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综合
SSD品质真相大公开
录入时间:2011-3-4 17:31:27

作为新兴的储存媒介,固态硬碟(Solid State Drive,SSD)这个名称在业界与市场上都已不再陌生,具有高效能、低功耗、高耐受度及体积轻薄等特性,甫上市便成为众所关注的焦点。然而在实际应用上,除了企业用(Enterprise)的产品线已开始逐渐普及之外,SSD对一般民众而言仍是属于尚在观望阶段的一项产品。而会令消费者望之却步的理由,不外乎就是价格与品质。SSD以快闪记忆体(NAND Flash)作为储存媒介,售价因此受其单价的波动牵制而居高不下,更遑论主要使用型态为SLC(Single-Level Cell),成本更是相对高昂;此外,SSD这类产品本身的品质可靠度与使用寿命始终启人疑窦,平均故障间隔(MTBF)的不确定性使消费者不愿以更高的代价购买一个产品寿命存疑又故障率较高的产品。

 为了确认大众对SSD的品质疑虑是否其来有自,百佳泰(Allion Test Labs, Inc)特别拣选市面上知名品牌的SSD产品进行实际测试,以了解这些产品在真实的使用情境中,是否真的出现品质或效能表现上的问题风险,百佳泰并将其测试结果加以比较并进行解读分析,希望能以客观中立的角度将现象呈现,以供相关厂商在产品开发时、以及消费者在选购时的参考之用。

 

Brand Name

Model Name

Firmware

Size

Corsair

P128

VBM19C1Q

128 GB

Crucial

RealSSD C300

0002

128 GB

KINGSTON

SSDNOW V

C091126a

128 GB

SanDisk

G3 60GB

1.00

60 GB

Corsair

R120

1.0

128 GB

Intel

X25-M

2CV102HD

160 GB

OCZ

Vertex

1.5

128 GB

WDC

SiliconEdge Blue

5.12

128 GB

 在此次的测试实验中,我们一共挑选了八颗知名品牌的SSD,包括Corsair、Crucial、Kingston、SanDisk、Intel、OCZ、WDC等国际大厂所出产的产品,其中Corsair包括两款不同型号的产品。在测试方法上,则根据过去的经验,从四个指标来检视SSD的整体表现,分别包括可靠度(Reliability)、效能评估(Performance Evaluation)、效能稳定度(Performance Stability)、效能退化(Performance Degradation),并在各个指标中以实际测试所得出的结果进行三级分的评量,以A为优良、B为次之、C为不佳。

 根据下表可以看出最终的评量结果,在八颗产品中以Intel与OCZ的这两颗产品拥有最佳的品质,Corsair P128/ R120与KINGSTON的SSD则是表现最不佳的产品。如何得到这样的测试结果呢?请见以下的测试评估分析。

 

Model

Reliability

Performance Evaluation

Performance Stability

Performance Degradation

Result

Corsair P128

B

C

C

A

 

Crucial RealSSD C300

C

B

B

A

 

KINGSTON SSDNOW V

A

C

C

A

 

SanDisk G3 60GB

B

C

B

A

 

Corsair R120

C

B

C

C

 

Intel X25-M

A

A

A

A

 

OCZ Vertex

A

B

A

A

 

WDC SiliconEdge Blue

B

B

B

A

 

评估指标一:SSD的可靠度(Reliability

Reliability

Surface of SSD

SSD Status

Data Integrity

衡量SSD可靠度的方式主要在观察是否会有资料错误或漏失(Data Corruption/ Data Error/ Data Loss)的情形。作为一个以储存为目的性的产品,其首重要务便是能正确储存并保存资料,SSD也不外于此。在不同的使用情境、不同的温湿度环境与不稳定的电源状态下,对其资料保存能力都是挑战。一旦资料发生储存错误或档案损毁、遗失的情形,对使用者来说损失可能难以估计。因此,SSD的可靠度便成为本次测试实验中的第一个评估指标。

在可靠度的评估指标中,又分为三个面向,分别是SSD的外观规格(Surface of SSD)、SSD的读取状态(SSD Status)以及资料完整度(Data Integrity)。在实际的测试实验中,前两个面向都没有发现到明显的异常状况,外观规格不仅多能符合规范,在与其他电脑相连接时,也都能从电脑主机端读取到该SSD装置。不过在资料完整度部分,除了KINGSTON、Intel和OCZ能正确保存所有资料外,有过半数的产品、也就是五颗SSD都出现错误的情形,也就是说在执行读取资料并写入到SSD的动作之后,SSD中资料发生错误而与原始档案不符。

Performance Evaluation

Sequential 64K Read

Sequential 64K Write

Random 16K Read

Random 16K Write

Read/ Write Performance

 

评估指标二:效能评估(Performance Evaluation

 

 SSD众所皆知的一大优点便是宣称资料能高速传输,因此在此我们便运用效能诊断工具,来模拟出不同的使用情境,并执行实际的评估测试。此次选择的是16K与64K两种大小的档案来进行随机(Random)与持续(Sequential)读写的测试,其中16K的档案比较符合使用者一般存取的普通档案大小,而64K则偏向影音媒体档案的大小。此项测试的主要目的是在了解受测SSD在读写不同档案时,其效能有如何的表现变化,其评估数字是以一百回的测试结果加以平均所得出。

 从上面的测试结果图可以看出,八颗SSD的表现各不相同,其中以Crucial、Intel和OCZ的表现较佳,而KINGSTON和SanDisk的表现则较差。在64K持续读取时,七颗SSD的速度旗鼓相当,仅有SanDisk的效能表现落后,99.24MB/s的速度仅达到其余七颗平均水准的一半;在64K持续写入时,以OCZ的SSD效能明显领先群雄,而SanDisk的产品则同样垫后。至于在16K随机读取时,仅有Crucial与Intel的两颗SSD能分别达到181.99MB/s与204.38MB/s的表现,其余均落在70MB/s以下,并又以SanDisk的效能为最差;而在16K随机写入时,包括Corsair的R120和Intel、WDC的产品能有超过100MB/s的速度,SanDisk则只有11.62MB/s的成绩。最后,再比较这八颗SSD的平均读写效能,则有Crucial、Intel与OCZ能达到60MB/s以上的表现,而KINGSTON则以32.6MB/s敬陪末座。

 从这样的数据可以看出,除了SanDisk的产品相较之下整体均略逊一筹外,其他品牌的SSD在不同使用情境下,也各自有极为不同的表现结果。举例来说,Crucial的SSD在随机16K读取测试中,有第二佳的效能表现,但在随机16K写入测试中,却成了所有SSD中的第五名,也就是说,它在处理读取与写入时的速度落差,相较于其他产品来的大,这样的差异不仅使用者可以明显感受的到,也代表着该产品必须再加强控制晶片对读写动作的运算处理。

 评估指标三:效能稳定度(Performance Stability

Performance Stability

Performance Normal Distribution

High/ Low Gap over mean

Standard Deviation over mean

第三个评量SSD表现的指标则是SSD的效能稳定度,也就是说,SSD在执行每次读写任务时,是否都能维持相同或接近的表现水准,尤其是在经过长时间、大范围与动态使用的状态下,更特别容易见到SSD产生效能不稳定的情形。SSD的表现若能维持稳定,不但符合使用者期待,也同时能保障相应装置像是系统端的运作使用。 

为了得到更准确可靠的结果,我们分别从效能的常态分布情形(Performance Distribution)、极端值之落差(High/ Low Gap)和标准变异数与离散程度(Standard Deviation over mean)三个面向来评估。

 

效能常态分布情形(Performance Normal Distribution

*Diagram of Normal Distribution Curve

 

 

所谓的常态分布,是指在所有统计资料中,数据落在标准变异数(亦即标准差,σ)之间的范围比例。而在此所谓的效能常态分布,指的就是所有测试结果的效能表现落点情形。若是每回合的测试结果距离平均数(μ)越接近与集中,代表效能越稳定;倘若每回合测试结果距离平均数越远而发散,则代表其效能表现的落差较大而相对不稳定。以下图Crucial C300与Corsair P128两台受测SSD为例,蓝色线段图形代表每次测试回合的结果分布情形,桃红线段代表测试结果的累进情形,从图中就可看出Crucial的效能稳定度较Corsair来的高(两条线段图形都较为陡峭),实际的测试状况是,Crucial有93.8%的测试数据落在平均效能正负10%的范围之内,相较之下Corsair则只有48%落在其平均效能的正负10%范围。

 

*Crucial C300

*Corsair P128

 

 

 

至于在所有的受测SSD中,则以OCZ的产品表现最佳,不仅有98.1%的测试结果落在平均效能的正负10%范围,并且也没有超出正负20%范围的异常状况。从下图便可看出OCZ的效能表现的稳定程度,深蓝色线段代表每一回合的测试结果,所有测试结果都显示OCZ的读写效能落在红色线段范围(正负10%)内,并且明显接近浅蓝色线段(平均值),足见其效能表现每次都维持在一定的水准;相较之下,右边Corsair的结果图则可明显看出差距,线段的剧烈波动代表着每次效能表现的差距极大,并不断出现超出正负20%范围的情形。总归而言,检视所有受测SSD的效能稳定度测试结果,除了OCZ的产品外,其余七台都出现程度不等的稳定性的问题。

*OCZ Vertex

*Corsair R120

*Legend

 

极端值落差(High/ Low Gap over mean

极端值落差指的是同一颗SSD最好与最差的表现差距,当差距越大,也就代表着稳定性的不足。此次的评估标准是比较各颗SSD测试结果中领先群(效能表现前10%)与落后群(效能表现后10%)的平均值差距,来看出其稳定度上的不同。比较的方式包括绝对落差与相对落差,绝对落差指的就是领先群与落后群实际的数据差距,相对落差指的则是考虑了SSD平均效能大小的因素后,计算出数据差距所占整体平均效能的比例,也就是数据差距除以整体平均效能的百分比。

 

在实际的测试结果中,尤以Intel与OCZ的两颗SSD表现为最好。Intel的领先群与落后群之绝对落差为12.1MB/s,而占整体平均效能比例的相对落差则是16.2%;OCZ的绝对落差更是仅有4.6MB/s,相对落差则为7%。除此之外,其余六颗SSD都有落差值过大的问题,以Corsair P128为例,绝对落差为26.4MB/s,但相对落差则达到了整体平均效能的55%,也就是说在泰半的测试回合中,该颗SSD都有效能表现落差过大的问题。

 标准变异数与离散程度(Standard Deviation over mean

 此处我们再度采取应用统计学的方法,来了解SSD效能表现的离散程度,也就是看所有测试结果距离平均数的分布情形。举例来说,在SanDisk受测SSD的测试结果中,效能平均数(μ)为47.2MB/s,标准变异数(σ)为3.2,至于其离散程度(σ/μ)则为7%,也就是说多数测试回合的数据均落在其平均数正负3.2MB/s的范围内,且这样的差距范围仅占整体效能平均数的7%;而KINGSTON的效能平均数为32.6MB/,标准变异数为4.6,离散程度则达到14%,因此SanDisk的表现明显优于KINGSTON。

 在所有的受测SSD中,除了Corsair的两颗SSD与KINGSTON的SSD以外,在这个项目都能有符合期待的表现,离散程度都落在2%到10%之间。

 评估指标:效能退化(Performance Degradation

Performance Degradation

Performance Degradation

Overall Performance

所谓效能退化指的是SSD随着使用时间增长、与使用次数的增加、尚余储存空间减少等等因素,而导致效能的逐渐下滑。主要原因是由于若SSD控制晶片的TRIM与Garbage Collection设计未臻理想,无法适当的回收可用的空间,产品本身便无法让资料有更大的空间可平均抹写于SSD的各个储存区块(Wear Leveling),另外当SSD没有预留足够的备用空间(Space Provisioning)供运作满载或资料量接近饱和时使用,也会产生效能退化的状况。

*Example of SSD Performance Degradation

效能退化的情况主要有两种,一种是SSD的效能表现从开始使用后每况愈下,右图便是这种情形的示意图,在这个范例中,桃红线段为SSD的各回合效能,规律的蓝色折线则是剩余容量的多寡,除了一开始能有高达200MB/s的速率外,从第20回的使用后便仅能达到75MB/s左右的速率。另一种情形则是随着SSD中剩余储存空间的减少,速率也跟着下降,而当SSD中的储存空间重新被释放时,速率又会再度回到较佳的表现水准。 

*SanDisk G3

 

 

在此次的测试实验中,KINGSTON与SanDisk都出现明显的效能退化,并且都是属于第二种情况。附图便是SanDisk受测SSD在不同测试回合的效能变化图,可以明显看出,SanDisk G3的效能高低(深蓝线段)随着剩余空间的多寡(浅紫折线)而有规律的起落除此之外,其余SSD都没有显著效能退化的情形出现,整体的效能也未出现异常状况。

 

 

最后必须一提的是,Corsair R120这台受测品在测试过程中便出现故障(malfunction),无法完成全部回合的测试,因此在可靠度、效能稳定度和效能退化程度上都被评为不佳。

 全面验证 打造SSD黄金品质

 从前面的几项测试,可以发现到尽管同样是SSD、同样标榜着高效能,在表现上却极为不同。以此次所设计的四项评估指标、共十三项标准观之,众品牌的SSD的表现可说是大相径庭,也发现到许多不同程度的问题,这些问题对于SSD这项产品本身而言都是至关重要,必须加以改进与补强的,而这似乎也代表着这些品牌制造商对自家产品在前端的设计验证阶段,还需更下功夫。

 SSD在现下的诸多科技产品中,仍是属于较年轻新式的一种产品型态,由于其设计架构的复杂性,任何一个环节都有可能影响到SSD的产品效能表现、可靠度、稳定度等。再加上SSD的产品样貌多变,可以内嵌于笔电之中、可以是外接的行动式消费性电子商品、更可以应用在企业级的储存使用、或是应用于军事用途,这些不同的用途都有各不相同的性能诉求,也就更需要合适的测试,来确保每个SSD产品表现是否能确实符合其使用目的性。根据百佳泰累积至今十数年的专业测试谘询经验,我们归纳出四个足以左右SSD品质与效能的关键,分别是控制晶片(Controller)、快闪记忆体(NAND Flash)、连接介面(Interface)和与应用面(Application)的结合,这几个关键都分别能以不同的验证方式,找出产品问题的症结点,并进而确保SSD的良好品质。

*The Complexity Math of SSD Design

 

市面上众多品牌让人眼花撩乱,虽然选择众多,但也使消费者不知如何正确选购合适的产品。百佳泰便希冀以本篇文章,用最宏观的角度,指出目前一般消费者可能并未注意到的SSD品质问题,同时也希望这样的测试结果,能提供厂商作为未来修正与研发的参考,让这项产品的技术持续精进,消费者也才更能享受更高品质的产品。


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