全国产新高度! 忆恒创源PBlaze7 7A40 PCIe 5.0 SSD企业级硬盘评测
去年10月我们评测了忆恒创源的国产满血企业级PCIe 5.0 SSD——PBlaze7 7940。数字到了9就被认为是极限，14GB/s也是PCIe 5.0接口的满血速度，而今年“小海豚”忆恒创源百尺竿头更进一步，PBlaze7 7A40将全国产与极致性能推到了全新的高度。
在计算机常用的16进制表达中，排在9后面的就是A。忆恒创源PBlaze7 7A40使用平头哥镇岳510 主控和长江存储Xtacking 3D TLC NAND闪存，实现了产品的全国产化，并在延续14GB/s满血读取能力的同时，将4K随机读取性能从PBlaze7 7940的2800K IOPS进一步提升到3300K IOPS，4K随机写性能则提升至1000K IOPS，也是目前基于TLC NAND，首个稳态下4K随机写性能突破百万IOPS的产品。
镇岳510是阿里巴巴平头哥去年宣布的首款企业级SSD主控芯片，内置玄铁910 RISC-V多核CPU，采用平头哥自研芯片架构，支持DDR5 DRAM缓存，主机接口采用PCIe 5.0标准，关键数据通路与命令通路大量采用定制硬件模块加速，实现高性能和低功耗。
PBlaze7 7A40是镇岳510在阿里云内部使用后，首个采用该主控的第三方企业级SSD。得益于平头哥深厚的芯片研发功底，忆恒创源MUFP自主统一架构平台优势，以及双方紧密的技术配合，从产品立项到完成产品开发，PBlaze7 7A40只用了5个季度，是忆恒创源开发速度最快的产品。
长江存储eTLC闪存基于晶栈®Xtacking®架构，具备高性能、高耐久、低延迟、低功耗的特性。PBlaze7 7A40利用平头哥主控架构优势，通过优化I/O路径、精简处理流程和优化数据排布，大幅提高NAND的读写效率，将4K随机读取延迟降低至55μs，4K随机写入延迟更是低至5μs。
PBlaze7 7A40系列包括读取密集型的7A40和混合型的7A46，分别提供1 DWPD和3 DWPD写入耐久度。前面提到的百万IOPS随机写正是6.4TB容量点。本次我们评测的是PBlaze7 7A40 7.68TB，但后面也会通过调整命名空间至6.4TB来模拟PBlaze7 7A46 6.4TB的性能。
测试平台和产品信息展示
测试平台：
- CPU：AMD Ryzen 7 7800X3D
- 主板：技嘉X670 AORUS ELITE AX
- 内存：金士顿DDR5-6000 16GB *2
- SSD：Plextor M6Pro 128GB（系统盘）
- 忆恒创源PBlaze7 7A40 7.68TB
OS：Ubuntu 22.04 LTS
通过smartmontools工具可以查看SSD的一些基本信息，这次测试的忆恒创源PBlaze7 7A40用户可用容量7.68TB，提供3个固件插槽，其中Slot 1为只读属性，支持在线固件升级，默认电源状态最大功耗25W。
OP（预留空间）大小可以影响到SSD的4K随机写性能和随机写寿命。下图是通过nvme-cli工具将用户的可用容量从7.68TB下调至6.4TB，从而模拟PBlaze7 7A46 6.4TB，SSD的4K随机写性能将从500K IOPS翻倍提升至1000K IOPS，写寿命上升至3 DWPD。
理论性能测试
1.GFIO测试：4K随机写入511K IOPS，4K随机读取3337K IOPS
GFIO为功能强大的fio提供了一个图形化界面，不过配置文件还是需要提前动手写好，然后在GFIO中加载。GFIO会每秒刷新显示测试过程中的传输带宽和IOPS数值。测试开始前需要先对SSD进行预处理，首先格式化SSD，顺序填盘2次，128KB顺序读QD1性能，由于PBlaze7 7A40支持预读功能，当SSD检测到当前读取的逻辑地址连续，SSD会提前加载后面逻辑地址包含的数据，大幅缩短读延迟，并极大优化小压力下的顺序读取性能。本环节PBlaze7 7A40在QD1顺序读压力下表现出了超过5.8GB/s的读性能，非常强悍。
随机性能方面，首先格式化SSD，使用128KB QD512参数顺序写入全盘1次，再使用4K Q64T8参数随机写全盘3小时，可以看到稳态下PBlaze7 7A40 7.68TB的测试成绩为509K IOPS。
4K随机读取测试使用Q256T16参数进行，稳态下PBlaze7 7A40 7.68TB的测试成绩为3337K IOPS。三星PM1743的4K随机读取性能为2500K IOPS，而忆恒创源上一代PBlaze7 7940就达到了2800K IOPS的水平，本次测试的PBlaze7 7A40更是实现了3300K IOPS的4K随机读性能，这样的提升幅度可谓惊人。
2.ezfio测试：随机读3217K IOPS，6.4TB随机写突破1000K IOPS
ezFIO是一个可重复进行企业级SSD稳态性能测试的脚本。在测试开始前会有两次全盘容量写入的预处理阶段，帮助模拟企业级SSD的长期性能。ezFIO同时支持Windows和Linux平台，测试完成后可自动生成测试报告。
为了满足PBlaze7 7A40的测试需求，我们再次修改了ezFIO测试脚本，将QD深度从512进一步扩展到1024，以充分体现Pblaze7 7A40的性能潜力。实测忆恒创源PBlaze7 7A40 7.68TB在稳态下4K随机读取IOPS达到3217K IOPS（标称值3300K需要更高的QD深度），4K随机写入IOPS达到505K IOPS。在QD=1的情况下，4K随机读取/写入延迟分别为55/5 μs，表现出色。
不同Block Size下稳态顺序/随机读写测试，其中顺序读取速度达到14310 MB/s，实现了PCIe 5.0 x4接口下的满速读取。
混合读写相比纯读纯写对SSD的压力更高，也更能体现SSD在实际使用中的表现。测试使用4K QD1024混合随机读写（读写比70：30）进行，PBlaze7 7A40 7.68TB的表现非常出色，稳态4K混合随机读写平均IOPS达到976986，标准差13425，变异系数1.37%。
接下来通过删除并新建namespace的方法将PBlaze7 7A40从7.68TB调整为6.4TB，模拟PBlaze7 7A46 6.4TB的表现。可以看到稳态下4K随机读取IOPS依然达到3217K IOPS（标称值3300K需要更高的QD深度）。稳态4K随机写入IOPS则提升至1000K IOPS。在QD=1的情况下，4K随机读取/写入延迟分别为55/5 μs。
不同Block Size下稳态顺序/随机读写测试，读取部分变化不大，写入性能有提升。
OP至6.4TB后，稳态4K混合随机读写平均IOPS达到1497324，标准差19281，变异系数1.29%，混合读写性能相比之前又有大幅提升。
忆恒创源PBlaze7 7A40 7.68TB稳态4K混合随机读写百位分延迟表现：
OP至6.4TB后的稳态4K混合随机读写百分位延迟：
3.SNIA SSS PTS-E 2.0测试
SSS PTS的全称为Solid State Storage Performance Test Specification，即固态存储性能测试规范，它由SNIA存储网络行业协会制定，当前最新版本是2.0，包括针对企业级SSD的PTS-E规范以及针对消费级SSD的PTS-C规范。
通常，基于NAND闪存的SSD在FOB（Fresh-Out-of-the-Box）阶段以及格式化之后，由于NAND中并没有有效的用户数据填充，因此在写入时并不需要执行垃圾回收动作，致使SSD性能偏高。随着SSD的继续使用，NAND会逐渐被有效的用户数据和无效数据填满，致使在新的写入操作发生时，需先执行GC，导致SSD写性能下降并最终达到一个稳定状态。
PTS是针对SSD稳态性能的测试，为了方便不同SSD的稳态性能具有可比性，要求测试在没有文件系统干扰的情况下进行，通俗的说就是SSD在没有建立FAT、NTFS、EXT等分区的情况下进行。
为了使SSD达到稳态，PTS测试需要先执行预处理，也就是我们常说的“填盘”，随后执行最多25轮的一系列随机混合读写操作，包括512字节、4K、8K、16K、32K、64K、128K和1024K块大小，每个块大小又分别对应0/100、5/95、35/65、50/50、65/35、95/5和100/0七种不同的读写比例，共56个测试项目，每个测试项目执行1分钟，每一轮测试耗时56分钟。
稳态的判定方式为：检查测试窗口中的4K随机写入、64K R65:W35混合随机读写和1024K随机读三项成绩，允许波动范围+-10%，如连续5轮均符合要求，则判定SSD已经进入稳态。
SSS PTS测试结果需摘取稳态下所有56个测试项目的性能结果，并根据需要，用数据表格、2D或3D图示三种形式进行展现。为压榨PBlaze7 7A40的性能，本次测试使用了16个任务数量，每个任务QD为256，测试结果见下面表格：
通过调整用户容量为6.4TB，模拟PBlaze7 7A46的性能表现，可以看到，稳态下，SSD的随机写和混合读写性能提升明显。
模拟实际应用测试
VDBench测试：PCIe 5.0百尺竿头更进一步
VDBench是甲骨文推出的存储性能评估工具，能够支持去重和压缩等特性。我们将使用它来测试4KB混合读写（读70%写30%），并模拟Oracle数据库、VSI、VDI三种企业级应用负载。
4KB混合随机读写测试，忆恒创源PBlaze7 7A40 7.68TB获得979K IOPS的出色成绩。在OP至6.4TB容量后，性能进一步提升至1501K IOPS，能够胜任更加繁重的工作负载。
Oracle、VDI、VSI三个模拟企业级应用的测试模型相对复杂，对SSD性能要求也比较高。其中，Oracle测试数据模型中读写占比分别为83.14%和16.86%，在读和写操作中，不同BS块大小又各自对应不同的占比。测试时使用Dedupratio=3，Compratio=3参数，最终，PBlaze7 7A40 7.68TB在Oracle测试环节表现出了123815 IOPS的性能，OP至6.4TB后则进一步提升至170740 IOPS，性能出众。
Virtual Desktop Infrastructure测试数据模型中，读写混合比例为59.48:40.52。4K、16K、32K和64K读取分别占比39.35%、16.47%、10.37%和12.86%，随机存取占比80%。4K和8K写入分别占比61.11%和13.05%，随机存取占比80%。Dedupratio=7，Compratio=8。此环节PBlaze7 7A40 7.68TB的峰值IOPS达到93952，OP至6.4TB后峰值IOPS则提升至152942，表现令人满意。
Virtual Storage Infrastructure测试数据模型中，读写混合比例为57.4：42.6。4K、8K、60K读取占比分别为25.68%、26.31%和10.52%，随机存取占比80%。4K和8K随机写入占比分别为59.62%和14.81%，随机存取占比80%。此环节PBlaze7 7A40 7.68TB的峰值IOPS达到64978，OP至6.4TB后峰值IOPS则提升至106707，满足多样化工作负载和应用对存储性能的需求。
能效测试
每瓦性能的提升也是PBlaze7 7A40的进步之一。我们目前缺少直接测量U.2接口固态硬盘功耗的手段，但忆恒创源在nvme-cli开源工具中提供的插件，可以帮助我们获取更多标准SMART项之外的信息，包括闪存磨损信息、主机和闪存写入量、全生命周期写入放大率、温度（当前、历史最低、历史最高），以及本次我们要用到的功耗信息（最低/最高/实时）。
顺序写入测试中，实时功耗19W：
顺序读取测试中，实时功耗13瓦：
4K随机写入测试中，实时功耗18瓦：
4K随机读取测试中，实时功耗16瓦：
作为参考，目前使用16通道主控的高性能企业级SSD，即便是PCIe 4.0产品，功耗也普遍在20W以上；以低功耗著称的小海豚自家PBlaze6 6530（8通道主控、6.8GB/s读和4.8GB/s写），典型功耗也要11到12W。可以说，相较于以往产品，PBlaze7 7A40在实现性能翻倍的同时，功耗不升反降，甚至远低于其它同类PCIe 5.0 SSD产品，足见其能效比之高。而更低的SSD功耗，也将在多盘密集部署下，显著降低对服务器散热的影响。
总结
一年前忆恒创源推出的首款PCIe 5.0 SSD PBlaze7 7940现在已经取得了15万片的销量规模，累计总容量超过1000PB，足见AI等应用对于高性能SSD的迫切渴求。而这一过程中，PBlaze7 7940的品质也被市场充分验证，忆恒创源也成为率先实现PCIe 5.0 SSD批量部署的国产品牌。
致力于闪存技术持续突破的忆恒创源今年推出的PBlaze7 7A40实现了企业级SSD的全国产化：平头哥镇岳510主控搭配长江存储Xtacking 3D TLC NAND闪存。在硬件架构和自研固件的深度优化下，PBlaze7 7A40百尺竿头更进一步4K随机读取达到了3300K IOPS的全新性能高度，是主流PCIe 4.0 SSD的3倍。能效比方面，同主流PCIe 4.0 SSD相比，PBlaze7 7A40每瓦4K随机读取性能提升110%，每瓦4K随机写性能提升73%，以卓越性能和卓越能效比继续引领着企业级PCIe 5.0 SSD的发展方向。
不论是先前的率先实现规模部署，率先实现10GB/s顺序写性能，还是今天PBlaze7 7A40再次将性能和能效比提升到了前所未有的新高度，都足以证明国产SSD已经完全不输国际品牌产品，更让我们有理由相信，国产闪存必将崛起，重塑市场格局，引领国际闪存存储市场新的潮流！
