让SAS硬盘走进历史吧 首款英特尔双端口SSD抢先测试

　　继英特尔750系列、DC P3700等高性能NVMe SSD后，英特尔今年继续在NVMe高端市场发力，推出了多款新品，其中最让人好奇的就是这两款号称双端口设计、面向数据中心设计的DC D3700与DC D3600 NVMe U.2 SSD。我们知道最近一些存储厂商也推出了一端为USB 3.1 Type-C，一端为SATA的所谓双口SSD。但这两款SSD却都只有一个U.2接口，那么英特尔为什么将它们称为双端口SSD？这样的设计有什么作用呢？

　　来源于SAS的双端口技术

　　事实上，此双端口SSD非我们最近常说的双口SSD，这个双端口设计来源于此前在SAS硬盘上曾出现过的一个特性。与SATA存储设备相比，SAS存储设备的一个重大优势就是双端口设计。一般来说，为了增强数据安全性，我们往往会组建RAID1或RAID5磁盘阵列，这样即便一块硬盘损坏，数据也不会丢失。然而在这样的存储系统中，这些硬盘往往连接的都是同一个磁盘控制器。如果这一个磁盘控制器出现损坏，虽然里面的数据可能不会丢失，但电脑显然就无法正常工作，如果是应用在企业里的服务器出现这种状况，也就意味着企业给用户提供的服务将被迫中断，可能会造成严重的经济损失。

　　而双端口设计简单地说就是一块存储设备可以连接在两个不同的磁盘控制器上，这样即便其中一个磁盘控制器出现故障，第二个控制器也能迅速接手，避免用户无法使用。在具体使用时，虽然SAS存储设备也只有一个SAS接口，但通过额外的连接线，可分离出两根数据连接线、一根电源线，两根数据线可以分别连接到有主、从之分的SASHBA或RAID卡上。同时硬盘会采用Active-Active（双激活）模式工作，以确保当任何一块SASHBA/RAID卡出故障时，SAS硬盘/磁带驱动器仍能被另一块SASHBA/RAID卡访问。

　　SAS接口虽然有这样的优点，但它的存储性能与当今的产品相比，特别是近期开始流行的NVMe技术相比，仍有明显不足。首先不少SAS存储设备使用的仅是6Gbps接口，这也就意味着它们即便采用固态盘作为存储介质，其传输速度也无法超过600MB/s。即便是近年来开始普及的SAS-3接口也不过只有12Gbps的带宽，而当前NVMe产品的带宽普遍可以达到32Gbps即4GB/s，能够充分发挥出固态盘的最大性能。同时，NVMe技术的使用，将使得SSD的软件和控制器延迟得到明显降低，如NVMe取消了AHCI命令执行时对寄存器的读取访问，相比之下AHCI需要4次读取、消耗8000个CPU循环并带来大约2.5微秒的延迟。此外，由于NVMe标准主要面向采用PCIe总线设计的SSD，存储设备可以直接被CPU调用，不再需要南桥转接，同样能够降低延迟，提高效率。NVMe还可以减少命令的尺寸以及I/O操作的数量，使得带宽和CPU开销能得到一定程度的节约。从企业存储方案供应商X-IO Technologies的数据来看，在使用相同存储介质下，NVMe SSD可以较SAS设备提高6倍的IOPS，加速数据库的运行速度，并将数据访问的延迟时间缩短6倍，从而有效提升服务器带给用户的QoS服务质量。

　　更值得一提的是，NVMe大幅提升了存储系统的IOPS每秒读写次数。IOPS的提升来自于NVMe对命令队列支持能力的改进，AHCI支持存储系统一次最多执行1个队列，每个队列32条指令。NVMe标准则大幅度提升了这个数据，理论上存储系统一次最多可执行64K(64000个)队列，并且允许每个队列拥有64K的命令。其高队列深度随机读写性能获得了极大的提高，能更好地满足服务器大型并发应用的需要。因此如果能把SAS存储设备支持双端口连接的特性与NVMe性能强、延迟低的优点相结合，那么我们就能打造出兼具性能与安全性，适合进行7×24小时工作，且不能出错的在线交易、云服务、企业私有云等专业应用的高端企业级SSD，而这正是英特尔打造DC D3700与DCD3600固态盘的主要原因。

　　DC D3700与DC D3600产品简介

　　本次我们体验的DC D3700 1.6TB与DC D3600 2TB双端口SSD在外形上与之前同样采用U.2板型的DC P3700、750系列类似，没有什么不同，而与SATA SSD相比，虽然都采用2.5英寸设计，但U.2SSD的厚度都达到了15mm，明显比7mm～9mm厚度设计的SATA SSD要厚不少。背面U.2 SSD也设计了大面积的散热鳍片，显然这样的设计是为了硬盘能更好地散热，提升稳定性。而拆开这两款U.2 SSD后，我们也能看到它们的与众不同。由于体验中的这两款SSD都属于大容量产品，因此为了承载更多的闪存芯片，它们的内部都采用了双PCB设计，其中上层PCB专门用来板载闪存芯片。在DC D3700上，它板载了18颗编号为“29F0IT080CMFP”的英特尔HET闪存芯片。同时这块PCB通过一排连接线与下层PCB连接。而下层PCB一面则板载了三颗来自美光的缓存芯片，以及一颗用于掉电保护设计的大容量电容。而PCB另一面由于它与设计有散热鳍片的外壳面紧密相连，因此我们没有强行拆解，以避免损坏这块非常昂贵的企业级SSD。不过我们可以轻易地推断出，外壳另一面必然板载的是两颗SSD主控芯片，以对应可能连接的两个磁盘控制器。与散热鳍片的紧密接触，也非常有助于两颗主控芯片的散热。只是遗憾的是，英特尔没有公开DC D3700所用主控芯片的具体信息，但从它的型号来看，我们推测它可能是在P3700上出现过的CH29AE41AB0 18通道NVMe主控芯片，或者是基于其技术架构的衍生物。

　　而DC D3600 2TB的内部结构与DC D3700 1.6TB也完全一致—同样采用双PCB设计，也是板载了18颗编号为“29F0IT080CMFP”的英特尔HET闪存芯片。所谓HET就是英文High Endurance Technology高耐久度技术的缩写。采用这种技术生产的闪存颗粒也被称为e-MLC。它拥有更久的使用寿命，其耐用度是普通MLC闪存的30倍—这两款SSD可承受每日3次全盘覆写，即写满全盘3次，并可以保证在这种工作强度下，5年内能够正常工作，因此英特尔也为DC D3700、DC D3600提供了长达5年的免费售后服务。同时在下层PCB上，其正面也是板载了三颗来自美光的缓存芯片，以及一颗用于掉电保护设计的大容量电容。因此毫无疑问，它的第二面显然同样是板载了两颗主控芯片。

　　那么两款双端口SSD有什么区别呢？从两款SSD所用的闪存芯片、颗粒数完全一致，但DC D3700可用空间稍小来看，我们推测一是DC D3700拥有更多的保留空间，性能可能更强。而从英特尔的官方指标来看，DC D3700的标称随机4KB写入IOPS达到10万IOPS，DC D3600则为3万IOPS。此外需要注意的是，由于这两款双端口NVMe SSD是为连接两个磁盘控制器而设计，因此为了让每个磁盘控制器都有足够的带宽，它将U.2接口的PCIe 3.0x4带宽一分为二，即每一个磁盘控制器连接该SSD时获得PCIe 3.0 x2即2GB/s的带宽，而这2GB/s的带宽也远高于SAS-3接口完整的12Gbps带宽。

　　因此可以说，在性能与安全设计上，DC D3700与DC D3600都做好了充分的准备，那么在实际体验中，它们的表现究竟如何呢？

　　高队列深度性能突出 DC D3700、DC D3600性能测试

　　此次我们测试了DC D3700、DC D3600在连接一个磁盘控制器时即单主机状态下的性能，并采用拥有PCIe 3.0x4带宽的NVMe SSD三星950 PRO与它们进行了对比。这款NVMeSSD的接口带宽达到4GB/s，再加上对NVMe技术的支持，其规格指标远强于采用6Gbps或12Gbps接口的SAS SSD。同时我们还在测试中加入了一款希捷ES.3系列2TB企业级机械硬盘，该产品拥有SATA、SAS两种可选接口，可以让我们了解从企业级机械硬盘升级到NVMe SSD后，性能上会有怎样的提升？

　　基准测试

　　首先从AS SSD基准测试来看，由于单颗磁盘控制器连接双端口SSD的带宽被限制到PCIe 3.0x2，有2GB/s的接口带宽限制，因此在连续读取速度上，单主机状态下的双端口SSD的最大读取速度要逊于普通的NVMe SSD，无法突破2000MB/s。但如果双端口SSD同时被两颗磁盘控制器连接、访问，将它对两个磁盘控制器的传输速度进行叠加，其整体读取速度可以达到2200MB/s。在对服务器至关重要的随机4KB高队列深度性能上，它的表现则远远优于普通NVMe SSD。其中DC D3700的AS SSD随机4KB写入IOPS达到236098IOPS，而三星950 PRO只有它的31%。在Crystal Disk Mark中的测试也是如此，单颗磁盘控制器连接的双端口SSD的连续传输速度无法突破2000MB/s，但其高队列深度下的随机4KB写入性能远优于普通NVMe SSD。DC 3600的随机4KB@QD32T1写入速度达到502.2MB/s，950PRO则只有342.3MB/s。

　　而与企业级机械硬盘相比，采用双端口NVMe SSD后的存储性能则获得了质的飞跃，随机4KB QD64 IOPS可以轻松地从数百IOPS提升到25万级。

　　IoMeter服务器应用环境测试

　　当然基准测试只是一方面，接下来我们还采用IOMeter测试英特尔DC D3700固态盘英特尔DC D3600固态盘在文件服务器、WEB服务器、数据库服务器、工作站环境中的性能表现。从下面的测试图可以看到，在低队列深度下，三款NVMe SSD差别不大，而一旦队列深度上升到QD16，三款NVMe SSD的性能就开始逐步拉开，直到QD 128达到最大差距，四个服务器环境测试基本上都是如此。如在文件服务器QD 128下的IOPS性能，DC D3700、DC D3600的IOPS性能都达到了78000 IOPS以上，与三星950 PRO拉开了2万IOPS的差距。在WEB服务器中，QD 128下，DC D3700、DC D3600的IOPS性能领先普通NVMe SSD的性能也超过了1.5万IOPS。因此通过这一模拟实际应用环境的测试可以说明，尽管单磁盘控制器的带宽为了连接第二颗磁盘控制器被平分为PCIe3.0 x2，但对于SSD的随机4KB IOPS性能并没有任何影响。DC D3700、DC D3600充分证明，作为企业级SSD，它们的高队列深度随机4KB性能仍优于那些采用PCIe 3.0x4的普通消费级NVMe SSD。面对企业级应用，它们是可以轻松胜任的。

　　同时在这个服务器场景应用中，NVMe SSD也再次显示出了它们面对企业级机械硬盘的巨大优势—即便在QD 128下，企业级机械硬盘的IOPS也难以超过400，因此服务器要想面对众多用户的访问需求，就必须换用高性能企业级NVMe SSD。

　　不仅仅是快 更加成熟安全的企业级双端口NVMe SSD

　　去年英特尔DC P3700企业级SSD的问世，让我们看到了借助NVMe技术，企业级存储产品在性能上的重大突破，而今年DC D3700、DC D3600双端口SSD的问世则向用户展示，NVMe不仅仅只有快，通过新的设计企业级NVMe SSD在安全性上也可以做到极致。就如下面这张英特尔宣传图上的例子，通过采用多块NVMeSSD组建RAID磁盘阵列，再为每块固态盘连接两个磁盘控制器，在存储数据、存储控制器上都实现双重备份，再加上英特尔HET高耐久度闪存芯片的使用，安全性显然能得到充分的保障。而在性能上，尽管为了安全性，U.2的PCIe 3.0x4带宽被一分为二，但它的带宽仍远高于SAS-3的12Gbps。而且从测试来看，在只连接一颗磁盘控制器时的单主机状态下，企业级双端口SSD的高队列深度随机4KB性能也远优于那些带宽完整的消费级NVMe SSD。如果在连接两颗磁盘控制器，同时使用的双主机状态下，其叠加后的传输速度与IOPS吞吐量还可进一步提高。如最大叠加读取速度可达到2200MB/s，随机4KB读取IOPS可从单机状态下的400K提升到叠加后的470K。因此凭借与SAS同级的安全性，以及十分突出的性能，我们认为双端口NVMe SSD将成为7×24小时企业级存储市场更好的选择。

　　文、图/马宇川