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 文章主題 : SSD內部構造與測試軟體、方法介紹(轉貼自OCZ)
文章發表於 : 2011-08-29, 14:04 
聖火令使者
聖火令使者
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註冊時間: 2008-08-21, 13:01
文章: 11475
內部
SATA SSD內部構造

圖檔
圖1.SSD的硬體構造十分簡單,底層以PCB為主,
加上SSD控制器、NAND Flash以及SATA資料/電源Pin,以及其他的電容。

PCIe SSD內部構造
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圖2.PCIe的SSD硬體構造也不難,底層同樣以PCB為主,
加上PCIx to PCI橋接晶片然後到RAID控制器,
再控制兩組以上的SSD控制器、NAND Flash以及其他的電容。

韌體:用來驅動SSD的控制器,並且支援Flash的種類列表、版本修正、升級,
包含一切所需的技術如 wear leveling、GC(Garbage Collection)、NCQ commend(AHCI)等
都在這軟體內,經由MPtool(俗稱開卡程式)燒錄進控制器的EEPROM(可程式化重複抹寫)單元內。

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圖3.為INDILINX的開卡程式,此程式為工廠大量生產且在初次安裝韌體時的安裝程式,
此程式並非使用者端可見,而是有工廠生產流程的廠商所擁有。
所有硬體部分完成SMT之後會進到開卡流程,針對不同的Flash選擇有支援的型號進行開卡,
整個動作會對Flash作一次Bad Block(壞區塊)掃描,因此會Erase所有資料,
開卡完成之後會顯示PASS,如未完成須再進行硬體以及韌體的檢測。

驅動:凡SATA 3.0/2.0/1.0皆無須額外 驅動,都是P n P (Plug n Play)的動作,
SATA本身也有防呆腳位無須擔心接反或者錯腳導致燒毀。
PCIe則因多增加了第三方的RAID晶片而須有驅動的問題,
因此無論是把PCIe SSD當作Boot drive(開機系統碟)或者是Data drive(資料碟)均需要安裝驅動,
而以REVO而言僅支援Windows XP/VISTA/Windows 7之驅動,其他Linux以及Mac無支援。
Z-drive則因RAID控制器不同,且客戶有可能會使用在Linux下的伺服器,因此Linux的驅動是支援的。

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圖4.在安裝時須先準備好驅動程式的光碟或者是USB,要先載入驅動程式才可以看見該PCIe的SSD。

基準效能:簡單來說,目前現階段的SSD固態硬碟無法在單位成本上跟硬碟比拼(例如:1GB/1元台幣),
因此效能、耐震、比較不會發熱、S3/S4睡眠時比硬碟省電成了SSD最大的特色。
想知道效能如何一定是需要測試跟比對才能有結論,因此測試平台以及測試軟體跟方法都很重要。
我們可以分為以下準備階段跟測試方法來說明之。由於平台性能也息息相關,因此需要慎選平台,
目前我們推薦SATA 2.0在INTEL的X58或是P67/Z68上面可以有最佳效能表現,
SATA 3.0則是一定要P67/Z68的原生SATA 3.0 Port才行。

1.被測碟一定是要放在資料碟的位置,且內部盡量維持新開卡後的狀態,
意即不可有資料寫入,這是為了測試最佳效能的必要設置。
2.開機碟能選擇SSD最好,作業系統須搭配Windows 7,因為win7有對SSD最效能最佳化的支援。
3.主機板AHCI功能一定要先開啟,進入作業系統後,
INTEL的RST驅動程式也要安裝(10.0.1版本以後)
這個會比Windows 7內建的AHCI驅動效能有更優化的效果。
並且使用Windows 7對被測碟作格式化的動作,
才能對齊4KB block size(NAND Flash基本單位為4KB)
4.測試軟體使用ATTO、IOMETER、AS-SSD、CRYSTALDISKMARK、HDTUNE等
這些免費而且廣為人知的軟體。


測試軟體介紹:

ATTO:
圖檔

ATTO的開發者就是一家名為ATTO的磁片陣列儲存公司,他們以自己測試陣列效能的經驗,
製作了這個軟體用以測試磁片速度,它的語系並不支援中文,也因此有些玩家製作了中文化版本,
不過我還是以英文版來跟各位介紹,首先就是選擇被測試碟的位置,預設值為C槽,

但測試條件就是該碟一定要先經過Windows的格式化完成,變成實體磁碟後才能測,
如果是尚未分割的邏輯磁片是無法選擇測試的,這點要注意。而Transfer rate,就是樣本的大小,
從0.5KB到8192KB(8MB),而Total Length,就是樣本的總長度為256MB,
基本上這是大於任何一家帶buffer的固態硬碟的buffer大小
(如Indilinx用64MB,Samsung用128MB做Buffer),
因此可以確定的是它並不是測Buffer速度。而右方的選項基本上都無須更動,就可以按下START做測試。

測試的結果會出現一個綠棒跟一個紅棒,綠棒代表讀取,紅棒代表寫入,右方則是資料化的成績,
以KB為單位,整體來說,這是個只能測試持續讀寫的簡單軟體,
但因為它的計算方式是每次對被測碟丟出樣本寫入後,都是從0KB開始計算,
也因此SandForce的即時高壓縮率的效能可以被正確的計算出來,
因為每一筆寫入的資料經過SandForce壓縮後,
這壓縮完成的資料才是真正會被寫入到快閃記憶體的資料,
因此去計算這個以經壓縮過的樣本寫入時間,才能忠實呈現SandForce控制器的性能,
這也是為何以這個短跑測試軟體被各大廠選為公佈基礎效能的判斷準則,目前最新的版本號為2.46版。

CrystalDiskMark(簡稱CDM):
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目前出到3.01版,作者為日本人,
因為軟體簡單好用且測試過程相當快速,非常受到全球用戶的喜愛。
但SandForce初次上市之後,最大的挑戰也就是CDM的測試成績了,
因此各位測試者要了解,要把哪個測試軟體當作是驗證標準絕對是個人自由,
不過我們必須要理解這個測試成績所代表的意義是甚麼?才能做出實質上客觀的分析。
CDM自從2.1版本後有了很大的更新,加入了隨機4K以及序列深度32等級的隨機4K測試。

同時,它也增加了高壓縮率測試,不過卻需要使用者手動調整才能實現,
這些測試成績在面對任何一款SandForce盤時都會出現這樣天與地的差異,
我們先來看這個測試程式的基本條件。首先看到預設值下,有個數字”5”的字樣,
代表重複測試5次,然後取平均值,這個地方最大值是”9”。

跟著是1000MB,這代表樣本大小,最小可測到50MB,最大為4000MB。
右方則是被測碟的位置,與ATTO同樣的,需要使用者先做好實體磁區格式化之後才能測試。

而在左上方檔的地方,則是有個關於Test Data的部分,根據作者在自己的開發日誌中寫到,
這裡的預設值所測的,基本上是未壓縮格式的資料讀寫速度,而調到All 0x00或者是0xff,
則是針對高壓縮率的測試(100%高壓縮率),這邊如對沒有壓縮率的傳統硬碟或者是固態硬碟,
你會在這些測試項目下得到幾乎一模一樣的測試成績,
但在SandForce下,則會有相當大的差異出現。

圖檔
這邊以Vertex 3 120GB當作範本,給各位看一下這個差異性,你會發現在寫入部分,
預設值跟高壓縮值有差到將近300MB/s的速度,而且在QD32的4K也幾乎是倍數成長,
這代表的就是說,當CDM測試預設值時,資料是未壓縮1:1寫入快閃記憶體,
這等於是讓SandForce自豪的高壓縮功能無用武之地,同時寫入放大率也變成糟糕的1:1程度。

但是高壓縮的0x00(這裡是指從快閃記憶體塊的位址00開始做高壓縮率寫入)
你會得到跟ATTO差不算太多的成績,這裡的誤差值
(OCZ官方公佈550MB/s讀跟520MB/s寫是基於ATTO標準)
可以解讀成是兩者的樣本數跟樣本大小的不同所造成的誤差,
撇開這些誤差不論,基本上這才算是有用上SandForce的武功。
因此之後的測試,為求公平論會把三種不同的測試值都測過一遍公佈才算的上平等。

AS-SSD:
圖檔
這是一套由德國人開發的軟體,
測試方式基本上跟CDM預設相同,最大的不同是增加了Access Time(搜尋時間)的測試,
以及不知道評分標準在哪的分數成績,而剛剛說過它與CDM預設值的成績相同,
是因為兩者都可以在持續讀寫這個部分測到幾乎一樣的成績,
因此判斷它也是測試未經壓縮的樣本讀寫速度。

圖檔
不過自1.6版以後,AS-SSD增加了所謂Compression-benchmark這個測試,
這就是在測壓縮率了,所以之後要把Copy以及Compression兩個測試項目列入標準測試項目之中,
才能測試出SF碟的真正實力。

圖檔
這個壓縮率測試圖表,是基於壓縮比0%~100%壓縮之後寫入快閃記憶體的速度,
因此在測試SandForce上面也會有極大差異化出現。

圖檔
這邊也同樣以Vertex 3 120GB做過的壓縮測試來說明,
我們可以看到,未經任何壓縮的資料,從0%起跳,讀寫速度分別是398MB/s、120MB/s,
不過當壓縮率逐漸提升之時,最後到了100%壓縮之後,
Vertex 3 120GB的讀寫速度分別是509MB/s、454MB/s,
而這個測試過程相當快,依照比例來說,它各取10%為一次樣本基數,
因此總共有10次測試,每個樣本大小應該跟CDM預設的1000MB相同,
也就是針對1000MB的資料做0%壓縮一直到100%壓縮所出現的成績。

SSD進階效能設定:
Windows優化,由於舊的作業系統如Windows XP的內建格式化系統並沒有對齊4K的Size,
因此若由Windows XP作首次切割將會導致4KB不對齊而使得效能與我們公布的基準效能產生差異,
因此建議首次切割磁碟區至少要以Windows VISTA或者是Windows 7為主。

AHCI優化指令集,INTEL以及AMD從硬碟時代就已經支援所謂的NCQ優化指令集,
可開啟S.M.A.R.T選項,監控硬碟狀態以及利用優化指令對讀/寫動作作加速,
目前大部分SSD都支援此NCQ指令集,
可監控SSD的寫入次數、開機次數、寫入資料量、同時加速FIFO(First in First Out)優化讀寫速度。
此項選項所有的主機板都有支援,筆電大部分更是列為預設值開啟的狀態,
唯主機板預設值為求最大相容性,因此原生設為IDE模式,
須進入BIOS手動調整,此調整須在安裝作業系統前為佳。

TRIM,這是自Windows 7以後才有的新系統配置,
在使用者打開AHCI後再安裝Windows7即會自動判斷是否為SSD,
並且關閉一些索引檔功能,硬碟Dump快取功能等背景寫入,來延長壽命,
因為SSD本身讀寫速度高於硬碟甚多,無須藉由這些索引檔等功能來輔助加速,
一方面也可以降低SSD寫入次數。

Secure Erase,這是屬於進階使用者的工具程式,
會對全盤的資料表頭以及GC收集的廢棄資料進行抹除的動作,
同時也會抹除全盤資料,須先備份後再進行,但使用完畢幾乎可以恢復百分之百的效能。

RAID,這是針對兩個以上的硬碟/SSD進行大容量虛擬磁區的設定,目前有RAID 0、1、5、10等常見組態,
基本上除了RAID 0是效能增倍、容量增倍以外,其他多是為資料安全性所設置,速度跟容量並不會等比提升。
目前主機板上幾乎都有搭載INTEL/AMD的南橋晶片支援RAID功能,設定上非常方便,
不過效能以及可靠度上不及真正的硬體RAID卡。

常見傳輸速率比較表
圖檔

轉貼自美商OCZ玩家俱樂部


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其實.. 這樣就夠多了!

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 文章主題 : Re: SSD內部構造與測試軟體、方法介紹(轉貼自OCZ)
文章發表於 : 2011-08-29, 16:38 
等級=紫衫龍王
等級=紫衫龍王
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註冊時間: 2011-05-14, 14:56
文章: 733
又上了一課!感恩! (==ro15==)

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簽名
開單原則:別將自己都不見得敢買來用的產品為了擠出一張預算內的估價單而湊合著放上去。
*關於內建"Kxxxxx"網路晶片主機板的疑慮


-配備-

影音遊戲機
CPU:Intel Haswell I7-4770
COOLER:Thermalright Venomous x-rt
MB:華碩 MAXIMUS VI FORMULA(c2 stepping)
RAM:ADATA XPG 8GB DDR3-1600 x2 (AX3U1600GW8G9-2G)
VGA:技嘉 NTITANOC-6GD-B
SSD:PLEXTOR M5 Pro-256G(Win7 64 bits Ultimate)、M4 64G(for game)
HDD:WD VelociRaptor 1000DHTZ 1TB 64M 萬轉 *2(RAID 0)、WD SE 4000F9YZ 4TB 64MB *1
CASE:Cooler Master- Storm Stryker(White)
PSU:保銳 PLATIMAX EPM-750AWT


文書上網機
CPU:Intel Xeon E3-1230 V2
COOLER:Thermalright True Spirit
MB:華碩 SABERTOOTH Z77
RAM:G.SKILL 4GB DDR3-2133 x 4 (F3-2133C9Q-16GAB)
VGA:微星 R7770 Power Edition 1GD5/OC
SSD:M4 128G(Win7 64bits HomePremium)
HDD:WD Blue EALS 1TB*1
CASE:聯力- PC-7FNWX(黑化版)
PSU:全漢 皇鈦極450W


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