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巨大进步 Intel第二代34nm SSD权威评测

  【IT168评测中心】一年前,我们IT168评测中心测试了Intel的X25-M SSD硬盘,其直可以用飞快来形容,除了其老大哥X25-E(Extreme版本)之外,就数它最快了,根据我们的测试,无论是用在笔记本,还是PC,还是用在服务器上面,都可以很明显地提升性能,改善用户体验。

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Intel Inside:第一代X25-M SSD硬盘

   Intel X25-M的性能让人印象深刻,虽然后来又测试过PCI-E插卡式的SSD,不过过于高端,只可仰望而不可及,不如X25-M这样的仿佛触手可及。


第二代X25-M SSD硬盘

  时隔一年,Intel又推出了第二代X25-M SSD硬盘,是现在的X25-M的继任者,它基于新的34nm技术,上一代则是50nm。34nm技术能带来什么好处呢?更大的容量还是更好的性能?兼而有之,新的制程让Intel在芯片大小不变的前提下提升闪存容量近一倍,此外,新的34nm芯片在读写延迟方面得到了改善,并且搭载了新的控制器,会有性能提升。


Intel X25-M/X18-M SSD路线图,未来会有300GB的第二代X250-M型号

  此外,新工艺让闪存芯片体积缩小将可以降低产品售价,同时,新的第二代34nm SSD将会提供TRIM固态硬盘优化指令的支持(不过需要操作系统——Windows 7的支持),这一点更像是一个商业性的策略,因为这是通过硬盘固件更新来提供支持的。

  第一代产品和第二代产品有什么区别呢?谜底揭开:它们图片的宽度不同。

  好吧,只是在这个文章里面是这样而已(第一代的图片窄一些,第二代的宽一些),具体的区别,可以看图注:)

 
第一代Intel X25-M 80GB:我们拿到的是一块Engineering Sample,也就是工程样品


第二代X25-M 160GB,外观有些不同,多了一个塑料框,以往的黑色外套则变成了银色;这个塑料框的作用是这样子的:没有框的时候,34nm X25-M的厚度是7mm,有框的时候则是9.5mm,这两种厚度规格都属于笔记本2.5"槽的标准厚度


第一代Intel X25-M 80GB,型号SSDSA2SH080G1GN,中国制造


第二代X25-M 160GB,型号SSDSA2M160G2GC,如果从外观你分不出是第几代的话,你可以从型号看:如SSDSA2SH080G1GN当中的080和SSDSA2M160G2GC当中的160就是容量,其后面的两位G1和G2就代表着代数:G1=Generation 1,G2=Generation 2


第一代X25-M 80GB SSD内部由许多集成电路组成,从这点上看,和U盘原理上倒也无大分别


第二代X25-M 160GB,貌似没看到芯片……


第一代X25-M 80GB,10个NAND颗粒——这是背面


第一代X25-M,同样是10个NAND颗粒,这一面是正面,这一面还有控制芯片和缓存,控制芯片也是自家的,缓存是SAMSUNG的


第二代X25-M 160GB,反面是没有颗粒的,相对来说,整个SSD的厚度就要更小,可以适应多种笔记本2.5"槽的厚度,再换另一个说法,在这里加上NAND芯片就可以多出一个320GB的第二代X25-M SSD型号(应该会在2010年上半年出现)
 

第二代X25-M 160GB:主控芯片、缓存和10个NAND芯片(和第一代一样,都是MLC),除了芯片数量一样容量翻倍之外,看起来没什么不同
 

第一代X25-M 80GB,主控芯片型号PC29AS21AA0,Intel产
 

第二代X25-M 160GB,主控芯片型号PC29AS21BA0,Intel产型号由一代的AA0进化到了BA0

 
第一代X25-M 80GB,采用的SAMSUNG K4S281632I-UC60是一块16MB容量、60ns(也就是对应166MHz,CL=3)的SDRAM芯片,位宽可以为4、8、16位,因此带宽最高为333MB/s,超出了SATA的300MB/s的规格


第二代X25-M 160GB,采用的是MT(Micron Technology,美光科技)的48LC16M16A2-75,这是一块32MB容量、75ns(也就是133MHz,CL=3)的SDRAM芯片,位宽同样可以为4、8、16位,因此最高带宽为266MB/s,比上一代要低一点
 
  带宽和容量哪一个重要呢?对于SATA接口的Intel X25-M SSD来说,266MB/s的带宽足够了(两代X25-M的标称最高读速度都为250MB/s),而缓存方面,我们对比测试过无缓存的SSD和有缓存的SSD,结果没有缓存的测试性能惨不忍睹,并且应用体验也很差——机器会不时停顿:
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  显然,缓存更为重要一些,因此笔者认为第二代X25-M的缓存确实是一个进步,只是不够完美,除了带宽上的因素之外,现在没有缓存的SSD的生产厂商们都已经悔过了,时下流行的缓存是64MB,相对来说,第二代X25-M的规格就让人不太满意。当然,实际结果还很难说,请继续看我们的测试:)
 
附上两代X25-M SSD的规格表:

第一代50nm X25-M/X18-M SSD规格表
 

第二代34nm X25-M/X18-M SSD规格表
 
可以看到,读取延迟第二代降低了20ms(第一代是85ms,第二代是65ms),这可以提升不少的IOps

  测试使用了一台配置并不怎么高的机器,这样更可以突出磁盘子系统的性能来。当然,这台机器不能成为瓶颈。   

测试平台、测试环境
测试分组
类别Intel 第二代34nm X25-M SSD测试平台
处理器子系统
处理器Intel Core 2 Extreme X6800
主频2.93GHz
主板
主板型号Intel D975XBX
芯片组Intel 975X + Intel 82801GR(ICH7R)
主板Intel Chipset Device Software
9.1.1.1015
内存控制器双通道ECC DDR2 800
内存2GB DDR2 800 SDRAM x4
系统磁盘子系统
磁盘控制器LSI SAS 3041E-R
磁盘控制器规格4x SAS 3Gb/s
HostRAID 0/1
磁盘控制器设置SAS 3Gb/s
NCQ
磁盘控制器驱动LSI SAS
1.30.02 x64
磁盘Seagate
Savvio 15K.2 x1
磁盘规格15000RPM
146GB
SAS 6Gb/s
16MB Cache
磁盘设置SAS 3Gb/s
NCQ
50GB系统分区
测试磁盘子系统
磁盘控制器LSI SAS 3041E-R
磁盘控制器规格4x SAS 3Gb/s
HostRAID 0/1
磁盘控制器设置SAS 3Gb/s
NCQ
磁盘控制器驱动LSI SAS
1.30.02 x64
磁盘Intel 34nm Gen2 SSD
X25-M x1
磁盘规格160GB
SATA 3Gb/s
NCQ
32MB Cache
磁盘设置SATA 3Gb/s
NCQ
图形子系统
显卡Misc
显卡驱动Misc
软件环境
操作系统Microsoft
Windows 7 Ultimate x64

新的操作系统:Windows 7

  测试的时候,使用了一块LSI SAS控制卡——这已经是我们评测磁盘子系统的标准控制卡,它不会成为瓶颈。为了体现34nm X25-M SSD的性能,我们需要请一些对比对象来,当然,第一代50nm X25-M必不可少:


SSDSA2SH080G1GN,Intel第一代X25-M SSD硬盘,容量80MB,缓存16MB


ST9146852SS,属于希捷2.5"外形因子的Savvio 15K.2家族,容量146GB,转速15000RPM,缓存16MB,机械硬盘中的至强者

  这两款都是企业级别的硬盘,巧的是,它们都是2.5"外形因子的硬盘(好吧,其实是人为挑选的)。我们这次对比的所有测试对象都是2.5"外形因子。其中,Savvio 15K.2是15000RPM的SAS硬盘,而VelociRaptor则是一款10000RPM的SATA硬盘。

  在看性能之前,先来各个角度欣赏一下装上了34nm X25-M的机器:)


设备管理器
 

连接在LSI SAS 3041E-R控制卡上
 

笔者机器上的Intel Matrix Storage Manager,当然,测试不是在上面进行

  HD Tach RW测试大家都很了解了,它可以很快地测试出一个存储设备的传输速率的快慢。


第二代34nm X25-M 160GB
 

第二代34nm X25-M 160GB vs 第一代50nm X25-M 80GB

   各项指标都比第一代好一些,特别是写入性能,要快20MB/s左右,从HD Tach RW成绩来看,算是“不错”。


第二代34nm X25-M 160GB vs Savvio 15K.2 15000RPM硬盘
 

第二代34nm X25-M 160GB vs VelociRaptor 1000RPM硬盘

  毫无悬念,在读取性能上,SSD遥遥领先,而写入性能则要落后于机械硬盘——不过不算太远。在随机存取上,SSD拥有非常好的优势。

  为了体现34nm X25-M SSD的性能,我们还进行了PCMark测试——包括PCMark05和PCMark Vantage。这两个测试都是基于系统性的测试,其得分对实际的桌面应用有不错的指导价值。


34nm X25-M SSD:PCMark05分数30016分
 

变异版VelociRaptor WD1600HLFS:PCMark05分数10239分
 
  34nm X25-M SSD的PCMark05分数为30016分,使用机械硬盘的同学见过这个分数吗?作为对比的变异版本VelociRaptor WD1600HLFS的得分是10239分,34nm X25-M SSD是它的三倍。这个WD1600HLFS硬盘很特别,它采用了不同的磁盘记录构造,因此性能比一般的VelociRaptor更强,见:
 
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34nm X25-M SSD:PCMark Vantage x64分数27397分


变异版VelociRaptor WD1600HLFS:PCMark Vantage x64分数6466分

  PCMark Vantage x64测试上34nm X25-M SSD则是变异版WD1600HLFS的4倍以上。PCMark Vantage测试基于Vista平台,和PCMark05测试一起的结果表明了,34nm X25-M SSD用于桌面环境的表现是非常不错的,有钱的赶快去买一个。

  一般而言,Windows自带的评分测试的准确度不算高,不过,参考价值还是有一些的,特别是在一般的电脑用户当中:


笔者自用机器的系统评分:5.9分

 


34nm X25-M SSD的系统评分:7.7分

  笔者引以为豪的磁盘子系统就这样被打得不成人样:LSI MegaRAID 8708ELP和三块15K.6硬盘组RAID 5,得分是5.9分,而34nm X25-M SSD的得分则达到了7.7分——Windows 7中,满分是7.9分。Vista中则是5.9分。

  HD Tach等工具可以测试出磁盘传输速率曲线,然而无法衡量出他们有多“快”,这里常用的指标是IOps,每秒操作数。可以这样理解:系统向硬盘发出一个块读取或者写入的命令,而硬盘完成这个命令返回,就叫做完成了一个IO。IOps就可以衡量硬盘实际干活的快慢。
  我们仍然使用了Iometer 2006.07.27来获得其IOps参数大小,这个参数可以代表一个磁盘子系统在单位时间内可以完成多少操作。有些时候,连续传输速率很快的硬盘其IOps却不高,这表明其实际上干不了太多的活。


IOMeter 2006.07.27理论性能测试:512B连续IOps

 


IOMeter 2006.07.27理论性能测试:512B连续IOps

 


IOMeter 2006.07.27理论性能测试:512B随机IOps

 


IOMeter 2006.07.27理论性能测试:512B随机IOps

  在这个测试里面,我们可以看到34nm X25-M性能的奥秘,甚至比起前面看到的更多:34nm X25-M SSD无论是随机还是连续,无论是读取还是写入,其IOps都很强。

  在连续IOps上,34nm X25-M SSD达到了34000的IOps,比第一代高了30%以上,写入则要高出20%,这已经非常明显了。

  然而更明显的还在后面:随机IOps上,34nm X25-M SSD仍然能保持在31000的水平,只比连续IOps降低了9%不到,而第一代50nm X25-M SSD则跌到了13400 IOps,降低了50%,最后,34nm X25-M的随机读取IOps性能是50nm X25-M的两倍以上(比率是2.31);在写入上,情况有些特别,34nm X25-M在队列深度达到16之后性能暴跌——这应该是一个问题,期望将来能够解决。在高队列深度的时候,34nm X25-M的写入性能是50nm的两倍左右,而在暴跌之前队列深度较低的时候,34nm X25-M是50nm的20倍以上。

  惊喜总是不断的——好戏还在后头,接下来的时应用IOps测试:


IOMeter 2006.07.27应用性能测试:文件服务器

 


IOMeter 2006.07.27应用性能测试:网站服务器

 


IOMeter 2006.07.27应用性能测试:数据库服务器

 


IOMeter 2006.07.27应用性能测试:工作站

  假如前面的测试两倍的性能已经让人吃惊的话,那么这些测试的结果就让人不敢相信了,看到这样的数据你会感觉到第二代34nm SSD和第一代50nm SSD简直是一个天上,一个地下:有两个测试,34nm的IOps是50nm的10倍,一个测试则是6倍,比率最低的是Web Server测试,只有两倍。如果你要买SSD用作上面这些“企业级”的用途,记得一定要买第二代产品。

  为什么第二代34nm X25-M SSD的性能这么强呢?这有很多方面的原因,我们首先指出,这个和缓存有很大关系,为了搞清楚这个问题,我们要首先来看看SSD的工作机制:

  通常,在MLC中,一个晶体管可以保存两个位的数据(SLC只能保存一位),把多个晶体管聚集到一起,称之为为一个page(页面)。页面是可以写入NAND闪存的最小结构,你无法像硬盘那样,只改写一位,或者数位的数据。大部分MLC NAND闪存的一个页面的大小是4KB。


NAND晶体管原理图

  多个页面就组成了一个block(块),在Intel的MLC SSD(第一代如此,第二代应该也如此)中,一个块包含128个页面(也就是512KB),块是可以擦除的最小结构。当写入SSD时,一次必须写入4KB的数据;当从SSD擦除数据时,一次不得不删除整个512KB。不过擦除一般发生在写入新数据的时候,如非快速的格式化,以及在删除但未清除的文件尸体上写入文件。在空白区域上写入文件不需要先擦除。

  以上就是一些基本的原理,它们对SSD的性能是怎么样的呢?首先,它在MLC本身较为缓慢的写入性能上面进一步地限制了写入性能:为了改动一个页面(4KB)上的一个位或者几个位,你需要写入整个4KB;如果你在装满了文件的SSD当中删除文件再写入,那么你要先进行擦除文件才能进行写入——并且要先读取这个块中存储的有用的数据,这个问题叫做Write Amplification(写入放大)。这也造成了SSD的整体写入性能看起来比读取要低。

   这些问题可以通过缓存来得到缓解,大量随机的写入数据经过重新映射,有顺序的写入,而在这之前,SSD就已经报告任务已经完成。没有缓存的SSD则只能按照顺序来忍受写入放大的痛苦。此外,业界也开发了一种叫做Trim的技术来弥补这个问题:在IO空闲的时候,通过Trim技术,SSD将会自行整理记录块结构,以降低可能会发生写入放大的影响。34nm X25-M据说会在未来的Firmware中提供Trim特性支持,但是50nm X25-M就没这么幸运了。不管如何,目前的Windows 7和34nm X25-M(Firmware 02G2)还没看到有Trim支持的现象。

  为了体现出34nm X25-M SSD在相关方面的性能,我们进行了下面简单的测试:512B、4KB、64KB、1MB几种IO块大小下的随机读写性能:


IOMeter 2006.07.2性能测试:随机IOps
 
1MB的随机IOps达到了269,这意味着269MB/s,达到了34nm X25-M缓存芯片的带宽极限
 

IOMeter 2006.07.2性能测试:随机IOps

  可以看出,配置了32MB缓存的34nm X25-M在各种数据块下的表现都很不错,这表明无论在什么样的IO状况之下,34nm X25-M都能很好地完成任务——除了前面提到过的512B在大队列深度下的情况,在Intel修复这个问题之前,最好避免使用高队列深度的512B块大小。然而从Windows Vista起磁盘IO就已经倾向于使用更大的IO区块,因此这种情况不用太担心。


IOMeter 2006.07.2性能测试:MBps

 


IOMeter 2006.07.2性能测试:MBps

  可以看出,对于Intel的SSD来说,0.5MB或者1MB的操作区块是比较好的,上图使用的是传统的64KB区块来进行的最大传输速率测试,结果略不及在前面的图中的1MB区块性能。

  【IT168评测中心】很明显,测试结果表明,第二代34nm X25-M SSD和第一代50nm X25-M SSD不可同日而语,虽然传输速率上只有着不算太显眼的进步,然而IOps上,第二代比第一代要快数倍到数十倍,它可以更快速地完成各种各样的IO任务,如桌面应用和企业级的应用上,效果都非常明显。这个进步是由于各方各面:新的更低读写延迟的NAND芯片、新的主控制器以及倍增的缓存容量。唯一让人感觉不够完美的是其32MB的缓存不如市面流行的64MB那么好看。


进步惊人:第二代34nm X25-M SSD硬盘

  由于采用了新的34nm技术,第二代X25-M SSD硬盘的价格可能会得到降低,简直就是性能和价格兼得。由于34nm X25-M SSD性能上的大幅度提升,笔者希望Intel下一步推出的Trim技术能同样赋予第一代X25-M产品,这并不会影响到新X25-M的销售,同时又让老玩家们能得到一些慰藉。


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(完)

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