SSD选型看哪些性能指标?

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1. SSD容量

提供给终端用户使用的最终容量大小,字节(Byte)为单位,记住标称的数据都是十进制为单位,程序员出身的人容易把它当成二进制,同样一组数据,二进制比十进制会多出7%的容量,例如:

十进制128GB:128*1000*1000*1000 = 128,000,000,000 字节

二进制128GB:128*1024*1024*1024 = 137,438,953,472 字节

二进制行业内称作裸容量,十进制叫用户容量。裸容量比用户容量大约多出了7%。

这里指GB,当进入到TB级时,这个数值更大。读者可自行计算。

对于闪存本身,它是以二进制提供容量的。那么,二进制裸容量多出的7%容量在SSD内部做什么用呢?SSD可以利用这多出来的7%空间管理和存储内部数据,比如把这部分额外的空间用作FTL映射表存储空间、垃圾回收所需的预留交换空间、闪存坏块的替代空间等等。这里的7%多余空间也可以成为OP概念(Over Provision),公式是:

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2. 介质信息

这很关键,当前SSD盘核心存储介质是闪存,闪存这种半导体介质有一些自身物理特性的限制,例如寿命(PE cycles, 编程擦除次数),Program(写编程)、Erase(擦除)和Read(读)时间,温度对读写擦的影响,闪存页的大小,闪存块的大小……这些都是介质的信息,介质的好坏直接影响数据存储的性能和完整性。

闪存分SLC,MLC, TLC (甚至QLC),它指的是一个存储单元存储的比特数:

SLC = Single-Level Cell ,即单个存储单元存储一比特的数据。SLC速度快,寿命长(约5-10万次擦写寿命),但价格超贵(约MLC 3倍以上的价格)。

MLC = Multi-Level Cell,即单个存储单元存储多比特(但一般指两比特)的数据。MLC速度一般,寿命一般(约3k-10k次擦写寿命),价格一般。

TLC = Trinary-Level Cell,即单个存储单元存储三比特的数据,也有闪存厂家叫8LC,速度慢,寿命短(约500-1500次擦写寿命),价格便宜。

表1-1 SLC,MLC和TLC参数比较

闪存类型

SLC

MLC

TLC

每单元比特数

1

2

3

擦除次数(K)

100

3

1

读取时间(微秒)

30

50

75

编程时间(微秒)

300

600

1000

擦除时间(微秒)

1500

3000

4500

闪存发展到现在,经历了2D平面到现在的3D立体制程(Process)的大发展,目标只有一个:硅片单位面积(mm2)能设计生产出更多的比特(bits),让每GB成本和价格更低。这是介质厂商的目标和客户的诉求,同时也是半导体工业发展的趋势。

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图1-1 2D vs. 3D 闪存结构示意图

来看一下2D到3D的单位面积比特数的比较,48层Samsung的3D V-NAND每mm2能生产出2600Mb的数据,三倍于2D 闪存,所以同样的晶元可以切割3倍的数据量,简单计算的话每GB的价格能降为1/3。

表1-2 不同闪存密度对比

Micron 16 nm

Hynix 16 nm

Samsung 16 nm

Samsung 48L V-NAND

年份

2014

2014

2015

2016

制程节点(nm)

16

16

16

21

Die容量 (Gb)

128

64

64

256

Die面积 (mm2)

176

93

86.4

99

密度 (Mb/mm2)

730

690

740

2,600

最后我们来看一下各家闪存生产发展节点图,一句话来概括的话,最终竞争的目标:在制程允许的范围内,发展更密、更快、价格更低的闪存产品。

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图1-2 闪存原厂路线图

3. 外观尺寸

SSD是标准件,外观尺寸需要满足一定的规定要求(长宽高和接口连接器),这又通常称之为Form Factor。那SSD会有哪些Form Factor呢?细分为3.5寸、2.5寸、1.8寸、M.2、PCIe card、mSATA、U.2等Form Factor标准,每个Form Factor也都有三围大小、重量和接口引脚等明确规范。

Form Factor标准组织:

https://www.snia.org/forums/sssi/knowledge/formfactors

http://www.ssdformfactor.org/

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图1-3 SSD尺寸部分一览

4. 其他

我们这里看看温度和认证及兼容性信息这两个参数。

所有工业品都有温度规范,SSD应在一定温度范围内使用。工作温度:0-70℃,说的是SSD在运行状态时工作温度,超出0-70摄氏度温度范围SSD可能出现产品异常和数据异常,不在产品保证和保修范围内。非工作温度:-50℃-90C,SSD储存和运输期间的温度,非开机工作状态,提供客户产品运输和仓库存储时温度参考用。超出-50℃-90℃,SSD可能会发生损坏。

认证及兼容性信息:SSD硬件和软件都应通过一定认证测试来反映产品的标准测试情况,给客户一些明确的信息是不是过了相应的测试。认证和兼容性是对应标准组织的测试集,标准组织属于第三方,独立客观,测试通过意味着免去了客户一部分测试。

性能剖析
1.性能指标

硬盘性能指标一般包括IOPS(Input Output Operations Per Second, 反映的是随机读写性能), 吞吐量(Throughput,单位MB/s,反映的是顺序读写性能), Response Time/Latency (响应时间/时延,单位ms或us)。

下面来详细解释一下各项指标和测量方法。

查看更多内容,扫描下图二维码,阅读原著和以上大图。

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