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 【評測】六款SSD的可靠性測試:寫入量達300TB,數據安全心驚一場

1. 11月27日更新:300TB寫入量

  Techreport做的六款SSD固態硬盤可靠性測試已經進入了新階段,寫入量從22TB、100TB、200TB逐漸增加到了300TB,這對很多固態硬盤來說已經是超預期負荷了,如此高強度下的寫入測試是否會讓某些固態硬盤進入壽命終期?



  前面的背景知識就不贅述了,此前的更新中已經做過了詳細介紹。

  隨著寫入數量的不斷增多,這六款固態硬盤多多少少都有了壞扇區而導致扇區再分配的情況出現,問題的關鍵是再分配扇區有多少。

扇區再分配情況

六款固態硬盤的扇區重分配情況

  測試中三星840是唯一一款TLC閃存的,其他都是MLC閃存的,所以840固態硬盤的出現扇區再分配的情況也是最嚴重,300TB寫入量時出現了833個壞扇區,三星並沒有公佈每個扇區的容量配置,不過從之前的分析來看,840的每個扇區容量在1.5MB左右,這意味著有1.2GB的容量已經壞掉了。

  當然,這些情況依然是合理的,容量損失會被預留空間平衡,留給用戶的可用空間依然不受影響。總的來說,因為TLC閃存的緣故,三星840要比其他MLC閃存固態硬盤會產生更多的錯誤率,這都沒什麼意外的。

  還有其他兩個固態硬盤出現了扇區再分配,測試不可壓縮數據的金士頓HyperX固態硬盤在200TB寫入量之後出現了4個壞扇區,目前為止還沒有增加。其後是Intel 335系列固態硬盤,有1個壞扇區。

  截至300TB寫入量之後,還有兩款固態硬盤還沒有出現扇區再分配的情況,海盜船的Neutron GTX及測試可壓縮數據的HyperX固態硬盤,當然後者得益於壓縮算法,實際上只寫入了215TB的數據。

固態硬盤健康度

固態硬盤健康度

  除了壞扇區情況,TR還用軟件監測了固態硬盤的健康度。雖然840出了這麼多錯誤,三星的SSD Magician軟件顯示840和840 Pro健康度依然是「良好」,Intel的Toolbox也顯示335健康度良好,海盜船的軟件沒有這個指標,金士頓的軟件則與Intel的軟件有衝突。最終TR還是用硬盤哨兵(Hard Disk Sentinel)讀取SMART信息給出了上述健康度成績。

  不過這個健康度也不是那麼準確,因為這個軟件針對不同固態硬盤使用了不同的SMART屬性,335的健康度指標用了Intel自家軟件中的「預計剩餘壽命」參數,但是三星的840和840 Pro上的軟件就跟這個軟件沒什麼關係了。就算三星840 Pro沒出現什麼閃存錯誤,軟件給出的健康度也非常低。

  現在的問題是缺乏標準的磨損、健康度指標測試方法,每個固態硬盤都混合了不同的參數,放在一起比較的話很困難。希望廠商們聯合起來同意提供一個標準的扇區再分配、累積錯誤、總體健康度以及主機、閃存寫入量等指標。

數據保存測試

  大家對固態硬盤可靠性的不信任根源還在於對數據安全的重視,因此前面的可靠性測試表現再好,真正能讓人放心的還得是數據安全,這個問題比寫入多少數據量更讓人放心,所以TR這次還增加了一個數據保存測試用於驗證SSD寫入大量數據之後的數據安全性。

  Anvil軟件自帶MD5哈希運算,這可以幫助對比數據的完整性。起初TR在每個固態硬盤上存放了10GB的靜態數據,其中有700MB的視頻文件。當然,說是靜態數據,由於固態硬盤的使用特性,特別是耗損平衡算法,存放的數據還是要不斷移動的。

  因此,內建的MG5檢測並沒有顯示出任何錯誤。之後有讀者指出TR的測試並沒有反映出系統斷電之後數據保存的情況,TR表示他們最初也是考慮到關機斷電情況的,不過這個情況還需要耗費更多的時間來模擬斷電情況,所以此前他們做的還是持續寫入的情況。

  現在看到840固態硬盤持續出現這麼多扇區錯誤,TR認為值得多花點時間做一個數據安全的測試了。此外,700MB的視頻文件也太小了,他們這次使用的是200GB的TrueCrypt文件。

  之後在840上進行MD5運算,第一次的結果不正確,第二次、第三次之後還是不正確,這意味著數據完整性被破壞了。TR不死心,繼續重複這個MD5測試,但是之後的三次又顯示MD5正確了,無法再重現錯誤了。

  這種情況讓人很迷惑,他們關掉了測試,集中精力處理斷電之後的數據安全測試。五天之後,他們重新檢測MD5,這次所有固態硬盤都通過測試了,包括840。

  之前作者認為他料想到了最初的錯誤,但實際上沒有,截圖可以證明,SMART信息也可以佐證。在數據安全測試之前,840的不可恢復錯誤是0,但是現在它有172個不可恢復錯誤,有些事出現了嚴重的錯誤,而且三星的錯誤糾正算法看起來也不是那麼有效。

  即使840固態硬盤現在(憑借OP空間)恢復了之前的狀態,但是它依然遭遇了嚴重的錯誤。在桌面電腦中,遇到不可恢復錯誤意味著文件損壞和數據損失。現在已經不能相信這個測試了,不過他們還是會把測試進行下去,儘管這個測試帶有污點了。

  令人失望的是,只有三星和金士頓的SMART信息會追蹤不可恢復錯誤信息,迄今為止三星840 Pro和金士頓HyperX固態硬盤是沒有出現不可恢復錯誤的。海盜船的Neutron GTX只顯示「軟件ECC糾正」信息,Intel的335固態硬盤SMART屬性更是沒有錯誤修正相關的參數。

性能變化

  與以往一樣,每次寫入大量數據之後TR還會測試各個SSD的性能,如下圖所示:

4MB連續讀取速度

4MB連續寫入速度

隨機4K讀取

隨機4K寫入

  寫入大量數據之後,各個固態硬盤的性能依然很理想,變化不大。



  每達到一個寫入量階段,他們還會測試下Anvil軟件可靠性測試的平均寫入速度,由於每個階段都會進行一次安全擦除操作,所以這個測試結果也沒什麼意外的(需要注意的是,有的固態硬盤是連接在SATA 6Gbps接口上的,有的是SATA 3Gbps,所以橫向對比沒有意義)。840 Pro像上次那樣依然波動很大,SMART屬性中也沒有顯示出什麼編程失敗的錯誤。

  TR最後的總結比原來長了很多。首先是他們的這個固態硬盤可靠性測試證明了現在的SSD其實可以在不出錯的情況下可以寫入大量數據。他們寫入了300TB數據,而且SSD功能完好。TLC閃存的840雖然下降的更快一些,不過它依然保留了很多OP空間用以恢復錯誤。

  只有幾款固態硬盤廠商公佈了自家產品的寫入壽命,而且從廠商公佈的數據來看感覺很嚇人(會讓人感覺SSD很短命),金士頓的HyperX是192TB,Intel的335系列是22TB,每天寫入20GB可用三年。實際上這些數據足夠了,作者自己的SSD系統安裝了18個月的時間,寫入量不過1.3TB。

  另外,公平點說,TR的測試也有不足,因為持續寫入基本都是連續寫入的,寫入放大會很低,而實際應用中會有很多隨機I/O操作。對於寫入放大率,他從廠商那得到說法是說實際上普遍在10x以內,就算考慮到最壞情況,300TB也足夠他的SSD使用35年了。

  這也是他們的固態硬盤可靠性測試不使用隨機I/O測試的原因,因為使用隨機數據不能在合理的時間段內得到結果。

  總的來說,TR的測試顯示現代的SSD固態硬盤在典型的桌面應用中實際上有很多年的使用壽命,就算是TLC閃存的固態硬盤也能在消費者淘汰之前擁有足夠高的使用壽命。對於出現數據完整性錯誤的840,不斷增加的閃存錯誤也是合理的,作者表示讓他自己用840是沒有什麼異議的,不過他會隨時關注SMART屬性中的扇區再分配情況,如果出現大量錯誤,那換個硬盤就是更好的選擇了。如我們測試所見,錯誤糾正並沒有跟上閃存錯誤的腳步(PS:既然讓自己如此擔心,現在還有什麼理由選TLC閃存的840?價格並沒有便宜到讓人心動的底部,實際測試中出錯最早最多的還是它)。

  測試還會繼續,等待下一步的數據測試吧。

2. 10月28日更新:寫入量200TB

10月28日更新:寫入量200TB

  經過了2個月的高強度寫入,Techreport的六款SSD固態硬盤可靠性測試已經達成了新的寫入量目標——200TB,這個寫入量其實已經大大超過了很多消費級固態硬盤的標稱寫入壽命了,現在來看一下200TB寫入量之後固態硬盤能否承受的住呢。

  回復一下功課:Techreport總計使用了6款SSD,包括三星840 Pro、三星840、金士頓HyperX 3K(這個使用了兩款,一個進行可壓縮數據測試,一個進行不可壓縮數據測試)、Intel 335及海盜船Neutron GTX,容量都是256GB或者240GB的。

  說是寫入200TB數據,但是三星840 250GB固態硬盤在寫入100TB數據之後就已經開始出現問題了,出現了11個重映射扇區,這意味著固態硬盤已經出現了壞塊(bad block)了。考慮到三星840使用的是3bit MLC閃存,P/E次數本來就比主流的2bit MLC閃存要低,第一個出現壞塊並不讓人意外。

  好的方面則是,儘管出現了壞塊,不過三星840的性能及可用容量依然沒變,所以他們的測試一直持續到了200TB數據寫入量。

  在這個過程中,三星840總計出現了370個重映射扇區,不過它並不是唯一出問題的,用於測試不可壓縮數據的金士頓Hyper 3K 240GB固態硬盤也出現了4個壞塊。用於可壓縮數據測試的Hyper 3K固態硬盤則沒有出現壞塊,它的可壓縮數據比例控制在了46%,因此實際寫入的數據量是143GB。

  寫入量越少,意味著對SSD的摧殘越少,這麼看來SF的數據壓縮技術對提高SSD使用壽命還是真的很有幫助。

  金士頓SSD的block大小是4MB,出現4個壞塊意味著損失16MB容量。三星還沒有回復TR有關840 block大小的問題,不過從Anandtech此前的評測來說,840的block大小是1.5MB,370個壞塊意味著容量損失了555MB。

  出現壞塊也不是天大的壞事,廠商在SSD中的預留分區中已經考慮到了這些容量損失,所以三星840和金士頓Hyper 3K的存儲容量並沒有發生變化。

  在三星的SSD Magician軟件中,840的健康度依然是good(良好),不過Hard Disk Sentinel軟件讀取的SMART信息就沒三星軟件這麼樂觀,下表就是各個固態硬盤在100TB及200TB數據寫入量下的健康度。


6款SSD的健康度

  實際上三星的工具顯示840 Pro健康度良好,Intel的軟件顯示335 SSD也是如此,海盜船的軟件沒有健康度顯示,而金士頓的軟件在他們的測試系統上不能正常運行。

  現在還很難說能相信哪個軟件說的,不過200TB數據寫入量意味著每天寫入100GB的話也能維持5年,而且即便到200TB寫入量,大部分SSD依然沒什麼問題,雖然840出現了很多壞塊了,但是它依然沒有達到壽命終點。

  下面再來看一下各SSD在寫入如此大量數據之後的性能變化吧。

4K隨機讀取

4K隨機寫入

4KB連續讀取

4KB連續寫入

  性能測試他們對比的是寫入數據前後的差值,總體來說各SSD的性能並沒有明顯變化,普遍是正負1%以內,最高的也不過是增加了2%。

  此外,22TB測試中金士頓Hyper 3K SSD的性能反而大增,100TB時也是如此,直到寫入200TB之後性能才降到正常水平。

  此外,TR網站還用Anvil軟件追蹤每個SSD可靠性測試的速度,這個軟件可以定義可靠性寫入測試的次數。需要注意的是,這套平台中6款SSD中Hyper 3K兩款是運行在SATA 3Gbps接口上的,因此絕對速度方面不具可比性,還是只看相對差距吧。


Anvil軟件的平均寫入速度

  金士頓及Intel的固態硬盤在22TB、100TB寫入量之後達到了峰值速度,他們在每個階段的寫入量測試之後都會安全擦除硬盤,使用SF主控的SSD看起來在這方面明顯比其他SSD要快。

  三星840 Pro在安全擦除之後性能也會提上來,不過表現就不那麼穩定了,波動有些頻繁。三星TLC閃存的840性能下滑比較多,跟840 Pro表現並不一樣,這主要是TLC閃存的緣故,而且性能下降是立即出現的,所以這跟壞塊也沒什麼關係。

  海盜船的Neturon SSD甚至還有一點點性能提升。

  他們的下一個目標是300TB,估計又要等上一個月了。

  SSD可靠性是大家非常關注的問題,我們也即將推出自己的可靠性測試,敬請期待。

3. 9月7日更新:寫入22TB

9月7日更新

  SSD固態硬盤相比傳統HDD機械硬盤的優點是性能強、體積小、無噪音,但是特殊的工作原理也讓它的使用次數有限,而且這個次數還會隨著製程工藝的升級而降低,從之前的5000+降低到3000次甚至1000次。

  SSD使用壽命是個老生常談的話題了,廠商一次次強調隨著SSD容量的增加和主控技術的進步,SSD有限的寫入次數對使用壽命來說並不是嚴重問題了,不過想打消消費者的疑惑還沒這麼容易。

  此前Hardware.info網站以TLC閃存的三星840 SSD為例做了一次長期的SSD使用壽命測試,結果顯示其可用寫入次數是大大超過官方標準的,TLC閃存的可靠性也不是問題。現在又有媒體來接力了,Techreport也做了SSD使用壽命的長期測試,不過他們採集的樣本更多,使用了6款SSD,包括三星840 Pro、三星840、金士頓HyperX 3K(這個使用了兩款,一個進行可壓縮數據測試,一個進行不可壓縮數據測試)、Intel 335及海盜船Neutron GTX,容量都是256GB或者240GB的。



  他們使用了Anvil's Storage Utilities軟件進行大規模數據寫入,現在過去了兩周多了,寫入的數據已經達到了22TB,是時候檢驗一下這六款SSD的情況了。


Anvil工具軟件

  第一個節點選擇22TB是因為這個寫入量是Intel公佈的335 SSD正常使用壽命,官方稱它可以在每天20GB的寫入量情況下使用三年。此外,金士頓的HyperX 3K SSD官方公佈的寫入量是192TB,其他三款SSD就沒有官方數據公佈了。



  首先來看各個SSD的平均寫入速度,但是上述數據並不具備可比性,因為為了加快測試進度,這6個SSD是安裝到了兩套平台上同步進行的,有的使用了SATA 6Gbps接口,有的使用了SATA 3Gbps接口。上面的平均寫入速度只能用於評估各SSD寫入22TB所用時間。

  相比速度絕對值,他們更關注的是寫入22TB數據之後的SSD性能的前後變化。這時候的測試結果是恢復到之前測試平台和系統上進行的,因此前後結果可以對比。之前的性能測試結果可以參考第一篇文章

寫入22TB數據後的隨機、連續性能變化

連續讀取速度變化

連續寫入速度變化

隨機讀取速度變化

隨機寫入速度變化

  大部分測試中SSD前後性能變化都在1-2%左右,考慮到誤差因素,可以說他們在寫入22TB數據之後性能並沒有什麼變化。

  讓人吃驚的是金士頓HyperX 3K SSD的隨機讀取性能,不論是可壓縮數據還是不可壓縮數據,性能都提升了30%以上,Intel的335 SSD也小幅提高了8%,這二者使用的都是SF主控。

  此外,SMART信息也會不斷追蹤SSD的壞塊、寫入數據量等信息,不過目前為止還沒看到有壞塊出現,這些SSD依然很健康。

  測試中有2個型號的SSD都使用了SF主控,而且隨機讀取速度在寫入22TB數據之後反而有46%的提升。另外,數據壓縮測試中,不可壓縮數據寫入了22.8TB,而可壓縮的那個只寫入了15.5TB數據,節省了32%,還是有用處的。

  再看下SSD的寫入放大。兩款HyperX 3K SSD的本機寫入量都是21.6TB,實際寫入數據一個是22.8TB,可壓縮的則是15.5TB,寫入放大率分別是1.05和0.72(註:這種持續寫入數據的情況下寫入放大率不會很大,接近1是很正常的)。

  Intel的335 SSD的NAND寫入量是22.9TB,主機寫入量是21.6TB,寫入放大跟金士頓HyeprX 3K差不多。至於其他SSD,因為追蹤不到NAND寫入量,所以無法計算寫入放大。

  以上就是寫入22TB數據之後的基本情況,他們的下一個目標是100TB,估計還要等很長時間了,以後這篇文章也會持續更新。


※ ※ ※ 本文為 andy6989 與 熊蓋站 共同所有,未經同意,請勿轉載 ※ ※ ※

 



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發表於:2013-11-27 07:12

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