1.簡介

長江存儲的上一代消費(fèi)級PCIe 4.0 SSD產(chǎn)品TiPlus7100憑借著優(yōu)秀的品質(zhì)得到了廣大用戶的認(rèn)可，獲得了良好的市場表現(xiàn)。時隔兩年，長江存儲推出了TiPlus7100的后續(xù)型號TiPlus7100s。你沒看錯，在型號命名上只是多了個s，但是結(jié)果呈現(xiàn)別有洞天，在技術(shù)與性能層面相對上代產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)了重大突破。

TiPlus7100s采用了基于長江存儲新一代晶棧Xtacking4.0架構(gòu)的閃存顆粒，搭配先進(jìn)的SLC緩存機(jī)制構(gòu)建出強(qiáng)大的存儲性能體系。在讀寫速度方面，TiPlus7100s表現(xiàn)尤為卓越，順序讀取速度高達(dá) 7400MB/s，順序?qū)懭胨俣纫策_(dá)到了驚人的 6900MB/s，幾乎是主流PCIe 3.0產(chǎn)品的兩倍之多，且已無限接近PCIe 4.0固態(tài)硬盤接口的理論速度上限，充分彰顯了其在存儲領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

需要重點(diǎn)突出的是，相對上一代產(chǎn)品，TiPlus7100s將隨機(jī)讀寫性能進(jìn)行了大幅提升，其中4k隨機(jī)寫IOPS從之前的700K提升到了1500K，增長率114%；4K隨機(jī)讀IOPS從之前的850K提升到了最新的1400K，增長率66%，這得益于NAND、固件、主控多方面的統(tǒng)合綜效下達(dá)成的。

此次參與測評的是4TB版本，評測結(jié)果顯示憑借該產(chǎn)品卓越的性能和超大的存儲容量，能夠完美適配大型3A游戲、專業(yè)視頻編輯、復(fù)雜3D建模、精細(xì)動畫設(shè)計(jì)、高負(fù)荷數(shù)據(jù)中心、前沿機(jī)器學(xué)習(xí)以及沉浸式VR/AR等對存儲性能有著嚴(yán)苛要求的應(yīng)用場景，為用戶帶來極致流暢、高效穩(wěn)定的存儲體驗(yàn)。

2.外觀和架構(gòu)

尺寸規(guī)格：采用M.2 2280規(guī)格設(shè)計(jì)，小巧的外形尺寸使其能夠方便地安裝在各種支持M.2接口的設(shè)備中，如臺式電腦主板、筆記本電腦等，適應(yīng)不同用戶的硬件升級和安裝需求。

正面設(shè)計(jì)：整體風(fēng)格簡約大氣，正面覆蓋著典雅的銀白色貼紙，貼紙質(zhì)感細(xì)膩，視覺效果大氣且充滿科技感。貼紙上左上角有致態(tài)的標(biāo)志，左下角則標(biāo)明了SSD型號 “TiPlus7100s”，在SSD的右下角還標(biāo)注著它是PCIe 4.0 NVMe接口。

無緩存設(shè)計(jì)：采用無緩存設(shè)計(jì)，有利于對發(fā)熱功耗的控制，也節(jié)約了DDR的成本。如今DDR的價格懂的都懂，已經(jīng)飛上了天，多出的成本最后還都是要消費(fèi)者買單，如果采用Dram-less方案將會節(jié)約一筆采購開銷。

閃存顆粒：基于長江存儲新一代晶棧 Xtacking4.0 架構(gòu)的閃存顆粒是其核心組成部分。Xtacking 4.0技術(shù)基于兩片晶圓直接鍵合的Xtacking工藝，大幅增加了垂直通道的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了更高的存儲密度，并集成了多種前沿技術(shù)，進(jìn)一步提高了速度、性能和能效。

3.產(chǎn)品規(guī)格

4.測試平臺

此次測評使用了鸞起科技提供的測試套件eBird，這是一款SSD專業(yè)測試工具，提供全面的SSD測試方案，覆蓋從NVMe協(xié)議到系統(tǒng)應(yīng)用級別的驗(yàn)證。它適用于SSD研發(fā)、生產(chǎn)和導(dǎo)入驗(yàn)證，結(jié)合了研發(fā)團(tuán)隊(duì)多年產(chǎn)品測試經(jīng)驗(yàn)，并定期不斷迭代用例庫。

eBird支持多端口獨(dú)立測試，兼容Windows、Linux和國產(chǎn)操作系統(tǒng)，模擬實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，比如各種掉電情況和盤狀態(tài)組合，支持填盤和數(shù)據(jù)校驗(yàn)，確保測試的全面性和準(zhǔn)確性。

eBird提供豐富的測試框架和接口，包括NVMe協(xié)議、功耗測試、整機(jī)掉電、PCIe Reset、性能測試等。同時提供豐富的log和查詢功能，方便用戶深入分析和定位問題。

eBird采用控制機(jī)和測試機(jī)分離方案，這種分離式設(shè)計(jì)方便將測試機(jī)替換為待測的PC型號，一個控制機(jī)可以連接4臺測試機(jī)，并發(fā)測試提升測試效率。下圖是控制機(jī)的外觀。

5.盤片信息

使用CDI讀取被測盤片信息，結(jié)果如下。該盤片是4TB容量，通電次數(shù)僅有1次。

6.協(xié)議測試

NVMe SSD的協(xié)議測試是確保SSD與主機(jī)通過NVMe協(xié)議進(jìn)行正確、可靠、高效通信的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于NVMe SSD系統(tǒng)而言，協(xié)議測試包括兩個方面，一方面是PCIe的協(xié)議測試，另一方面是NVMe的協(xié)議測試。雖然主控與NAND之間也有協(xié)議，但不在系統(tǒng)測試范圍內(nèi)。PCIe是底層物理和鏈路層協(xié)議，需要用PCIe專業(yè)的協(xié)議分析儀進(jìn)行測試，本測試沒有涉及。NVMe是上層應(yīng)用層協(xié)議，使用上文提到的eBird就可以覆蓋，我們使用eBird對TiPlus7100s協(xié)議進(jìn)行了全面的NVMe協(xié)議測試。

NVMe協(xié)議規(guī)范中定義了兩類命令，一類是Admin命令，另一類是NVM命令（即IO命令）。分別展開了測試，結(jié)果如下：

6.1NVM命令測試

eBird共提供了101個NVM cmd測試腳本，結(jié)果全部PASS。

6.2Admin命令測試

eBird共提供了319個NVM cmd測試腳本，結(jié)果全部PASS。

6.3IOL測試

IOL測試就是在一個符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，使用專業(yè)的設(shè)備和測試套件，系統(tǒng)地驗(yàn)證一個待測設(shè)備（如SSD）是否完全符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如NVMe, PCIe），并能與來自其他廠商的、符合標(biāo)準(zhǔn)的主機(jī)設(shè)備（如各種品牌的PC）穩(wěn)定工作。

eBird也提供了包含IOL測試規(guī)范規(guī)定的用例集，共199個測試用例，測試全部PASS。

上述三類，總計(jì)619個測試腳本，TiPlus7100s測試結(jié)果全部PASS，可見其良好協(xié)議一致性。

7.性能測試

7.1CDM性能測試

CrystalDiskMark是一款輕量級且功能強(qiáng)大的硬盤和固態(tài)存儲設(shè)備性能基準(zhǔn)測試工具。它允許用戶快速、準(zhǔn)確地測量磁盤的讀寫速度，對于系統(tǒng)優(yōu)化、硬件選購或故障排查具有重要價值，在業(yè)內(nèi)通常被簡稱為CDM。

CDM測試結(jié)果展現(xiàn)了TiPlus7100s4TB卓越的性能，其連續(xù)順序讀寫速度分別高達(dá)7458MB/s和6943MB/s，分別超越官方標(biāo)稱的7400MB/s和6900MB/s；4K隨機(jī)讀寫IOPS也達(dá)到了1221K和1579K，也超過了官方宣稱的1200k和1500k。這個結(jié)果充分證明了TiPlus7100s4TB在順序讀寫和隨機(jī)讀寫都具有極高的數(shù)據(jù)傳輸能力，彰顯了其卓越的性能表現(xiàn)。

7.2空盤性能測試

7.2.1空盤性能測試目的

空盤性能測試旨在評估SSD在沒有任何前期數(shù)據(jù)寫入影響下的性能，這可以提供一個基準(zhǔn)性能指標(biāo)，反映出SSD在最佳狀態(tài)下的表現(xiàn)。

7.2.2測試工具與方法

常用的測試工具包括FIO（Flexible I/O Tester），這是一個開源的I/O性能測試工具，可以對存儲設(shè)備進(jìn)行隨機(jī)讀寫、順序讀寫等負(fù)載測試。

測試時，通常建議使用裸盤測試以獲得真實(shí)的云盤性能，這意味著在沒有文件系統(tǒng)和分區(qū)的情況下進(jìn)行測試。如果是已經(jīng)使用過的盤，在測試前需進(jìn)行SE（security erase）操作。

7.2.3性能指標(biāo)及結(jié)果

空盤測試中，主要關(guān)注的性能指標(biāo)包括在不同IO大小、隊(duì)列深度、線程個數(shù)、順序或者隨機(jī)條件下的性能表現(xiàn)，重點(diǎn)關(guān)注IOPS（每秒輸入/輸出操作次數(shù)）、吞吐量（Throughput）和延遲（Latency）3類指標(biāo)。測試結(jié)果如下（注意本測試總寫入量超出了SLC緩存范圍，即包括了TLC性能）：

可以看到，空盤全盤寫達(dá)到了4515MB/s，然后再進(jìn)行全盤讀，性能達(dá)到了7114MB/s，并沒有比SLC緩存區(qū)讀低很多。

7.3滿盤性能測試

7.3.1滿盤性能測試目的

滿盤性能測試用于評估SSD在存儲空間接近或達(dá)到滿載時的性能，這對于了解SSD在實(shí)際應(yīng)用中的性能衰減和耐久性至關(guān)重要。

7.3.2測試工具與方法

與空盤測試類似，滿盤測試可以使用FIO進(jìn)行。在進(jìn)行滿盤測試前，需要對SSD進(jìn)行預(yù)處理（SE后再預(yù)填充數(shù)據(jù)），使其達(dá)到或接近滿盤狀態(tài)。

預(yù)處理可能包括使用特定的數(shù)據(jù)模式填充SSD，比如順序填充、隨機(jī)填充、真實(shí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)填充等，以模擬不同業(yè)務(wù)場景下滿盤條件。

7.3.3性能指標(biāo)及測試結(jié)果

滿盤測試同樣關(guān)注IOPS、吞吐量和延遲這3個指標(biāo)，體現(xiàn)的是SSD在高負(fù)載或接近飽和狀態(tài)下的性能表現(xiàn)。測試結(jié)果如下（注意本測試總寫入量超出了SLC緩存范圍，即包括了TLC性能）：

可以看到，預(yù)填充滿盤后再進(jìn)行全盤讀寫，順序?qū)戇_(dá)到了3616MB/s，順序讀性能達(dá)到了7101MB/s，相對于空盤，在用戶體驗(yàn)上不會有明顯差距，表現(xiàn)了TiPlus7100s良好的性能調(diào)試成果。

7.4SNIA測試

SNIA（Storage Networking Industry Association）是一個非營利組織，負(fù)責(zé)制定國際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。SNIA推廣與數(shù)據(jù)存儲、傳輸、基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化、加速、格式化和保護(hù)相關(guān)的技術(shù)。下圖是SNIA對數(shù)據(jù)格式、傳輸、保護(hù)等定義以及后續(xù)發(fā)展方向的研究。

SNIA為SSD提供了標(biāo)準(zhǔn)的性能測試方法。eBird提供了涵蓋SNIA所述標(biāo)準(zhǔn)的測試套件。使用ebird提供的SNIA套件，對TiPlus7100s做了如下測試

7.4.1IOPS測試（SNIA IOPS）

IOPS測試用于評估SSD的隨機(jī)讀寫性能，覆蓋了多種讀/寫混合比例（RW Mix）和塊大小（Block Size, BS）的組合。IOPS測試總體信息如下：

測試需要在SNIA PTS（Performance Test Specification）規(guī)定的穩(wěn)態(tài)（Steady State）條件下進(jìn)行。達(dá)到穩(wěn)態(tài)的方法是對整盤進(jìn)行128K順序?qū)?，填滿盤2遍，然后再使用給定的Data Pattern進(jìn)行IOPS測試。填充的數(shù)據(jù)不能是全0或者全1，而應(yīng)該用隨機(jī)數(shù)據(jù)（Data Pattern為RAND）填充，避免一些SSD具備全0/1檢測功能導(dǎo)致的結(jié)果失真。注意這里的隨機(jī)數(shù)據(jù)不是指隨機(jī)寫，隨機(jī)寫是指LBA的隨機(jī)，隨機(jī)數(shù)據(jù)是指每個LBA內(nèi)數(shù)據(jù)內(nèi)容的隨機(jī)。

IOPS測試通常包括7種讀寫混合比例（從100%讀到100%寫）和8種塊大?。◤?.5KB到1024KB）。用表格的形式列出IOPS測試結(jié)果，如下：

在不同的塊大小和不同的讀寫比例的隨機(jī)混合讀寫測試模式下，IOPS結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表。橫向看，在相同讀寫比例下，隨著塊大小的增加，IOPS的下降趨勢非常平穩(wěn)?？v向看，在相同的塊大小下，不同讀寫比例下的總IOPS性能的比例關(guān)系也符合理論結(jié)果?？梢奣iPlus7100s在混合隨機(jī)讀寫性能調(diào)試方面是下足了功夫的。

使用eBird自帶的數(shù)據(jù)分析軟件，能夠?qū)⒉煌x寫比例及塊大小下的IOPS結(jié)果進(jìn)行3D展示，更能展現(xiàn)性能過度的平穩(wěn)性。

7.4.2吞吐量測試（SNIA Throughput, SNIA TP）

吞吐量測試是在穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行的，使用100%讀取和100%寫入方式，對1024K和128K的塊大?。˙lock Size）進(jìn)行順序I/O量測。

吞吐量測試總體信息如下：

在測試前，同樣需要預(yù)先對被測盤用128K順序?qū)懙姆绞教顫M盤兩遍，測試盤進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，然后再開始進(jìn)行吞吐量測試。

用表格的形勢將吞吐量測試結(jié)果，統(tǒng)計(jì)如下：

eBird 所配備的數(shù)據(jù)分析軟件功能強(qiáng)大且獨(dú)具特色。它能夠針對不同讀寫比例以及塊大小條件下的 Throughput（吞吐量）測試結(jié)果，以直觀的 3D 可視化形式進(jìn)行呈現(xiàn)。這種獨(dú)特的展示方式，相較于傳統(tǒng)的展示手段，能夠更為清晰、生動地呈現(xiàn)出性能變化的過程，讓用戶能夠一目了然地洞察數(shù)據(jù)背后的性能表現(xiàn)。

7.4.3時延測試（SNIA Latency, SNIA LAT）

時延測試在穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行，關(guān)注隨機(jī)I/O的量測，使用指定的塊大小和讀寫混合比例，捕獲平均和最大延遲時間。測試結(jié)果同樣通過SNIA報(bào)告中的數(shù)據(jù)表格和2D圖表展示，包括平均延遲和最大延遲時間。

時延測試的基本信息如下：

下面兩張圖是在0.5K、4K、8K塊大小下，吞吐量測試中體現(xiàn)的平均IO時延（Average）以及最大IO時延（Max）。經(jīng)過5次測量展現(xiàn)結(jié)果，4K平均寫時延在15us以內(nèi)，4K最大寫時延也在152ms以內(nèi)，這一結(jié)果在Dram-Less SSD中處于領(lǐng)先水平。

以表格的形式展現(xiàn)所有時延測試結(jié)果，如下：

表中術(shù)語：

ART: Average Response Time

MRT: Maximum Response Time

對不同塊大小和隨機(jī)讀寫比例的測試結(jié)果，按照IOPS、ART、MRT、99.999%時延四個角度，用3D Plot方式展現(xiàn)如下。

7.4.4飽和寫測試（Write Saturation Test, SNIA WSAT）

飽和寫測試對SSD進(jìn)行長時間的隨機(jī)4K寫操作，評估SSD在經(jīng)過長期寫入后的性能表現(xiàn)。這個測試有助于了解SSD在持續(xù)寫入壓力下的性能衰減情況，對于評估SSD的長期可靠性和性能維持能力至關(guān)重要。

寫飽和測試開始時，需要對被測盤進(jìn)行SE操作，使其恢復(fù)到接近FOB的狀態(tài)。

測試基本信息如下：

經(jīng)過長時間的4K隨機(jī)寫入后，得到了寫飽和測試的IOPS結(jié)果，如下面兩張圖所示：

在橫軸方向上，有兩種展現(xiàn)形勢，一個方式是時間，另一個方式是寫入數(shù)據(jù)量，可以分別代表在不同的時間和寫入量情況下的IOPS表現(xiàn)?？梢钥吹?，TiPlus7100s在飽和穩(wěn)態(tài)后，4K隨機(jī)IOPS性能也有109k以上，最大值為110K，波動很小，這個結(jié)果甚至超過了一些帶Dram的SSD產(chǎn)品，可見TiPlus7100s綜合調(diào)試水平很高。

寫飽和測試結(jié)果用表格表示如下：

寫飽和測試最后達(dá)到了穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，見下圖。

7.5PCMARK10跑分測試

PCMARK10有三種測試模式，我們對這三種模式都進(jìn)行了測試，結(jié)果如下：

7.63DMARK跑分測試

將被測盤作為Data盤測試3DAMRK，結(jié)果如下：

8.結(jié)語

我們對長江存儲致態(tài)TiPlus7100s進(jìn)行了全方位的協(xié)議測試和性能測試，其協(xié)議一致性和卓越性能表現(xiàn)令人矚目。

在性能測試中，充分考慮了空盤與滿盤兩種狀態(tài)下的性能。另外，我們也按照 SNIA標(biāo)準(zhǔn)，對TiPlus7100s的IOPS、throughput、latency以及Write Saturation等關(guān)鍵指標(biāo)展開測試。結(jié)果表明，TiPlus7100s在各項(xiàng)測試中的表現(xiàn)均十分優(yōu)異，充分彰顯了其作為一款高端消費(fèi)級PCIe 4.0 SSD產(chǎn)品的過硬實(shí)力。

在隨后的PCMARK10和3DMARK標(biāo)準(zhǔn)跑分測試中，TiPlus7100s得到了雙高分，甚至超過了部分帶DRAM的SSD。

在CDM測試中，TiPlus7100s更是脫穎而出，相對前款產(chǎn)品隨機(jī)性能提升巨大，其4KB隨機(jī)讀取IOPS飆升至1221K，4KB隨機(jī)寫入速度同樣提升巨大，高達(dá)1579K。如此驚人的隨機(jī)讀寫速度，無疑是對TiPlus7100s強(qiáng)大存儲性能的有力證明。

這些測試結(jié)果不僅展現(xiàn)了TiPlus7100s在消費(fèi)級PCIe4.0 SSD方案上的重大進(jìn)步，也同時將為用戶帶來遠(yuǎn)超預(yù)期的高效數(shù)據(jù)存儲與傳輸體驗(yàn)，能夠輕松應(yīng)對大型 3A 游戲、專業(yè)內(nèi)容創(chuàng)作、數(shù)據(jù)中心等對存儲性能要求極為苛刻的應(yīng)用場景。

相信TiPlus7100s的入市會為當(dāng)下Gen4消費(fèi)級存儲領(lǐng)域注入新的活力。

對TiPlus7100s的測試仍在進(jìn)行中，后續(xù)將對TiPlus7100s進(jìn)行QoS、壓力、功耗、可靠性、數(shù)據(jù)一致性的測試，更加深入的研究它的表現(xiàn)，敬請期待。