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OCZ由浅入深教你如何选择SSD
2011-06-13 16:47:02  作者:鲲鹏 编辑:鲲鹏   点击可以复制本篇文章的标题和链接

一.   前言:

从步入固态硬盘的领域之后,OCZ这家美国公司在去年就全面从内存公司转型成为专攻固态硬盘的公司,因此不论在技术面、闪存用料面,都与一般采用同样控制器的产品有着相当独特的特色。OCZ本身是具备自有工厂设备,以及硬件RD开发能力,因此不管是当作底层零件的PCB或者是Lay out,选料以及韧体都领先其他厂牌一大步,特别是从全面采用Indilinx的控制器的Vertex系列成功之后,现在又全部转换成SandForce控制器的Vertex 2,以及现在推行的SATA III的Vertex 3系列,算是市面上最早跟各位见面的SandForce SATA III控制器,凭借着惊人的速度,成功抢占了目前还没有太多敌手的SATA III市场。

Vertex 3作为OCZ抢占SATA III的重要武器,强大的性能令人难忘。

由简入深 带您全面了解OCZ SATA III SSD的特色

接下来我们来看一下这已经上市的四款规格,以高阶来说,Vertex 3以及Vertex 3 MAX IOPS这两款是面向高阶使用者,不但闪存的质量与标准闪存不同,性能上也与平价跟入门的Agility 3以及SOLID 3不一样,最低容量方面,为求能够使用全部的控制器通道来达到最高速度,所以Vertex 3以及Vertex 3 MAX IOPS是从120GB开始的,只有Agility 3跟SOLID 3有做60GB入门容量。虽然速度上差了一些,但仍然比SATA II要快很多,作为入门系统盘的大小也足够使用,而固件跟闪存的不同,就可以搭配出不同价位跟速度的产品线,也是OCZ与其他厂牌不同的地方。那么接下来,准备进入SATA III高速的您,有哪些需要注意的地方,且让我一一道来。

二.   OCZ SATA III产品介绍:

要介绍OCZ SATA III产品就要先介绍所采用的SandForce SF-2000系列控制器:

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SandForce SF-2000系列原厂规格图标。

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延续SF-1200/1500的设计,名为DuraWrite的技术仍然是这一代的重点,它包含了平均擦写算法(Wear leveling),以及更进步的垃圾回收功能(Recycling),以及特殊的RAISE还有内建ECC侦错算法。

平均擦写算法:顾名思义,大家都知道每个闪存的每个块是有擦写限制的,尤其是在MLC的闪存上面,每个块的擦写次数从5xnm工艺的5,000次,到34nm的3,000次,以及现在25nm的1,500次,每一次的工艺进步提升的就是单位容量比率,在同样尺寸的TSOP 48脚封装大小下,nm指的就是每个块与块之间的距离,当这工艺越进步,代表在同样尺寸,单位有可能是翻倍提升,例如34nm的每颗4GB容量,到了25nm,变成是8GB容量起跳,不过这越挤的空间,就代表中间储存的电子进出的空间有限,闸极壁变薄,间接减低了耐久寿命,为了怕同样的电子不停的擦写,导致某些块容易提早升天,因此我们需要藉由控制器的平均算法把数据平等的写入到每个不同的区块内,尽量让每个区块的寿命都是均等的。

垃圾数据回收功能:在早期的Indilinx之中,后来的固件有加入了一个名为Garbage collection(简称:GC),用意是把一些冗余数据表单做抹除动作,减少闪存的占用性,这些在SandForce上被称为(Recycler),虽名称不同,作用是一样的。

RAISE:内建的RAID 5功能,应该说它的作用方式很像是RAID 5,是一个独立的冗余数组结构,这个功用的主要目标,是在于改进故障机率,保障压缩数据的安全,这完全是因为SandForce的压缩技术,早期的SSD并没有注意到这个问题的存在,也就是说不管是Intel、Indilinx等等,都只注意到速度的提升,却忘记了所谓的写入放大率,基本上我们下命令写入数据后,通常系统会再追加一些例如标头等等的冗余数据,造成真正写入到闪存的比例超过1:1的状态,举例来说:欲写入100KB的数据,有可能实际上写入的是110KB,不但会降低真正可使用空间,也会让闪存擦写次数增加,因此如何降低这个写入放大的比例,是SandForce主要技术的最终目的,根据SandForce的测试报告,从SF-1500系列开始,它们的写入放大率就几乎维持在0.5x,也就是1:0.5的状态,刚刚的例子写100KB,实际上真正入闪存的可能才50KB左右,这效率相当惊人,同时也因为这个超高效率,让SandForce控制器有比别人更多的容错空间,或者是让同样为MLC的闪存提高到接近SLC的擦写水平。

以上所介绍的技术,都是在固件内配合主控自动执行,用户仅须配合前面两个硬件、软件(主板、操作系统)就可让这些技术发挥得更淋漓尽致。

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初次看到SandForce的盘,跟以往JMircon或者是Indilinx等带了一颗缓存的盘有很大的不同,根据SandForce的block diagram图示,应该说SF一开始就不打算用缓存,这特色也保留在SF-2000系列。因为SF选择了跟ARM7等级不同的CPU,它使用了一家名为tensilica公司的570T处理器,这家公司的微处理器,都带有DSP功能,甚么是DSP呢?也就是数字信号处理器,达到更快的反应速度与更低的延迟,来处理资料运算以及刚刚上面SandForce专利的SSD盘技术,这在厂商端来说立马就省下一颗缓存的成本,对于使用者端来说,也不需要害怕重要数据正好在缓存内来不及回写到闪存内保存。SandForce最强悍的效能特色,也就是及时数据压缩之下还能保有相当高的IOPS随机小檔写入能力,可说是目前的控制器中效能最好的一款。毕竟以用户来说,Windows系列的操作系统,都相当依赖所谓的背景多任务写入,来达到用户接口的顺畅运作,这些背景写入是我们在前台桌面看不到的,而且Windows几乎是以零碎大小约4KB左右的档案占最多数,也因此现在的控制器厂商,都要以4KB随机写入为主要的速度目标。

可用空间与完整闪存空间之标示差异:

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由于早期的控制器,并没有压缩功能,也没有像SandForce内建类似镜像的架构,因此在用户可用空间上,是有比较高的比例可运用,举例来说,完整闪存空间128GB的Vertex一代,OCZ的产品标示为120GB,这120GB就是真正可用的空间,这8GB去哪了呢?一部分要放所谓的表头,磁柱、磁扇大小等的信息,另外空间主要给传统硬盘的磁头起降区用。Windows根据IDEMA协会规定必须要扣掉的格式化空间,这些空间是用户看不见以及不能使用的。那么从新一代的SandForce主控,这些不能使用的空间因为要保留给RAISE等的技术使用,所以还会再扣掉些,IDEMA协会称为OP(over provision),超规空间使用,这些空间使用率,又跟闪存的体质息息相关,如果是比较差的闪存,SandForce认为需要更多的OP来做坏块管理跟替换的动作已达到延长寿命的目的。而现在OCZ使用的25nm工艺闪存,基本上都已经挑过,擦写次数也至少都拉高到3,000次以上,与34nm工艺闪存的基本规格相同。也因此SandForce只需要约7%的OP空间,也就是扣掉刚刚8GB后再减掉7%的空间,最后用户真正可用空间就是111.79GB,也相当是112GB,这部分在IDEMA规定理是合理的使用值,目前市场上采用SandForce主控的产品也无一例外。

OCZ SATA III产品对比规格表:

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三. 测试平台和软件介绍:

1.  原生SATA III端口主板

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当Intel发表了下一世代的SATA标准后,当时反倒是Marvell这家公司率先推出了SATA III控制芯片,能够突破原先SATA II的速度水平,让当时市面的主板从P55开始到X58都纷纷搭载这颗额外的SATA III端口控制芯片,不过根据华硕主板RD的说明,这芯片端口走的是PCIExpress的总线,也就是把剩余的PCIe资源给了这颗芯片,最终这颗芯片的速度上也只是突破了SATA II没有很多,加上当时市场上只有Marvell的SATA III SSD,所以形成了一方独霸的局面。这情形到了SandForce发布了SATA III之后,人们才发现,原来想要跑出SATA III的全速,还是要等老大哥Intel原生的SATA III才能充分的发挥。那么这时也正好是新一代LGA1155的CPU发表,配合新的P67芯片组,才能够发挥SandForce 100%的能力,所以各位最起码得准备P67或者是现在全新的Z68芯片主板。

2.  Windows 7操作系统

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不管您是否还是舍不得传统的Windows XP熟悉的接口,既然都选用了最新的SATA III产品,想要让SSD跑得更快更有效率,Windows 7还是必备的操作系统,不但已经对传统硬盘做了4K对齐切割的优化,原生支持超过2TB以上的分割区切割,更针对了SSD做支持优化,当BIOS打开了AHCI选项后(多数默认为IDE,需手动进入主板设定更改)再进行安装Windows 7的动作,就能让Windows 7除了4K对齐切割以外,更会主动关闭背景的一些硬盘加速功能,如档案快照暂存,会存在每个目录夹内,以及内存背景写入区域等等,这些原来是要帮助缓慢硬盘所做的加速功能,对SSD来说反而犹如鸡肋,因为SSD搜寻时间普遍只要0.1毫秒,连续读写至少200MB/s以上,根本无需这些背景帮助功能,反而会因为频繁的写入动作,不知不觉中减少了闪存原本的可擦写寿命呢。

基本上,能满足以上两点,包您的SSD既快又顺。

测试软件与测试方法跟测试结果之分析:

要证明这些固态硬盘有多快,可不能嘴巴说说就算,当然最快的方式就是用测试软件来验证它,可是由于SandForce超高的压缩效率,导致现在一些免费的测试软件上面出现了一些落差的结果,当然每家软件各自有各自的算法,即使在未采用高压缩的Indilinx盘上也会出现相当程度的成绩落差,如ATTO、CDM跟HD Tune这些软件作比较就会有很大差异化出现。

现在我就选几个目前常用的测试软件来跟大家做个分析介绍,有ATTO、CrystalMark、AS-SSD、IOMETER、PCMARK 05、PCMARK VANTAGE这几种。基本上,除了IOMETER以及PCMARK系列以外,其他的测试软件都只能算是短跑软件,如果测试的是旧款带缓存的机种,测试样本过小都只是在测缓存速度而已,并非是实际上控制器的速度。

ATTO:

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ATTO的开发者就是一家名为ATTO的磁盘数组储存公司,他们以自己测试数组效能的经验,制作了这个软件用以测试磁盘速度,它的语系并不支持中文,也因此有些玩家制作了中文化版本,不过我还是以英文版来跟各位介绍,首先就是选择被测试盘的位置,默认为C盘,但测试条件就是该盘一定要先经过Windows的格式化完成,变成实体磁盘后才能测,如果是尚未分割的逻辑磁盘是无法选择测试的,这点要注意。而Transfer rate,就是样本的大小,从0.5KB到8192KB(8MB),而Total Length,就是样本的总长度为256MB,基本上这是大于任何一家带缓存的固态硬盘的缓存大小,因此可以确定的是它并不是测缓存速度。而右方的选项基本上都无须更动,就可以按下START做测试。测试的结果会出现一个绿棒跟一个红棒,绿棒代表读取,红棒代表写入,右方则是数据化的成绩,以KB为单位,整体来说,这是个只能测试持续读写的简单软件,但因为它的计算方式是每次对被测盘丢出样本写入后,都是从0KB开始计算,也因此SandForce的实时高压缩率的效能可以被正确的计算出来,因为每一笔写入的数据经过SandForce压缩后,这压缩完成的数据才是真正会被写入到闪存的数据,因此去计算这个以经压缩过的样本写入时间,才能忠实呈现SandForce控制器的性能,这也是为何以这个短跑测试软件被各大厂选为公布基础效能的判断准则,目前最新的版本号为2.46版。

CrystalDiskMark(简称CDM):

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目前出到3.01版,作者为日本人,因为软件简单好用且测试过程相当快速,非常受到全球用户的喜爱。但SandForce初次上市之后,最大的挑战也就是CDM的测试成绩了,因此我认为这必须要跟大家说明清楚,要把哪个测试软件当作是验证标准绝对是个人自由,不过我们必须要理解这个测试成绩所代表的意义是甚么?才能做出实质上客观的分析。CDM自从2.1版本后有了很大的更新,加入了随机4K以及序列深度32等级的随机4K测试。同时,它也增加了高压缩率测试,不过却需要用户手动调整才能实现,这些测试成绩在面对任何一款SandForce盘时都会出现这样天与地的差异,我们先来看这个测试程序的基本条件。首先看到默认值下,有个数字”5”的字样,代表重复测试5次,然后取平均值,这个地方最大值是”9”。跟着是1000MB,这代表样本大小,最小可测到50MB,最大为4000MB。右方则是盘的位置,与ATTO同样的,需要用户先做好实体盘格式化之后才能测试。

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而在左上方文件的地方,则是有个关于Test Data的部分,根据作者在自己的开发日志微搏中写到,这里的默认值所测的,基本上是未压缩格式的数据读写速度,而调到All 0x00或者是0xff,则是针对高压缩率的测试,这边如对没有压缩率的传统硬盘或者是固态硬盘,你会得到几乎一模一样的测试成绩,但在SandForce盘下,则会有相当大的差异出现。

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这边我以Vertex 3 120GB当作范本,给各位看一下这个差异性,你会发现在写入部分,默认值跟高压缩值有差到将近300MB/s的速度,而且在QD32的4K也几乎是倍数成长,这代表的就是说,当CDM测试默认值时,数据是未压缩1:1写入闪存,这等于是让SandForce自豪的高压缩功能无用武之地,同时写入放大率也变成糟糕的1:1程度。但是高压缩的0x00(这里是指从闪存块的地址00开始做高压缩率写入)你会得到跟ATTO差不算太多的成绩,这里的误差值(OCZ官方公布550MB/s读跟520MB/s写是基于ATTO标准)我会解读成是两者的样本数跟样本大小的不同所造成的误差,撇开这些误差不论,基本上这才算是有用上SandForce的武功。因此之后的测试,为求公平论我会把三种不同的测试值都测过一遍公布才算的上平等。

AS-SSD:

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这是一套由德国人开发的软件,测试方式基本上跟CDM默认相同,最大的不同是增加了Access Time(搜寻时间)的测试,以及不知道评分标准在哪的分数成绩,而刚刚说过它与CDM默认相同,是因为两者都可以在持续读写这个部分测到几乎一样的成绩,因此判断它也是测试未经压缩的样本读写速度。

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不过自1.6版以后,AS-SSD增加了所谓Compression-benchmark这个测试,这就是在测压缩率了,所以之后我也会把Copy以及Compression两项目列入产品测试之中。

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这个压缩率测试图表,是基于压缩比0%~100%压缩之后写入闪存的速度,因此在测试SandForce上面也会有极大差异化出现。

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这边也同样以Vertex 3 120GB做过的压缩测试来说明,我们可以看到,未经任何压缩的数据,从0%起跳,读写速度分别是398MB/s、120MB/s,不过当压缩率逐渐提升之时,最后到了100%压缩之后,Vertex 3 120GB的读写速度分别是509MB/s、454MB/s,而这个测试过程相当快,依照比例来说,它各取10%为一次样本基数,因此总共有10次测试,每个样本大小应该跟CDM默认的1000MB相同,也就是针对1000MB的数据做0%压缩一直到100%压缩所出现的成绩。

PCMARK05/PCMARK VANTAGE:

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PCMARK系列就不用太多介绍了,大家懂的。因为这软件是由非常出名的FUTUREMARK公司出品的,针对整机系统做个完整性测试,那我们要取的就是其中针对硬盘的HDD MARK抽离的测试。

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PCMARK测什么呢?我们从它的结果来分析,在HDD Test suite中,我们看见了,XP-Startup、Application loading、General Usage、Virus Scan、Fire Write这些项目,也就是说,跟3DMARK一样,经由预先写好的场景,去计算这个执行过程所需的时间以及传送数据的速度做为评比的重点,以第一个来说,它是仿真XP的启动程序,也就是说,在系统中针对已知的标准XP启动会引导加载的程序,写入在被测盘上,同时计算传送数据总量的速度。其他如App loading,就是模拟一些应用软件的加载程序、普通用户使用程序、病毒软件扫描程序、档案写入等等,来作为评分标准,因为不单单只是测试数据写入,PCMARK要告诉你的就是它尽量去揣摩一台标准PC几乎必定会使用到的一些程序,换句话说也比较贴近用户真正的使用状态,所以它与前面介绍的软件有着不太相同的测试目的。

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到了Vantage版本,更变成了8个项目,也加入了游戏、影片剪辑、娱乐中心、影音播放等的项目,各位可以自行参考。

IOMETER:

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接下来这个工具,可说是刚刚介绍的测试软件中,设定最为自由、测试范围最大、也是最麻烦的一个。不知道您发觉没有,刚刚那些ATTO、CDM,都只是仅仅测试个1000MB了不起,换句话说,以一颗120GB容量的SSD来讲,还不到1%的闪存使用率,顶多只是速度想知道测试结果时可使用,使用也比较简易,只需按两三下就可以等结果了。不过在IOMETER这软件上,您可是得自定义测试范围,样本大小,测试目标等等的项目,可谓相当麻烦,但我就稍微提一下吧。首先开启程序后,它会需要您的最高权限以及IP开放权限,因为它会产生一个名为Dynano的引擎,透过一个虚拟IP位置,来对测试盘进行测试。然后在第一个项目中,会看到名为Worker的项目,这是根据您CPU的核心数量来呈现的,不过我们在这边以测试全盘90%使用率的随机4K写入部分,仅需一核心即可,剩下核心可用Del删除,然后您必须选择被测盘的位置,IOMETER另外一个不同点在于可测实体硬盘,也可以测逻辑硬盘,不过逻辑硬盘的测试会有个隐忧,就是无法真正仿真用户环境,毕竟用户不可能不格式化,否则Windows系统会无法使用该盘,所以我们还是以格式化的实体硬盘为主。再来是设定最大负载扇区数目,这里要根据被测盘的实际大小来做规划,以120GB为例,我们设定22000000的Sector,就相当于100GB的使用空间了,同时起始扇区位置改为1024,I/O目标数量改为32,也就是CDM里面的QD32。

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接下来我们要创立测试项目,随便点取一个Access specification下的项目做修改,首先把Size改为4Kilobytes,也就是4KB,然后百分比拉到100 Percent,右方改为100%的Write。左下方改为100%的Random,右下方的Align I/O改为4KB,也就是对齐4KB切割的意义。

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最后把刷新频率(update frequency)改为1秒钟,接着按下绿旗子,选好存盘档名候就会开始了,如果针对全盘作测试的话,IOMETER会需要一段时间来建立一个超大的.TST档案在被测盘内,请耐心等候,同时我要说明的是,这个测试法相当的耗损闪存寿命,可说是在加速闪存损耗率的进行,如无特别需求,各位用户也就不要随意尝试了。接下来的测试,除基本的测试软件以外,我特别以Vertex 3 120GB、Agility 3 60GB、SOLID 3 60GB加测了安装Windows 7 64bit以及安装360卫士所计算的开机时间结果,让各位比较一下SATA III令人震撼的开机速度。

四.测试平台和测试结果:

硬件测试平台:

CPU:Intel I7-2600K

主板:华擎 Fatality P67 professional (P67)

内存:OCZ DDR3-1333 2GB X2

显卡:GeForce 8400GS

硬盘:主盘:OCZ Vertex 2  3.5” 240GB (SATA II)

副盘:测试盘(接于Intel原生SATA III接口)。

操作系统:Windows 7 Ultimate x64

评测软件:

ATTO Disk Benchmark

AS SSD Benchmark

CrystalDiskMark

PCMark 05

PCMark Vantage x64

IOMETER

四.   测试结果:

Vertex 3 MI 120G测试截图:

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Vertex 3 120G测试截图:

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Vertex 3 240G测试截图:

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Agiliy 3 60G测试截图:

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Agiliy 3 120G测试截图:

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Solid 3 60G测试截图:

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Solid 3 120G测试截图:

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五. 测试小结:

首先要感谢430Showcase的大力支持,能让我们能在短时间内凑齐这些国内已经上市的OCZ SATA III全系列SSD,每个系列的两种不同容量,藉由统一平台、统一测试软件来做一个标准化的横向测试。

通过本次测评小编认为Vertex 3 MI和Vertex 3的确适合并能满足对极致性能有要求的客户,而对于性能和价格比较关注的客户,则可以选择Agiliy系列,而想尝鲜使用SATA III平台SSD的客户,则可以选择Solid系列,所以从产品定位来说,OCZ应该是目前市场上最全的SSD品牌了。

最后小编也希望这些技术上的说明,配合实际上测试的验证,能够使您一目了然的知道SandForce主控的能力。诚如前面导论所说的,如果还是停留在过往对主控的印象,而忽略了真正技术上的突破面,单纯以其中一个测试软件的成绩就判定产品的好坏,本质上是个很不客观的事情,我们应该以综合的判断为主,希望这篇文章能够帮助您做出更理性的OCZ产品选购指南。

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