企業(yè)級MLC大容量SSD

除了常見的消費級固態(tài)硬盤之外，英特爾還有一條非常重要的產(chǎn)品線，也就是企業(yè)級固態(tài)硬盤。通過包括處理器和服務器芯片組、網(wǎng)絡芯片以及各種存儲產(chǎn)品，英特爾在數(shù)據(jù)中心可以提供完善的部件級解決方案。在今年的9月16日，英特爾發(fā)布了最新的企業(yè)級固態(tài)硬盤：SSD 710系列，用來代替之前的X25-E系列。英特爾X25-E系列于2008年10月份發(fā)布，距今已經(jīng)有三年的歷史，期間英特爾的消費級產(chǎn)品已經(jīng)進行了數(shù)次升級。

HET高耐久技術

老的X25-E有一個比較明顯的問題是容量略偏小，只有32GB/64GB可以選擇，同時使用的設計也偏老。新的SSD 710在容量方面得到了明顯的提升，并且采用了新的設計。SSD 710使用了目前最先進的25nm HET MLC工藝制程，直接跳過了消費級SSD使用過的34nm階段。相對老的X25-E使用的50nm SLC工藝，新的工藝讓SSD 710達到了300GB的最大容量，約為前代的5倍。

不過采用MLC存儲芯片也帶來了可靠性方面的問題。SLC在每個Cell單元里面存儲一個數(shù)據(jù)位，MLC則通過在每個Cell集成多層電子存儲層達到存儲多位數(shù)據(jù)的目的，目前英特爾的MLC為兩位MLC，也就是每個Cell里面存儲兩個數(shù)據(jù)位。因為每個Cell里面都保存了多個數(shù)據(jù)位，它們的讀和寫以及存儲都會互相牽制，特別是寫入階段。通常，MLC比SLC具有更小的擦除次數(shù)，因此企業(yè)級SSD通常均基于SLC存儲芯片。

另外，芯片工藝的提升其實也會降低NAND芯片的耐久度，因為Cell與Cell之間的間隔縮小了，互相影響的幾率也因此變大。總的來說，MLC還具有更低的持久度，數(shù)據(jù)存放相對短的一段時間就會受到破壞。SSD 710使用了HET（High Endurance Technology）高耐久技術來解決這些問題，HET包括了一系列的技術，包括NAND芯片上的改進以及SSD系統(tǒng)管理上的改進。

HET技術使用了比一般MLC更好的顆粒，具有更好的電氣性能和更高的持久度以滿足JESD218（JEDEC SSD Requirements and Endurance Test Method）規(guī)范的要求。此外，HET技術還是用比普通ECC糾正技術更強的“beyond ECC”技術來降低誤碼率并提升了擦除次數(shù)。SSD 710還搭載了全新的管理系統(tǒng)，除了在320等SSD系列上也擁有的新磨損算法之外，SSD 710還搭載了background data refresh后臺數(shù)據(jù)刷新技術，它會持續(xù)監(jiān)視SSD的狀態(tài)，在SSD閑置的時候會將重負荷區(qū)域的數(shù)據(jù)遷移到其它低負荷的區(qū)域上，從而降低了NAND芯片的磨損度。在滿足JESD218規(guī)范要求的不高于1E-16讀取錯誤率并切數(shù)據(jù)在關機狀態(tài)下能夠維持三個月的條件下，SSD 710 200GB型號的4KB隨機寫入壽命可以達到1PB，和X25-E 64GB型號持平，而當利用SSD 710容量上的優(yōu)勢，留出20%空間強化磨損控制的時候，可以提供1.5PB的4KB隨機寫入壽命。

如圖所示，在滿足JESD218要求的規(guī)格的時候，歸一化后的數(shù)值必須維持為正值，也就是在0的上方，可以看出SSD 710和SSD 320的差距。

似曾相識的設計

SSD 710最高容量為300GB，不過我們拿到手的SSD 710均為200GB，其型號為SSDSA2BZ200G3，使用了20個Intel的29F16B08CCMEI顆粒，每面10顆，每顆容量16GB，總容量達到了320GB，實際上，這個配置和英特爾消費級的SSD 320 300G型號一模一樣。SSD 710整整有120GB的容量留給了beyond ECC以及磨損控制，從這點來看，SSD 710的可靠性還是可以信賴的。官方給出的MTBF值為200萬小時，與上代產(chǎn)品持平，比消費級的120萬小時要高。

除了NAND芯片及其布局之外，SSD 710的主控芯片也和SSD 320一樣，為英特爾自家的PC29AS21BA0，因此其SATA 3Gb/s的接口規(guī)格和10個通道的NAND控制能力仍然不變。配置的DRAM也跟SSD 320一樣，為64MB，是X25-E的四倍。SSD 710也采用了SSD 320上類似的電路設計，在緩存周圍具有6個KEMET基美的T520系聚合鉭貼片電容，規(guī)格為6V 470uF，總容量達到了2820uF。這個稱為Power Safe Write Cache的設計是為了應付緩存工作方式的變化，在古老的X25-E上，Intel使用的細小的16MB DRAM芯片其實只是對存儲區(qū)域的索引，真正的Cache是在主控芯片的內(nèi)部的一個容量很小的區(qū)域，因此只需要很小的電容儲存的容量就可以確保在主機斷電后的短短時間內(nèi)將Cache的內(nèi)容寫入到NAND芯片當中。其他品牌的SSD大多使用DRAM來做數(shù)據(jù)Cache，在掉電時需要更多的電能來確保這些數(shù)據(jù)及時保存而不致丟失。SSD 710更改了掉電保護的方式，跟業(yè)界流行的方式，64MB的DRAM芯片不再僅僅是保存地址索引，而是保存了實際的用戶數(shù)據(jù)，因此設計了具有大容量儲能元件的電路，讓SSD在掉電之后仍然擁有足夠的電能將緩存數(shù)據(jù)寫入到NAND芯片當中。包括這個設計在內(nèi)的保護電路被Intel稱為Enhanced Power-Loss Data Protection增強掉電數(shù)據(jù)保護，它還集成了掉電自動主機電源隔離、開機防浪涌等一系列電路功能，這個設計在SSD 320上亦存在。

和近代SSD類似，SSD 710還集成了溫度監(jiān)視功能，可以通過SMART接口查看SSD的工作溫度。

性能測試

筆者使用了一臺具有LSI SAS 1068芯片的服務器進行了SSD 710的單盤性能測試，這臺服務器基于雙路Xeon X5670處理器和48GB R-ECC DDR3內(nèi)存，LSI SAS 1068擴展卡直接掛接于5520北橋芯片組上。LSI SAS 1068板載了ARM處理器用來處理SAS指令，通過SAS 3Gb/s接口連接到英特爾SSD 710固態(tài)硬盤。使用的操作系統(tǒng)為Windows Server 2008 R2，驅(qū)動為1.34.2.0。測試中打開了NCQ本地命令排序功能。測試軟件為Iometer 1.1.0 rc1版本。

我們先看4KB隨機性能，這也是業(yè)界最通用的衡量SSD隨機性能的項目，如圖所示，在16個隊列深度下，SSD 710 200GB達到了其峰值讀取IOps水平，約為44600左右，硬件上極為相似的SSD 320要高一點，為53900左右。相對來說，SSD 710峰值性能要比X25-E高10%以上，在低隊列深度時候，性能要高的多。

接下來是傳輸速率性能測試，筆者使用了1MB的塊大小。如圖所示是1MB塊測試結果，可以看出，SSD 710 200GB和SSD 320的表現(xiàn)非常相近，710的讀取要高一點點，達到了273.7MB/s。寫入上兩個SSD的曲線幾乎完全重疊。

總體來說，通過HET高耐久技術，SSD 710提供了不低于前代的可靠性，而通過新的25nm工藝MLC NAND顆粒，SSD 710提供了更大的容量和略強的4KB隨機讀取指標。從硬件架構上看，SSD 710跟消費級的SSD 320極為相似，只是保留給磨損控制的容量更大，這是為了保障在嚴酷的企業(yè)級應用中的可靠性。后面筆者將會帶來SSD 710在陣列環(huán)境下以及在企業(yè)級應用下的性能，敬請期待。