【IT168 专稿】我们最近看到了Fusion-io带来了新的基于PCIe的SSD存储解决方案，但迄今为止还没有人进行过测试。我们在英特尔X25-M SSD独立测试中被测试结果吓了一跳，想象一下如果由4块硬盘组成RAID0会是什么效果，现在我们要对PCIe和SATA SSD RAID0进行一翻测试，看看谁才是真正的王者。
图 1 未来的存储王者：SATA SSD还是PCIe SSD?
竞争者：Fusion-io的160GB ioDrive
正如我们前面所说的，一个颠覆性技术不仅要在性能、功能或两者上取得突破，而且还要有改变当前竞争格局的潜力。Fusion-io发布了一款企业级PCIe SSD卡，声称读写吞吐量高得惊人，甚至有些荒唐。
首先我们回顾一下目前的桌面存储架构，目前，无论是使用SSD还是传统的旋转式硬盘，从硬盘读取数据再传给处理器必须要两个接口，SATA(串行ATA)接口需要得到满足才能通过传统的SATA命令集访问，多年来，尽管ATA命令集从PATA(并行ATA)转移到了高速串行接口，但低层的指令集并为改变，这主要是为了保持向后兼容。传统上，主板的南桥控制器(也可能是一个独立的SATA控制器)也提供了大量的SATA端口连接你的硬盘。
SATA控制器可能驻留在独立的卡中，也可能驻留在南桥芯片中，不管怎样，它的目的只有一个，就是连接PCIe或其它本地接口，让主机CPU可以访问到数据。
下面来看看Fusion-io 160GB ioDrive的规格和功能吧。
容量：160GB(另外还有基于MLC的80GB和320GB)
NAND闪存组件：SLC(单层单元)
带宽：最高750MB/s读取速度，最高650MB/s写入速度
读取延迟：50微妙
接口：PCIe X4
预期使用寿命：48年，每天写-擦除5TB数据
功耗：满足PCIe X4电力规范1.1
工作温度：-40℃到+70℃
图 2 PCIe 160GB卡实物
从上图可以看出，除了大量的三星NAND SLC闪存外就是Fusion-io的专用ioDrive控制器，但其高度只有普通PCIe X4卡的一半，从硅含量的角度来看，其设计无疑是很高效的，PCB本身就有16层电路板，要在这些NAND芯片之间传输数据不知道有多复杂。
图 3 ioDrive控制器框图
从上面的框图我们看到PCIe一代X4接口提供了10Gbps的带宽，并且是双向的(总带宽达到了20Gbps)，为NAND闪存技术提供了足够的扩展空间。上面的图很简单，Fusion-io专利技术的真正魔力隐藏在图中的“Flash Block Manager(闪存块管理器)”，它实现了25个并行通道(X8排)内存架构，有一个专用通道进行错误检测和纠正，以及在单元级闪存自我修复能力，相比之下，英特尔的X25-M SSD只实现了10个通道。
你可能注意到ioDrive的读延迟是50微妙，与传统硬盘的8-15毫秒访问时间相比，在随机访问速度方面优势就很明显了。
图 4 Fusion-io的ioManager控制模板，在运行基本测试前执行低格
上图显示了由Fusion-io提供的一个相当简单的ioManager软件工具，我们注意到有驱动器三个配置选项：
(1)最大容量(2)改进的写入性能(3)最大写入性能。每次基准测试前我们都对硬盘做了低格处理，这符合大众的测试习惯。
竞争者：英特尔X25-M RAID0 4 SSD阵列
我们之前就对英特尔基于MLC闪存X25-M SSD做了几次测试，最终结果表明它是目前市面上最快的SSD硬盘，如果用4块硬盘组成RAID0盒子，其性能可能会令其它对手望尘莫及，理论上可以达到1GB/s的读取速度和280MB/s的写入速度，虽然写入速度不及Fusion-io解决方案，但读取速度肯定仍然是最快的。
由于大部分桌面PC机箱容不下4块硬盘，因此我们使用了外置解决方案，英特尔X25-M硬盘4块加1个超微M14T-B 2.5"硬盘盒。
规格和功能如下：
容量：80GB和160GB
NAND闪存组件：英特尔多层单元(MLC)NAND闪存，10通道并行架构
带宽：最大250MB/s读取速度，最大70MB/s写入速度
读延迟：85微妙
接口：SATA 1.5 Gbp/s和3.0 Gb/s
外形：1.8"和2.5"行业标准硬盘驱动器外形;
兼容性：SATA 2.6修正版，SATA 3.0 Gb/s，原生命令队列(NCQ)和SATA 1.5Gb/s接口速率兼容
预期使用寿命：120万小时
功耗：活动时 - 150mW，空闲时 - 0.06W
运行震动：1000G/0.5ms
工作温度：0℃到+70℃
产品健康监测：自我监测，分析和报告技术(S.M.A.R.T)，加上SSD监测技术
图 5 英特尔硬盘加超微硬盘盒组成的套装。如果性能不满意，选中上图所示的两个复选框
从上图你应该看出，我们使用了4个2.5"硬盘托架，将硬盘连接好后插入到了超微的硬盘盒中，电源线只使用了一根4针的电源线，另外一根4合1的SATA数据线将4块硬盘分别连接到主机控制器的端口上，我们决定将这4块SSD硬盘插入到一块基于英特尔X58主板的ICH10R SATA控制器上，最后，在盒子背部有一个高速风扇，如果不需要可以通过设置跳线将其禁用掉，因为风扇本身会发出噪音，并且SSD硬盘一般是不需要做额外散热处理的。
组装好硬盘盒后，我们开始创建RAID阵列，初始化卷，为测试做好准备，我们测试用的操作系统是Windows Vista 64位。给我们的基准测试结果制造混乱的是Vista的“开启高级性能”选项，如图5所示，我们发现在执行某些基准测试时，特别是HD Tach测试时，遇到了无法解释的性能下降，当我们将“开启高级性能”选项取消后，我们发现测试结果又回到了预期的水平，然后再选中这个选项进行测试，发现对性能的影响又消失了。其它人也发现了这种现象，因此我们建议测试时最好取消这个选项，我们已经将这个问题报告给了英特尔，并正在等待进一步答复。
SiSoft SANDRA测试
我们的测试方法：在每个测试条件下，被测试的SSD都作为测试平台的第二硬盘安装，第一硬盘安装操作系统，SSD硬盘也尽可能保持不分区，除非测试需要分区和格式化，如后面我们做的ATTO基准测试。另外，在测试前，Windows防火墙、自动更新和屏幕保护全部禁用。每次测试完成后，我们都重启了操作系统，并等待一段时间才开始下一轮的测试。
另外还要感谢来自DV Nation的朋友为我们提供了Fusion-io ioDrive进行测试，如果你在寻找高端SSD，你应该去www.dvnation.com逛逛。
同样，你应该注意到我们测试英特尔X25-M SSD RAID都是在基于X58芯片组的主板上，通过它的ICH10R南桥SATA控制器完成的，这个控制器提供了最好的RAID0性能，即使我们用过的独立硬件控制器也未达到它的性能水平。
测试系统配置：
处理器：英特尔Core i7 920
主板：技嘉GA-EX58-Extreme
显卡：GeForce GTX 280
内存：6144MB Corsair DDR3-1333
声卡：主板集成
硬盘：英特尔X25-M 80GB SSD x 4和Fusion-io 160GB ioDrive
操作系统：Windows Vista旗舰版
芯片级驱动：Intel 9.1.0.1012和DirectX 10
基准测试软件：
HD Tach 3.0.1.0
ATTO ver 2.02
PCMark Vantage
SiSoftware Sandra 2009
Iometer 2006.07.27
在我们的SiSoft SANDRA测试中，我们使用的是Physical Disk(物理磁盘)测试套件，执行这项测试无需格式化磁盘，详细的读写性能指标如下图所示。
图 6 两块英特尔X25-M SSD组成的RAID0读取性能
图 7四块英特尔X25-M SSD组成的RAID0读取性能
图 8两块英特尔X25-M SSD组成的RAID0写入性能
图 9四块英特尔X25-M SSD组成的RAID0写入性能
从上面4个图可以看出，从2块硬盘增加到4块后，读取速度没有明显提高，但写入性能几乎翻了一倍。
图 10 Fusion-io 160GB ioDrive的读取性能
图 11 Fusion-io 160GB ioDrive的写入性能
从上面两个截图可以看出，Fusion-io ioDrive的读写速度几乎达到了一致。
ATTO磁盘基准测试
ATTO是一个更直接的磁盘基准测试类型，它测试读写操作的原始传输速率，然后以一个易于理解的图表将测试结果展示给用户，我们选择0.5KB到8192KB传输尺寸进行测试，本次测试我们将硬盘格式化为NTFS文件系统。
测试结果图表如下：
图 12 两块英特尔X25-M组成RAID0的测试结果
图 13四块英特尔X25-M组成RAID0的测试结果
图 14 Fusion-io 160GB ioDrive测试结果
ATTO测试结果显示，无论是使用2块还是4块英特尔X25-M SSD硬盘，其性能都相差无几，读取速度从最低的500MB/s到最高的600MB/s，写入性能从2块增加到4块后更是翻了一倍。此外，从0.5k到4k的小块传输不太适合SSD。
Fusion-io硬盘再一次出现了读写速度几乎一致的情况，这一次更是冲到了800MB/s，在4k到32k传输尺寸之间读写速度呈倍数增加，在大于32k传输尺寸后，读写速度基本保持在800MB/s左右没有太大的变化。
HD Tach测试
Simpli软件公司的HD Tach在其网站上的描述是这样的：
“HD Tach是一个为随机访问读写存储设备，如硬盘、可移动硬盘、闪存设备和RAID阵列，设计的底层硬件基准测试软件，HD Tach使用自定义设备驱动和其它底层Windows接口，从而尽可能绕过不必要的软件层干扰，实现接近设备物理性能的测试。”
图 15两块英特尔X25-M组成RAID0的测试结果
图 16四块英特尔X25-M组成RAID0的测试结果
图 17 Fusion-io 160GB ioDrive的测试结果
这一次英特尔X25-M SSD RAID0读取性能更好，在60GB附近区域，ioDrive的写入速度突然下降，这可能是一个测试中的异常，但我们不能完全确定。
PCMark Vantage测试
接下来我们使用来自Futuremark公司的PCMark Vantage进行测试，我们只选择了HDD Test测试，有关PCMark Vantage测试组件及相关结果的解释，请参考Futuremark的白皮书，重点关注35和36页。
我们真的很喜欢PCMark Vantage的HDD Performance来测试现实世界中的应用程序，从简单的Vista启动性能，到游戏引擎中来自磁盘的数据流，再到使用Windows Movie Maker进行视频编辑，我们感到这些测试更好地说明了SSD在最终用户PC或工作站上的真实性能。
图 18 PCMark Vatange HDD Performance针对不同真实应用的测试结果
无论是读取Windows图片库中的图片，还是使用Windows Defender扫描硬盘，都属于读密集型应用。而Vista启动和游戏测试则表示应用程序的载入性能，也属于读密集型操作。最终我们看到2块硬盘组成的RAID0阵列实现了4块硬盘组成的RAID0阵列性能的80-90%，但有一个例外是Windows图片库，使用4块硬盘时的性能比使用2块硬盘超出了将近50%。
Fusion-io 160GB ioDrive在这一轮测试中优势尽显，每一项测试结果几乎都是英特尔X25-M SSD RAID0阵列的2-2.5倍，特别是Vista启动和游戏测试中优势更明显，遗憾的是，ioDrive目前还不能作为启动盘启动，不过我们已经获得可靠消息，Fusion-io的下一代成本更低的SSD硬盘ioXtreme将可以作为启动盘。不管怎样，ioDrive在性能方面还是胜出了目前市面上最快SSD组成的RAID0阵列，这就是炫耀的资本，因此ioDrive的价格也高得惊人(160GB要7200美元，80GB也要2995美元)，我们都知道类似这种尖端技术产品的费用都有一个陡峭的降价曲线，因此要购买的读者还可以再关注一段时间。
下面我们开始NAND闪存的弱项 – 写入性能 – 进行测试，如视频编辑，流化和录制都属于读写密集型操作。
图 19 PCMark Vantage写密集型应用性能测试结果
这一次我们看到在Windows Media Center测试中，英特尔X25-M RAID0阵列完胜ioDrive，在Futuremark的白皮书中明确写道“这项测试主要是测试Media Center任务的并发性磁盘性能，包括SDTV视频回放，SDTV视频流化到Windows Media Center Extender，以及SDTV视频录制”，读写操作大约各占50%，另外还有Movie Maker测试ioDrive表现也不尽如人意，而剩下的两项测试(应用程序加载和Windows Media Player)ioDrive终于找回了面子。
IOMeter结果
我们以前使用IOMeter进行测试总是拿SSD与传统硬盘进行对比，现在我们要拿英特尔X25-M SSD RAID0和ioDrive进行对比，下面就是我们用IOMeter 2006.07.27版本测试的结果。
图 20 IOMeter数据库访问模式的测试结果
这里我们顺便也加入了单块英特尔SSD硬盘的测试结果，以便作为度量的参考基准，在我们的数据库或服务器访问模式中，有33%的随机访问属于写操作，你会发现英特尔X25-M SSD RAID阵列中加入的硬盘越多性能越好，更有趣的是，开始时ioDrive和4块英特尔磁盘组成的阵列IOPS值相当，但很快就超过，到后来甚至超出了2倍多。
图 21 IOMeter工作站访问模式的测试结果
在工作站访问模式下，只有20%的写操作，更多的是连续的访问。我们发现硬盘数量越多，阵列的性能越相对较好，但并非呈直线上升趋势，从上图我们可以看出2块4块硬盘组成的阵列在读操作上性能基本上是旗鼓相当。
对于Fusion-io ioDrive，从上图可以看出，它的性能与英特尔的阵列相比，可以说是一个在天上，一个在地下，虽然这里没有画出2048 Outstanding IO的情况，但理论上ioDrive的IOPS会超过极限100K(准确地说是103K IOPS)，可以说是达到了一个疯狂的带宽。
总结：推荐Fusion-io
虽然英特尔X25-M SSD RAID阵列的性能给我们留下了深刻的印象，至少从性价比角度来看，用2块硬盘组成的RAID0是一个不错的方案，因为它的读取性能达到了4块硬盘组成RAID0的80%，但我们知道RAID0这种阵列方式只要其中一块磁盘出现问题，整个阵列中的数据都难以恢复，如果是4块硬盘组成的阵列就更麻烦了，因此关键文件绝不能采用这种方式存储，如果你非要这么做，我们建议你使用独立的硬件RAID控制器，并组建RAID5阵列。
对于Fusion-io的ioDrive，我们印象最深刻的是它的读写性能一样出众，唯一感到需要调整的就是它的价格，前面已经提到160GB的ioDrive价格高达7200美元，无论是终端用户还是企业用户都无法承受。
虽然采用SATA接口的SSD硬盘在市场上的销量不错，但现在我们看到采用PCIe接口的SSD必将会掀起新一轮SSD革命，目前如惠普，IBM，戴尔都对Fusion-io的新技术产生了浓厚的兴趣。
虽然SATA接口看似已经进入暮年，但现实世界中已经有很多人凭借本文所介绍的SSD阵列模式获得了想要的性能和带宽目标，加之ioDrive高高在上的价格，SATA SSD必将还会存在并流行相当长一段时间。
相信到Fusion-io下一代成本更低的ioXtreme发布时，即使是最快的SATA SSD也将彻底失去吸引力，届时我们也将做详细的对比测试，请继续关注。
最后我们向你正式推荐Fusion-io 160GB ioDrive。
