SSD产品发展到现在,技术上不断的突破与推进,运作的速度与性能(speed & performance)向来是各厂商的主要卖点,然而除了速度之外,SSD的性能稳定度与性能退化度,才是真正能够显示出一个SSD的质量深度与提升用户满意的关键。百佳泰深耕SSD产品验证技术多年,开发出企业级产品测试工具「Allion Stress Tool」,能够执行性能稳定度测试(Performance Stability Test)和效能退化度测试(Performance Degradation Test)。不同于一般市面上的测试工具,Allion Stress Tool是以消费者的角度作为出发点,能就测试结果诊断出受测产品是否有性能不一致或效能锐减缺点,确保用户在使用产品时能有流畅的用户经验(UX),免于遭受硬盘忽快忽慢的干扰。

若SSD的耗损平均设计(Wear Leveling)不够完美,遇上吃重的工作负荷时,可能会产生性能不一致(Performance Inconsistency)或随着可用储存空间变动而性能剧降(Fluctuation)现象。你买入的SSD是否有上述的状况呢?针对上述的两种状况,百佳泰设计了测试脚本,通过这个脚本搭配测试程序,我们便能了解SSD硬盘的效能稳定与否、效能退化度。这次选测了7款知名SSD硬盘来做观察,整个测试过程,会使用总共10TB的真实数据存取工作量(假设一般使用者每天使用SSD约3GB的数据量,10TB约为一年的使用量),来仿真受测硬盘在日常生活中处理档案时的性能表现。为了更贴近实际的使用情形,处理的文件类型包含:影片(例如:3GP、AVI)、声音(例如:MP3、WAV)、图片(例如:BMP、JPG)及其他(例如:BAT、DLL、ZIP),并针对4K Random/Sequential读写、16K Random读写、64K Sequential读写进行性能表现监控。

 

 性能稳定度测试(Performance Stability Test)

此测试的评比标准分为两个标准:

 【观察评比标准一:性能分布一致性】在测试的数据读写过程中,测试工具会不断的评估并记录SSD读写效能,以受测SSD整体的读写表现平均值正负10%为标准范围,如果此SSD超过10%以上的读写表现数值落在其标准范围外,表示使用过程中读写效能忽快忽慢,代表该SSD读写性能在使用过程中较不稳定。

SSD E 240GB 4K Random read

图一:SSD E在4K Random Read的测试结果

我们先用一个例子来做说明,图一为SSD E在4K Random 读取时的状况:每一笔的测试数据数据都是的粉红色的落点,经过统计过后SSD E在4K Random读取的平均速度为169.66MB/s,设为粉红色的线。绿线跟红线则分别代表平均值的正负10%范围。可以看到大部分的点都落在这范围外,经计算过后有85.41%的落点都标准范围之外,该项4K Random读取效能在SSD使用过程中,容易效能上下大幅波动,显示出SSD E在此测项上表现不佳。

表一:讀寫效能超出標準區間比例

表一:读写效能超出标准区间比例

整理过各款SSD的落点数据计算后得到表一,可得知这七款受测SSD在64k的数据存取上普遍效能都不错,反而在4K Random读取跟16K Random读取,有较多的不稳定的现象。SSD ESSD F这两颗SSD在整体的测试上,则观察到较多的性能不稳定性状况。

【观察评比标准二:性能高低差异性】在测试的数据读写过程中,测试工具会不断的评估并记录SSD读写效能,以原始读写效能最高的10%平均值跟最低的10%平均值之间相差值,来评估其高低效能差异性,如果其相差值超过平均效能的20%,表示使用过程中该SSD最快跟最慢的差距较大,容易造成使用者极端不一致的使用感受。

表二:讀寫效能高低差異與平均比

表二:读写效能高低差异与平均比

由表二的结果我们可以得知,七款被观察的SSD硬盘在64k的数据存取上普遍效能都不错,但是在4K读取与16K读取上则有较大的差异。例如,SSD GSSD ESSD F在4K Random读取项目上,性能表现显示相当大的高低差超过100%,SSD ASSD B虽稍低但也达到65%以上。SSD C 跟SSD D在执行4K Random写入项目时,也有很高比例的高低差。

表三:讀寫效能穩定性

表三:读写效能稳定性

若一SSD在上述【观察标准一:性能分布一致性】【观察标准二:性能高低差异性】皆表现不好,在表三上则会被标示为性能不稳定(Unstable)的产品。一般而言,多数消费级SSD或多或少会在几项读写项目上呈现不稳定结果(而企业级SSD则在此方面表现较佳),综合以上两个标准的结果,可以在表三发现SSD ASSD B这两颗款盘有较好的性能稳定性;而SSD ESSD F则有最差的性能不稳定表现;SSD CSSD D在小档案存取上有不稳定的表现。

 

效能退化测试(Performance Degradation Test

一般而言SSD因为其特性,都会有效能退化情形,但退化程度则取决于各家固件技术与NAND Flash的搭配能力。此测试为比较硬盘在开箱(Fresh out-of-box)使用后,和经过一段时间使用后的效能退化现象。

【评比标准】在执行全部10TB数据量写入测试过程中,SSD最后一次的数据存取的速度平均和第一次的速度平均的差距,应小于整体平均速度的10%。

在此测试中,SSD CSSD D这两款硬盘的最后一次的数据存取的速度平均和第一次的速度平均的差距最为明显,因此如下图所示为例子。以SSD C在4K Random写入来说,它的第一次处理速度为176.56MB/s,最后一次处理速度为113.58 MB/s,其整体平均速度为147.23 MB/s。效能退化比:

(113.58176.56)÷147.23=42.78%

至于SSD D在4K Random写入时的平均速度为127.49MB/s,经过计算后其效能退化比:

(121.84150.35)÷127.49=22.36%

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图二:SSD C和SSD D在4K Random Write的测试结果

 

表四:讀寫效能退化比

表四:读写效能退化比

比较七款SSD的表现后,从表四我们可以得知SSD CSSD D有较多的效能退化的现象,且明显高于其他受测产品。而这也可能会造成用户的个人系统在长时间数据读写后,性能变差影响整体表现。

 

效能退化测试分析

一般而言SSD效能会随着剩余硬盘空间而降低,但降低程度视则取决于各家固件技术与NAND Flash的搭配能力。我们观察到随着SSD剩余容量不等时,其性能不一致会影响用户经验,尤其在4K Random读取时性能下降(Performance Drop)最为明显。以SSD G作为范例,如下图所示,蓝色的线代表硬盘剩余空间,紫色则是读写的速度。SSD G在硬盘一开始读取速度为332.29MB/s,但当硬盘快要写满时速度只剩下115.04 MB/s,虽然速度还是比相同状态下的硬盘快,例如:SSD C的65.04MB/s、SSD D的68.65MB/s,但是SSD G的速度下降的比例最高,容易让原本的用户感受到SSD明显速度变慢。

圖三:SSD G的效能退化分析

图三:SSD G的效能退化分析

 

表五:读写效能随空间退化情形(以4K Random Read为例)

表五:读写效能随空间退化情形(以4K Random Read为例)

每款硬盘都有性能下降情形的发生,但是从表五可以看到SSD ESSD FSSD G下降幅度差距最大。而这也是厂商在开发产品时所要注意的重点。

 

结论

此次的测验中,在「性能稳定度测试」上,SSD ESSD F在性能稳定度表现上有较大改善空间;SSD CSSD D则在「效能退化测试」上表现有较大改善空间。而我们也发现到,各品牌厂商的SSD在处理小档案的读写时,比较容易会发生性能不稳定、效能退化现象。百佳泰的专家团队建议如果厂商能够改进这部分,必定可以增加市场上的竞争优势。

SSD在随着使用时间的增长、读写次数增加之后,都会有效能退化或是随着可用储存空间减少而效能退化的现象发生,进而影响到SSD整体的表现。除了重视一般的读取能之外,我们建议厂商能多注意「效能衰退」与「稳定度」的测试,不仅能提升使用者满意度也能差异化自家产品与市场上竞争对手产品。