520 7.68TB穩定態4K混合隨機讀寫延遲百分位分布：不同QD隊列深度下的延遲都控制在1000μs左右，性能一致性表現非常好。

OP到6.4TB之后，隨機讀寫延遲表現更為出色了：

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SNIA SSS PTS-E 2.0測試

SSS PTS的全稱為Solid State Storage Performance Test Specification，即固態存儲性能測試規范，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規范以及針對消費級SSD的PTS-C規范。

PTS測試在設備而非文件系統級別進行，通俗的說就是SSD在沒有分區的狀態下進行。PTS測試的是SS（Steady State穩定態）性能，而非FOB（Fresh-Out-of-the-Box開箱狀態即出廠態）表現。

為了使SSD達到穩定態，PTS測試需要先執行預處理，也就是我們常說的“填盤”：用隨機數據寫入全盤2倍容量。而后執行一系列隨機寫入，穩定態的判定方式為：檢查測試窗口中的4K隨機寫入、64K R65:W35混合隨機寫入和1024K隨機讀取三項成績，允許波動范圍+-10%，確認SSD已經進入穩定態后才會繼續后續測試。

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SSS PTS測試的內容包括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態IOPS，并以數據表格、2D和3D圖示三種形式進行展現。

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下面對比的是OP到6.4TB模擬P5620：穩定態隨機讀寫性能提升明顯。

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模擬實際應用測試

接下來是一些模擬實際應用的壓力測試內容。

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VDBench測試

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的數據制作了模擬Oracle/SQL數據庫、VDI、VCI四種企業級應用負載的測試腳本，并將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，而后以其作為100%基準，按照curve參數中給出百分比的IOPS為目標測定延遲。我們測試了P5520 7.68TB、P5520 OP 6.4TB、P5520限制電源模式1、P5520限制電源模式2四種情況。

Oralce測試數據模型中讀寫比例為83.14：16.86，其中4K、8K、16K讀取占比分別為22.1%、37.3%和19.12%，隨機存取占比80%。4K、8K和16K寫入占比分別為22.1%、37.3%和19.12%，隨機存取占比80%。Solidigm D7-P5520在這個讀取為主測試中表現很輕松，即便是限制到電源狀態1也沒有對成績產生特別明顯的影響。

Virtual Desktop Infrastructure測試數據模型中，讀寫混合比例為59.48：40.52。4K、16K、32K和64K讀取分別占比39.35%、16.47%、10.37%和12.86%，隨機存取占比80%。4K和8K寫入分別占比61.11%和13.05%，隨機存取占比80%。四種不同情況下的測試成績拉開了明顯差距，由于寫入占比提升，為D7-P5520 7.68TB增加OP后模擬P5620 6.4TB可以獲得明顯更優的IOPS及延遲表現。

Virtual Storage Infrastructure測試數據模型中，讀寫混合比例為57.4：42.6。4K、8K、60K讀取占比分別為25.68%、26.31%和10.52%，隨機存取占比80%。4K和8K隨機寫入占比分別為59.62%和14.81%，隨機存取占比80%。在負載較低時，四種情況下的延遲表現接近，增加OP后可以極大地提升最高IOPS表現。

SQL數據庫測試數據模型中，讀寫混合比例為68.42：31.58。8K和64K讀取占比分別為53.57%和28.75%，隨機存取占比80%。4K、8K和64K寫入占比分別為27.85%、35.24%和26.35%，隨機存取占比80%。限制電源模式1后的D7-P5520仍能達到無功率限制時性能的85%左右。增加OP預留空間容量能夠進一步性能表現。

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Aerospike Certification Tool測試

Aerospike是一款高性能分布式NoSQL數據庫。Aerospike Certification Tools（ACT）則是測試和驗證設備能否滿足該數據庫存儲性能需求的開源工具軟件。

ACT針對Aerospike數據庫的I/O模式進行建模，測量讀取和寫入混合負載期間的存取延遲。基礎的1X負載為每秒2000讀取和1000寫入，Aerospike數據庫要求30X負載連續測試24小時，大于1ms響應時間的比例不超過5%、大于8ms響應時間的比例不超過1%、大于64ms響應時間的比例不超過0.1%方為合格。

通過30X只是Aerospike數據庫對SSD的一個基礎要求，相當于“最低配置”。我們通過修改配置文件大幅提高難度，驗證了Solidigm D7-P5520 7.68TB在300X讀取、150X寫入負載下的表現。

經過24小時的壓力測試，讀取響應大于1ms的僅占0.03%，寫入響應大于1ms的占3%左右，仍符合Aerospike數據庫使用要求。

總結

D7系列是Solidigm企業級SSD中的性能優化型號，在速度、耐用性和容量之間實現了完美平衡，能夠承載比D5價值優化型號更高的混合與性能敏感型讀取工作負載。從固件優化策略來看，D7-P5520更加注重數據中心和企業級實際應用環境中的混合讀寫工況，尤其是常用隊列深度下的延遲表現。

D7-P5520的主控、NAND閃存、固件等關鍵組件完全由Solidigm掌控，第三方組件則經過額外質量檢查與全面的內部驗證。增強型斷電保護設計防護突然斷電重啟對數據完整性的影響，端到端數據路徑保護能夠防止靜默錯誤對數據的破壞。

盡管對于Solidigm來說D7-P5520是一款新產品，但我們前面也提到Solidigm是站在巨人的肩膀之上，就在D7-P5520尚未正式推出之前就已獲得字節跳動的采用。Solidigm D7-P5520已經于今年3月正式在字節跳動的服務器中上線部署，幫助字節跳動數據庫和云軟件定義存儲業務獲得33%性能提升。此外D7-P5520還將被應用于字節跳動旗下火山引擎的企業級服務中。

審核編輯 ：李倩