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次世代之先進儲存裝置——Intel Optane™ SSD 905P

眾所周知地,以 NAND 為基礎之快閃記憶體,已成為儲存裝置之主流。而為了降低生產成本,MLC/TLC/QLC 等技術次第被開發並廣泛採用。以上之技術雖能有效倍增資訊密度與降低生產成本;但不可避免地,這亦導致存取時間被連帶延滯,也大幅降低了 NAND 單元之壽命。有鑑於此,Intel 與美光跳脫了 NAND 之舊有包袱,另闢蹊徑採用新的材料與結構,從而開展出 3D XPoint™ 架構。3D XPoint™ 為不同於傳統 NAND 技術之全新記憶元件,亦不受限於目前 NAND 所面臨之困境與瓶頸,而使電子儲存媒體有了質與量之躍進。

在理論上每一個 3D XPoint™ 儲存單元的存取速度,都有千倍於傳統 NAND 的效能。但是因為控制器之處理速度,與資料匯流頻寬的限制,3D XPoint™ 所構成的 SSD 並不會較 NAND 要快上千倍。尤其在連續讀取時,往往因為系統頻寬之上限,而無法突顯其性能。但最終在攸關系統效能的隨機存取部分,3D XPoint™ 仍具備全面性之優勢。

QD1-4 之小區塊隨機存取決定了系統之效能表現

在現代電腦與作業系統之架構下,絕大多數的系統操作都會被分散為無數個 QD1-4 之小區塊資料(其實際大小依磁區規劃而有所不同,目前主流之磁區皆以 4K 區塊作為基本單位)來進行實際的存取動作。也因此,QD1-4 之 4K 存取遲滯之積累,成為影響系統反應的主要因素。NAND SSD 之所以可較傳統機械式 HDD,帶給操作者明確的體感加速性,就在於前者比後者的 4K 存取遲滯時間要小非常多。

承上,QD1-4 的 4K 存取效能左右了系統之整體效能。進一步深究其原因,在於對 SSD 而言,運行當下所存取之系統資料可視為一個全然亂序之集合,而 SSD 又必須在極短時間內大量地存取系統區塊。如此,「小區塊隨機存取」也就成為 SSD 反應系統需求時之巨觀表現。也因此,每一次小區塊之隨機存取,所累積的延遲時間,最終造就了系統實際反應的體感展現。

以此,SSD 在佇列 QD1-4 之間之 4K 隨機存取效能,實為影響系統效能的最重要因素。而基於 3D XPoint™ 技術的 Intel Optane™ SSD 其專長亦恰如其分,在 4K 隨機存取上擁有絕對性之優勢。

Intel Optane™ SSD 905P 系列

Intel Optane™ SSD 905P 為第二世代之主流 Optane™ SSD 產品。相較於上一世代 (Optane™ SSD 900P) 之先行者,Optane™ SSD 905P 配備了強化版之控制器,以及密度更高之 3D XPoint™ 顆粒。新強化之控制器提升了 Optane™ SSD 的循序與隨機讀寫效能;而更高密度之顆粒則讓 Optane™ SSD 產品線之最大容量倍增。在此將 Intel Optane™ SSD 905P 全系列之性能諸元表列如下:

容量380GB480GB960GB1.5TB
型號SSDPEL1D380GASSDPE21D480GASSDPE21D960GA /
SSDPED1D960GA
SSDPE21D015TA /
SSDPED1D015TA
外型規格M.2 22110U.2 15mmU.2 15mm /
HHHL (CEM 3.0)
U.2 15mm /
HHHL (CEM 3.0)
顆粒3D XPoint™
介面PCIe 3.0x4
最高循序讀寫速度2600/2200 MB/s
隨機讀寫效能*575K/550K IOPS
最高寫入資料量6.93 PBW8.76 PBW17.52 PBW23.37 PBW
MTTF1,600,000 小時
保固五年有限保固

*8GB 區塊範圍內所測得之 4K IOPS

由以上之表列資料可知,Intel Optane™ SSD 905P 其最大容量由原先 900P 系列之 480GB 提升至 1.5TB。而在規格型式上則依容量與需求,而具備三種不同之選擇:

此外,Optane™ SSD 905P 在隨機讀寫效能擁有 575K/550K 之壓倒性優勢;而其最高寫入資料量亦為傳統 NAND SSD 之十數倍至千百倍 (1 PBW = 1000 TBW)。

實物開箱

此次開箱所取得之 Optane™ SSD 905P 系列成員為 480GB U.2 15mm 版本,型號為 SSDPE21D480GAM3。其外包裝為原廠彩盒裝,彩盒正面沿襲了 Intel Optane™ SSD 9 系列之一貫風格,與前一世代 Optane™ SSD 900P 系列有異曲同工之妙。

彩盒內分為上下兩層設計,上層為 U.2 15mm SSD 本體。

下層則備有原廠 U.2 SFF-8639 轉 M.2 M key 轉接線一條,SSD 固定螺絲一組,以及說明書一本。

U.2 15mm 之外型尺寸與一般 2.5 吋儲存裝置相似,但其高度稍高,為 15mm。本體自備金屬散熱外殼,以促進裝置運行時之溫度穩定性。

U.2 介面於 SSD 裝置端為 SFF-8639 型式,其外型乍看極其類似 SATA 介面。雖然 SFF-8639 之接腳定義涵蓋了 SATA 與 PCIe 訊號,但 Optane™ SSD 905P 之資料傳輸以僅以 PCIe 協定為主,以此無法以傳統 SATA 訊號線接續運作。

Intel 原廠之 U.2 15mm Optane™ SSD 905P 依其所附線材之不同,而有兩種款式:後綴碼 X1 者配備 U.2 SFF-8639 對 U.2 SFF-8643 訊號線(標準 U.2 訊號線);而後綴碼 M3 者配備 U.2 SFF-8639 轉 M.2 M key 轉接線(U.2 轉 M.2 轉接線)。無論訊號線或轉接線,皆需額外接續 SATA 電源,供 SSD 本體運作。

本文所取得為 M3 版本,適合主機板上擁有 M.2 M key 插槽者安裝使用。

原廠 M.2 轉接線讓使用者不需要刻意尋求 U.2 介面之相容裝置,也提升了 Optane™ SSD 905P 之適用範圍。

測試環境

本測試所採用為 480GB 容量版本。面對 480GB 容量 Optane™ SSD 905P 之高性能取向,我們採用 Intel® 第九代旗艦 Core™ i9-9900KS 處理器與 Z390 晶片組來建立測試環境,測試平台之規格如下:

為避免不同主機板上 CPU 節能設置之不同而干預 SSD 運作等非客觀性因素,於測試時 BIOS 中之 CPU C-State 及 EIST 節能功能皆設定為關閉狀態,以降低測試平台本身所帶來之誤差。測試平台之作業系統及韌體皆更新至最新狀態。

基本測試結果

CrystalDiskMark 測試

CrystalDiskMark 對於 Optane™ SSD 905P 480GB 測試結果多佇列(1GB/QD32)循序讀取為 2781.4 MB/s、寫入 2456.6 MB/s。4K 測試結果為締造空前紀錄之讀取 259.3 MB/s、寫入 231.7 MB/s。此外,將測試資料設定為 zero fill 之結果,1GB/QD32 循序讀取 2781.0 MB/s、寫入 2457.7 MB/s。4K 讀取 259.5 MB/s、寫入 231.0 MB/s。由以上數據顯示,測試資料之可壓縮程度並不會影響其傳輸速度。格外值得一提的是,Optane™ SSD 905P 480GB 之 4K 讀寫結果十分優異,全面大幅超越現世以 NAND 快閃記憶體所組成之各式 SSD。

AS SSD Benchmark 測試

AS SSD Benchmark 針對 Optane™ SSD 905P 480GB 基本測試所得數據為:16MB 區塊單一佇列(QD1)循序讀取 2523.18 MB/s、寫入 2149.97 MB/s。4K 讀取 154.35 MB/s、寫入 147.96 MB/s。此外,Optane™ SSD 905P 480GB 在一般 NAND SSD 所不擅長之 4K-QD64 項目,獲得極為耀眼之讀取 2309.32 MB/s、寫入 2323.56 MB/s。轉換為 IOPS 數值時更達到空前紀錄之接近 60 萬 IOPS。足見 Optane™ SSD 十分擅長於小區塊資料大量讀寫;而如前所述,一般系統運作之反應速度亦完全維繫於小區塊之讀寫效能之上。

使用 AS SSD Compression-Benchmark 測試之結果顯示,Optane™ SSD 905P 480GB 之讀取與寫入曲線十分平順,未有大幅波動之現象。此外,基於 Optane™ SSD 905P 主控制器之演算特性,測試 SSD 對於不同壓縮比例之資料,其皆擁有一致之傳輸速率。

Anvil's Storage Utilities 測試

Anvil's Storage Utilities 對於 Optane™ SSD 905P 480GB 測試顯示 4MB 區塊之單一佇列(QD1)循序讀取 2522.17 MB/s、寫入 2111.34 MB/s。4K 讀取 154.48 MB/s、寫入 146.50 MB/s。雖然 Anvil's Storage Utilities 於測試於所設定之資料區塊大小(4MB)與 AS SSD Benchmark 之設定值(16MB)有所不同,但各交集項目之差異並不顯著,可以列入測試數據之浮動範圍內。

TxBENCH 測試

TxBENCH 測試結果 512KB/QD32 循序讀取 2739.926 MB/s、寫入 2454.816 MB/s。4K 讀取 161.785 MB/s、寫入 154.651 MB/s。

進階效能測試

首先採用 Anvil's Storage Utilities 測試 4K 區塊多佇列最高效能。測試結果顯示 Optane™ SSD 905P 480GB 其讀取階段於 QD32 深度,寫入階段於 QD16 深度,所得之 IOPS 表現將趨近飽和點。而最高多佇列讀寫效能約為 582K/472K IOPS。

ATTO Disk Benchmark 測試

以 ATTO Disk Benchmark 4.0 於一般模式及略過寫入快取模式進行測試,兩者之差異並不明顯。此外,當傳輸區塊大於 32KB 時,Optane™ SSD 905P 480GB 之讀取與寫入效能皆將趨於最大化。能於如此小區塊之範圍內即取得最大化之效能,實屬不易。效能峰值約為讀取 2.59 GB/s、寫入 2.30 GB/s。且整體而言,於不同的傳輸區塊條件下皆有穩定之速度表現。

AIDA64 Disk Benchmark 讀取測試

以 AIDA64 Disk Benchmark 對於 Optane™ SSD 905P 480GB 之線性讀取結果十分平順。最高線性讀取效能為 2537.4MB/s,最低線性讀取效能則為 2523.2MB/s,平均線性讀取效能為 2529.9MB/s

在隨機讀取部分,Optane™ SSD 905P 480GB 於前 60% 之區間,其隨機讀取效能呈現穩定維持於 530MB/s 至 680MB/s 之範圍內。超過 60% 區間之後,則呈現大幅不規則波動之結果。整體之最高隨機讀取效能為 1470.8MB/s,最低隨機讀取效能則為 529.8MB/s,平均隨機讀取效能為 721.3MB/s

AIDA64 Disk Benchmark 線性寫入測試

以 AIDA64 Disk Benchmark 對於 Intel Optane™ SSD 905P 480GB 進行線性寫入測試,其結果為十分優異之平順,完全不存在大量寫入造成掉速之困擾或隱憂。整體之最高線性寫入效能為 2263.0MB/s,最低線性寫入效能則為 2148.1MB/s,平均線性寫入效能為 2171.2MB/s。以 2200 MB/s 之瞬時維持傳輸率而言,Intel Optane™ SSD 905P 480GB 其性能可謂之十分卓越。此一結果亦揭示了即便處於連續大量寫入之極端狀態中,Optane™ SSD 905P 480GB 仍然游刃有餘,而擁有令人讚嘆之 2200 MB/s 極致傳輸表現。

綜合性能評測

最終採用芬蘭 Futuremark 公司所推出最新版本之 PCMark10 進行綜合性能之評測。來驗證同一測試平台採用 Intel SSD 760p 512GB(SSDPEKKW512G8XT)傳統 NAND 方案,相較於採用 Optane™ SSD 905P 480GB 作為主要儲存裝置時,Optane™ 於兩者之中是否擁有明顯之優勢。

採用 SSD 760p 512GB 傳統 NAND SSD 分別於 PCMark10、PCMark10 Express 以及 PCMark10 Extended 所測得之結果為 7680 分、6082 分以及 10224 分。

而搭配 Intel Optane™ SSD 905P 480GB 之相同平台於 PCMark10、PCMark10 Express 以及 PCMark10 Extended 所測得之結果則為 7897 分、6351 分以及 10689 分。

將兩者之結果做圖比較,可以明確地看出使用 Intel Optane™ SSD 905P 對於系統效能有十分明顯之增進。