Intel SSD 910企业级PCIE固态硬盘评测

说起企业级固态硬盘，Intel是一个较早的玩家，其早期采用SLC闪存芯片的X25-E就非常有名。和通常消费级固态硬盘使用的MLC芯片相比，SLC芯片在每个CELL里面仅保存了单位不是多位的信息，逻辑更加简单、内容更持久，因此从性能和可靠性方面来说都是企业级存储的首选。Intel的X25-E提供了200万小时的MTBF和1PB(32GB)/2PB(64GB)的耐久度。

笔者在2010年测试的Intel X25-E 64G，50nm SLC芯片，属于Intel的第一代企业级固态硬盘，发布日期2008年Q4，代号Ephraim

不过相比起消费级的产品来，Intel在企业级固态硬盘上的动作比较缓慢。从50nm的X25-M、34nm的X25-M G2和SSD 310/510，到25nm的SSD 320/520，Intel推出了非常多的消费级固态硬盘，而在企业级方面却一直没有动静，一直到Intel SSD 710横空出现，采用了25nm HET MLC芯片。SSD 710直接跳过了34nm工艺节点，改用MLC也让人颇为吃了一惊，虽然仍然提供了200万小时的MTBF，不过相对来说耐久度就不如从前了，100GB为900TB，200GB版本为1PB，300GB版本为1.8PB。

Intel 7系固态硬盘的第一款产品SSD 710，7系是Intel的企业级固态硬盘产品线;710采用了25nm HET MLC，发布日期2011年Q3，代号Lyndonville

早在上一年测试Intel采用新命名法后的首款企业级固态硬盘Intel SSD 710的时候，笔者就听到了Intel的第一款插卡式固态硬盘的消息。而在这之前，市面上已经有了不少的类似产品，最有名的可能数Fusion-IO的产品。Fusion-IO的固态硬盘均面向企业级产品线，在2009年的时，笔者测试过其一款叫做ioDrive的插卡式固态硬盘，容量为80GB，接口为PCI Express Gen1 x4，其速率为10Gb/s，显然要比普通的SAS/SATA 6Gb/s高出一截。

Fusion-IO ioDrive，笔者接触的第一款插卡式固态硬盘

虽然步调慢了一些，不过Intel也清楚随着计算性能和SSD性能的不断提升，插卡式将是顶级固态硬盘的一个方向，当时Intel将其命名为SSD 720，列为710的后继产品，不过由于产品形态以及性能都有些明显的差异，最后它被改名自成一系，也就是本文中的SSD 910系列。显然，PCI Express接口比通常的SAS/SATA接口提供了更大的带宽，并且可以减少中间的连接转换层。一般的插卡式固态硬盘仅仅是将磁盘控制器和固态硬盘集中到一块PCIe插卡上，不过业界包括Intel在内均开始了进一步集成的研究，如T10/INCITS的SOP/PQI(SCSI over PCIe/PCIe Queuing Interface)以及Intel的NVMe(Non-Volatile memory Express)，此外还有一些专有的方案，这些方案都将FTL(Flash Translation Layer，闪存转换层)与PCI Express界面集成到同一个控制器当中，或者干脆就用软件来实现FTL，因此比起传统的SSD其延迟大为降低，可以达到非常优异的性能水准。

Intel SSD 910固态硬盘，是Intel的第一款PCI Express插卡式固态硬盘，25nm HET MLC，发布日期2012年Q2，代号Ramsdale

作为Intel的首款插卡式固态硬盘，SSD 910跟上面说的SOP、NVMe都统统没有关系。它是一款将PCI Express to SAS转换芯片以及SAS固态硬盘集中到一起的传统插卡式固态硬盘。尽管如此，它仍然提供了非常出色的性能，接下来我们可以看到。

如前面所述，Intel SSD 910属于传统架构的PCIE插卡式固态硬盘，它将普通解决方案的PCIE to SAS芯片和多个固态硬盘集成到了一块PCIE插卡上，如下图所示：

半高、半长规格的Intel SSD 910，按容量划分规格有两种：400GB和800GB。接口是PCIExpress Gen2 x8，单向理论带宽为4GB/s。SSD 910的发布在Romley-EP之后，Romley-EP就是支持PCI Express Gen3的Sandy Bridge-EP平台，PCI Express带宽比上一代提高了近一倍，为什么SSD 910没有采用PCI Express Gen3接口呢?一方面4GB/s的速率确实足够了，另一方面，SSD 910开发的时候市面上并没有Gen3的PCI Express界面芯片。

型号为SSDPEDPX800G3，"SSD"后两位"PE"代表了接口类型：PCI Express。作为对比，SSD 710的200GB型号为SSDSA2BZ200G3。

背部主要是8颗Micron芯片以及一颗Cypress CY14B256LA-ZS25X1芯片，Micron芯片稍后会再说，Cypress的这个芯片是一块32KiB的nvSRAM，非易失性SRAM，平时当作普通的SRAM使用，系统掉电时可以保存其中的内容不会丢失。它用来搭配PCI Express to SAS控制器使用。

整个SSD被分割为三层PCB，上面两层为NAND层，800GB版本使用两层，400GB版本使用一层就够了;最下面一层则为控制器芯片层，包含了PCI Express to SAS控制器芯片以及SSD控制芯片。PCI Express to SAS控制器被散热器覆盖住无法看到型号，不过操作系统将其认作LSISAS2008芯片——实际上也是这个型号。LSISAS2008是一个PCI ExpressGen2 x8接口的8端口SAS 6Gb/s控制芯片，内置一个533MHz的PowerPC 440处理器，性能强大，可以支持RAID 0/1/1E/10等功能。

Intel SSD 910的4个单元以及使用的LSISAS2008 SAS适配器;顺便一提，这台Xeon E5服务器并不是测试使用的平台

由于元件繁多的原因，SSD 910的标称MTBF只有100万小时。SSD 710的标称MTBF为200万小时。

SSD控制芯片型号为Intel EW29AA31AA1，这是Intel和Hitachi合作开发的SAS 6Gb/s接口的主控，在Hitachi的企业级SSD上就有使用。SSD控制芯片的数量一共为4个，因此Intel SSD 910 800GB呈现给用户的将是4个独立的200GB　SSD;400GB型号提供的就是两个，因为它只有两个EW29AA31AA1芯片。每个芯片搭配4块Micron的D9LHQ(PCB背后还有一半的Micron芯片)，DDR2-800规格的SDRAM，运行速率不详，容量为128MiB，这样，每个控制器就具备了512MiB的RAM作为Cahce，或者其它用途。

提供4个独立的磁盘有点超乎了大众的想象，因为一般的SSD产品提供的都是单一的磁盘映像。尽管SSD 910使用的LSISAS2008芯片可以各种RAID功能，不过Intel并没有将它们提供给用户，甚至，连启动功能都没有!显然，SSD 910被定为于纯数据盘，将操作系统盘和数据盘分开是企业级应用一贯的做法。如果用户需要单一磁盘映像，需要自己使用软RAID方案。

Intel SSD 710固态硬盘，主控为Intel PC29AS21BA0，接口为SATA 3.0Gb/s

作为对比的Intel SSD 710主控型号为Intel PC29AS21BA0，RAM为Hynix H55S5162EER-60M，64MiB的SDR166 SDRAM，从规格上看，SSD 910要比SSD 710强上不少，这应该也是Intel要将其原名SSD 720改为SSD 910的原因之一。

Intel提供的驱动中仍然将SSD 910称作SSD 720

下载请猛击：Intel SSD 910官方驱动。实际上就是LSI的SAS2 2.0.55.0驱动

最顶上的一块PCB，可以看到NAND Flash芯片型号为Intel 29F32B08JCNE2，SSD 710上使用的是Intel 29F16B08CCME1，它们容量均为16GiB，同属Intel 25nm HET eMLC NAND FLASH芯片，不过接口宽度似乎有些不同。Intel 29F32B08JCNE2通过66MHz的ONFI 2.0接口和Intel EW29AA31AA1相连，在每块PCB上，放置的FLASH芯片数量为28块，总容量就是448GiB。两块PCB总容量为896GiB，不过标称容量仅为800GB(注意GiB和GB本身还有差别)，大部分多出的容量被用来做beyond ECC(Intel宣称采用的级别更高的ECC)、磨损控制以及Over Provisioning等。这让Intel SSD 910 800GB的耐久度达到了10PB/14PB(4K/8K)，Intel SSD 710 200GB的耐久度仅有1PB(4K/8K) 。SSD 910是

Intel真正为高性能、高负荷设计的固态硬盘产品。

我们使用了一台双Westmere-EP至强工作站来进行测试，它采用了双Xeon X5680处理器，主频3.33GHz，搭配的芯片组为Intel 5520 IOH，提供了36个PCI Express Gen2 Lanes，Intel SSD 910就插在其中一个PCIe 2.0 x8插槽上。这个平台也是Intel SSD 710测试时使用的平台，当时SSD 710连接至一块同样插在PCIe 2.0 x8插槽的LSI SAS3081E-R HBA上，LSI SAS3081E-R采用的LSISAS1068E是一块PCI Express Gen1 x8界面的8端口SAS 3Gb/s控制芯片，基于一个255MHz的ARM966内核，性能比起LSISAS2008来自是大有不如，不过用来连接单块Intel SSD 710当是足够。测试使用的操作系统是Windows Server 2008 R2 SP1，分别安装了各自的最新驱动。使用的测试软件为Iometer 1.1.0 rc1。

我们首先测试了Intel SSD 910在单个模块/单个控制器在默认模式/普通模式下的性能，并与Intel SSD 710进行对比;稍后我们测试了Intel SSD 910在开启Max Performance Mode下的性能提升;最后我们对比了4个模块/4个控制器下的总性能并与Max Performance Mode下的进行了对比。

首先测试的是在单个模块/单个控制器在默认模式/普通模式下的性能，对应的另一个模式：Max Performance Mode最大性能模式将在相应测试内进行介绍。

可以看出，在较小队列深度下，SSD 710 200GB的理论指标要比SSD 910 800GB的一个200GB模块要好点，16以上队列深度则是SSD 910占明显优势，在其他指标上亦是如此。SSD 910的单个模块可以提供约55,000的4K随机读IOps和约8,670的4K随机写IOps，1MB顺序吞吐量则是470MBps/254MBps(读/写)，后者体现了SAS 6Gb/s的带宽优势，此外，与SATA接口的SSD 710对比的话，SAS接口在中、大队列深度下的优势也可以很清晰地看到。

可以看出，除了大致上就是8KB性能的Workstation工作站测试之外，其它3个服务器配置文件下都是SSD 910性能明显高出一截，FileServer文件服务器高约75%，WebServer网页服务器高63%，DatabaseServer高81%。

Intel SSD 910还有一个少为人知的秘密：Max Performance Mode最大性能模式，这个模式随着Intel释放出Intel SSD Data Center Tool工具而为人知晓。这个模式只适用于Intel SSD 910 800GB版本，它是基于这样的一个事实：半高的PCI Express x8插槽功能被限制为25W。但是尽管PCI Express插槽的信道规格可以检测出来，但是其高度确是无法知晓的。全高的x8插槽应该可以提供37.5或者说38W的电力。Intel SSD 910既可能插在半高的插槽，也可能插在全高的插槽。

功率限制对固态硬盘有什么影响呢?SSD CELL在擦写的时候，需要施加足够的能量将电子跃迁到Floating Gate浮栅层囚牢当中，SSD的写入需要比读取更大的电流，高性能的写入通过大规模的CELL并行写入来达到，因此需要的电流颇为可观。也就是说，功率限制有时也意味着性能限制，对于Intel SSD 910 800GB来说就是这样。为了保障安全，Intel将SSD 910 800GB做了限制，让其功耗不会超过25W，代价是性能受到影响。

对于将Intel SSD 910 800GB插入全高插槽的用户来说，这个限制就显得没有必要了，Intel通过Intel SSD Data Center Tool工具提供了解锁的操作，这个工具可以到Intel的官方进行下载。

下载请猛击：Intel SSD Data Center Tool

通过isdct -device 0 -power_setting max_performance命令解锁Intel SSD 910 800GB的最大性能模式

解锁最大性能模式会提示你要确认插槽可以提供28W的平均电力、38W的峰值电力以及300 LFM的风冷散热能力，如果记得前面拆解中SSD 910使用的挡板形状的话，你就会知道这是一块很热的卡。因为体积小，实际上也是非常热，要注意散热!

因为面向SATA接口的Intel SSD Toolbox无法用到加了一层SAS转换层的SSD 910之上，Intel SSD Data Center Tool还提供了Intel SSD Toolbox的一些功能，最重要的大概是完全擦除功能：

执行isdct -device 0 -drive X -erase就可以擦除指定的X模块的内容，过程大约为30分钟，此外千万要小心：模块号顺序和你看到的驱动器顺序未必是一一对应的!

顺便提一下，为了保证写入老化的影响，每测试一次写入之后就会进行一次擦除，可见测试固态硬盘的累人程度……

所有的读取操作都没有太大的变化——也许可以认为有些略微的提升。对于写入性能的提升是非常明显的，1MB块顺序写入从255MBps提升到了339MBps，幅度达33%。实际上，所有情况下的写入性能都得到了提升，只是小区块的要小一些，因为较大的区块驱动多个CELL进行同时写入的可能性更大一些。Max Performance Mode就是一个提升写入性能的模式。

测试没有任何变化是很显然的事——因为这4个测试当中只有FileServer文件服务器有20%、DatabaseServer有33%的写入操作，SSD 910跟上一代的不同之处非常轻微。

在所有模块都参与的情况下，最大性能模式在读取上也表现了一定的优势：4KB随机读提升了6.3%，1MB顺序读提升了10%。4KB随机写入提升了52%，1MB顺序写入提升了33.5%。打开最大性能模式的整个Intel SSD 910 800GB可以提供约250,000的512B随机读取IOps、约220,000的4KB随机读取IOps和53,089的4KB随机写入IOps，1MB写入吞吐量则是1375MBps，也就是1.375GB/s——跟宣称的1.5GB/s有点差距。

前面说过，最大性能模式是一个针对写入性能的模式，因此包含写入的应用：FileServer文件服务器应用有了可见的提升，除此之外，67%随机读、33%随机写的DatabaseServer数据库服务器也有所提升。

可以看出，Intel SSD 910的SSD主控仍然具有Intel主控的特点，最高可以提供的IOps为50,000~60,000这个数量级上下，大概是由于NAND芯片方面读写延迟的提升，其IOps和以往的Intel主控相比有了进步，此外，通过与Hitachi的共同开发，SAS接口的Intel EW29AA31AA1主控在中高队列下的表现要明显优于以往SATA接口的Intel主控。

IDF2012北京里面展出的Intel SSD 910 400GB版本，可以看到其PCB要比800GB版本明显少了一张

Intel SSD 910 400GB背面;Intel SSD 910的发布会刚好在IDF2012北京的会场内

单块Intel SSD 910 800GB即可以提供220,000的4K随机读IOps和53,089的4KB随机写入IOps，1MB写入吞吐量则是1375MBps，也就是1.375GB/s，这是在最大性能模式的情况下。在普通模式，写入性能要低20～33%，读取性能也要受一些影响。最关键的是，如果SSD 910的4个模块用作不同的用途，那么它们各自的操作很可能是无法预知的，在25W的功率限制下，各个模块的写入操作将会互相牵制。笔者认为，没有什么理由不使用最大性能模式，当然，要确认其使用环境：插槽可以提供28W的平均电力、38W的峰值电力以及300 LFM的风冷散热能力性能。

Intel SSD 910固态硬盘，是Intel的第一款PCI Express插卡式固态硬盘

作为Intel的第一款插卡式固态硬盘，SSD 910确实提供了不错的性能，不过，它还是一款将PCI Express to SAS转换芯片以及SAS固态硬盘集中到一起的传统插卡式固态硬盘。或许，更值得期待的是SSD 920?