實現質的飛躍卻性能過剩?探秘CPU對SSD性能的影響
發布時間:2016-01-25 責任編輯:susan
【導讀】關於處理器的發展,從最初的SATA SSD到PCI-Express SSD,再到現在的M.2 SSD。存儲的速度實現了質量的飛躍,同時近些年來TLC閃存大麵積應用,成本降低,不少SSD產品已經到了要與HDD決一死戰的地步。
手機處理器近些年的高速增長,大有蓋過桌麵PC處理器的趨勢,人們很自然的認為這是目前桌麵性能過剩所致,從Sandy Bridge以來,除了處理器工藝從32nm進入到14nm,功耗得到下降,人們升級CPU的(de)動(dong)力(li)逐(zhu)漸(jian)下(xia)降(jiang),主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)莫(mo)過(guo)於(yu)疲(pi)乏(fa)的(de)性(xing)能(neng)增(zeng)長(chang),於(yu)是(shi)乎(hu)性(xing)能(neng)過(guo)剩(sheng)不(bu)僅(jin)是(shi)廠(chang)商(shang)用(yong)以(yi)麻(ma)痹(bi)用(yong)戶(hu)的(de)手(shou)段(duan),而(er)用(yong)戶(hu)也(ye)會(hui)因(yin)為(wei)無(wu)性(xing)能(neng)瓶(ping)頸(jing)慢(man)慢(man)的(de)接(jie)受(shou)了(le)這(zhe)樣(yang)一(yi)種(zhong)性(xing)能(neng)步(bu)入(ru)中(zhong)低(di)速(su)增(zeng)長(chang)的(de)狀(zhuang)態(tai)。

從最初的SATA SSD,到PCI-Express SSD再到現在M.2 SSD,存儲速度的性能發生了顛覆性的變化,可以用飛來形容,同時近些年來TLC閃存大麵積應用,成本降低,不少SSD產品已經到了與HDD決一死戰的時候。相對於傳統HDD硬盤,SSD確實有極速讀寫性能、超低功耗省電、防震抗摔等特性,這些極其重要的特性戳中用戶要害,才有了如今的繁華市場,當然SSD要想全麵取代傳統硬盤,還需要在價格上給到用戶足夠的實惠。
SSD為什麼快?4KB讀寫速度很重要
頭頂高速光環,SSD自然是新裝機用戶的首選,因為一個“快”字,傳統意義上用戶對於存儲速度“快”的理解不外乎持續讀寫速度,這在視頻、圖片等大文件傳輸時可以顯著節約時間。不過如果你細想你使用SSD是為了每天讀寫這些大文件嗎?實際卻是Windows係統啟動時間、遊戲加載速度、應用程序內容加載時間等,實際上這些項目很大程度上是4KB小文件的讀寫。

計算機存儲以4KB作為區塊大小
我們知道在早期HDD時代就已經確立了4KB為基準的模塊存儲,SSD現在也沿用了4KB模塊化存儲,簡而言之,存儲設備內部是以4KB為區塊進行數據存儲。於是數據流就被分割成若幹4KB模塊,而不足4KB的數據則單獨占用一個4KB存儲模塊。知道了4KB模塊後,我們就可以很容易的明白,存儲速度快就是4KB存儲模塊的填充進度的快慢,從這一個角度來看4KB持chi續xu和he隨sui機ji讀du寫xie,基ji本ben是shi衡heng量liang存cun儲chu模mo塊kuai的de最zui重zhong要yao指zhi標biao了le。無wu論lun是shi在zai係xi統tong啟qi動dong還hai是shi應ying用yong程cheng序xu運yun行xing狀zhuang態tai,計ji算suan機ji都dou在zai繁fan忙mang的de進jin行xing著zhe數shu據ju的de搬ban運yun工gong作zuo,4KB持續和隨機讀寫的快慢就直接導致了用戶在這些體驗上的偏差。
單/雙/四核全模擬 測試平台方法介紹
我們知道SSD的數據讀寫存儲都需要調用CPU線程來完成,特別是大量4KB文件尋址、讀寫勢必需要消耗不少的CPU資源,這樣SSD的存儲性能就和CPU的執行能力構成了對應關係,這一點很容易被我們忽視,因為我們被CPU性能過剩的假象所迷惑,不然數據服務器為什麼會宕機,因為不堪重負。當然存儲設備的快慢不僅僅與存儲設備(SSD、HDD)有關,還與CPU有一定的關係,當然還有內存等因素。

SSD性能旗艦三星950 PRO
實際上因為CPU等性能引發的SSD性能差異我們已經見識,隻是我們選擇性的將其忽略。例如存儲廠商發布的SSD產品,官方數據一般都非常漂亮,一方麵這些數據都是在產品最優秀性能時測出的(全新產品),另外在性能測試過程中,廠商也會盡量用了高性能的測試平台,不讓平台成為SSD性能發揮的瓶頸,比如說CPU的性能、主板的存儲接口規格。

主流SATA 6Gbps SSD浦科特M6V
不過在實際測試過程中,特別是4K性能各個平台給出的數據都或多或少存在一定的差異,這就是測試平台差異造成的數據不同。
本文在測試過程中為了盡量減少瓶頸,采用了Intel Z170主板和Intel Core i7-6700K的平台,測試中將分組關閉核心數量、降低核心頻率研究CPU性能對SSD存儲性能的影響,另外為了更為全麵的分析不同SSD的差異表現,測試我們選擇了一塊常規SATA 6Gbps SSD浦科特M6V,和一塊M.2 SSD旗艦三星950 PRO,容量均為256GB。

由於采用的Core i7-6700K處理器為四核心,測試分別為單核、雙核、三核、四核模擬高中低端處理器,同時為分析處理器頻率對SSD性能的影響,測試分別選取了4.5GHz、3.2GHz、1.6GHz和0.8GHz四組頻率,而此時啟用全部CPU核心--四核。
性能過剩?實測CPU對SSD性能影響
上文介紹中,我們就介紹了SSD性能的重要評判標準--4K讀寫,下麵我們將使用AS SSD Benchmark和CrystalDiskMark兩款工具分別檢驗各種不同配置下SSD的性能表現。
1.基準測試工具量化CPU對SSD性能影響
首先進行的AS SSD Benchmark測試,可以看出隨著CPU頻率的提升,SSD的4K讀寫性能逐漸提升,一直到超頻後的4.5GHz,無論是SATA 6Gbps SSD還是M.2 SSD其4K讀寫性能均呈現持續上升趨勢。

接下來的CrystalDiskMark測試,SSD的性能表現基本和AS SSD Benchmark相似,隨著CPU的頻率提升,SSD的4KB讀取和寫入都得到了顯著的提升。

接下來我們再來分析下核心數量對SSD存儲性能的影響,測試模式將CPU置於4.5GHz,分別在單核單線程、單核雙線程、雙核雙線程、雙核四線程、三核三線程、三核六線程、四核四線程、四核八線程條件下測試SSD的4K讀寫性能。

AS SSD Benchmark測試,無論是CPU核心數量的增長還是線程數量的增長,搭配的SSD其4K讀寫性能都沒有明顯變化。

接下來的CrystalDiskMark測試,SSD的性能表現同樣和AS SSD Benchmark相似,CPU核心數量和線程數量的增加並未對SSD的讀寫性能造成影響。
多核無用 SSD讀寫性能隻與頻率有關
2.實測4KB小文件讀寫速率
最後我們再來看看CPU頻率對SSD讀寫4KB小文件的速率影響,測試僅以四核1.6GHz和4.5GHz兩種配置成績對比,並開啟CPU超線程技術。為避免性能瓶頸,測試以浦科特M6V SATA 6Gbps SSD作為基準,與三星M.2 SSD 950 PRO互相拷貝4KB小文件,使用Fastcopy記錄讀寫時間和讀寫速率。(測試文件包包含20000個4KB TXT文檔)

1.6GHz下SATA 6Gbps SSD平均讀取速率

4.5GHz下SATA 6Gbps SSD平均讀取速率
首先進行的SSD讀取測試,CPU 1.6GHz頻率下,平均讀取速度為4.82MB/s,頻率提升至4.5GHz後平均讀取速率提升至13.6MB/s,性能提升幅度高達182%,相對應的CPU頻率之間的差異為181%,基本一致。

1.6GHz下M6V SSD平均寫入速率

4.5GHz下M6V SSD平均寫入速率
接下來的SSD寫入測試,CPU 1.6GHz頻率下,平均讀取速度為4.36MB/s,頻率提升至4.5GHz後平均讀取速率提升至11.2MB/s,性能提升幅度高達157%,相對應的CPU頻率之間的差異為181%,性能提升幅度與頻率差異有一定差異。
最後的結論
CPU--SSD性能依賴測試到此告一段落,單純以SSD來論,CPU性能過剩過於草率,雖然目前CPU已經進入14nm時代,無論是性能和功耗都達到了新的高度,但是從是測試數據我們可以看出,SSD 4K讀寫性能對於CPU有嚴重的依賴,即使超頻至4.5GHz的Core i7-6700K平台SSD依然保持著較高的讀寫速度增長趨勢,至於瓶頸在什麼時候出現,目前的處理器恐怕都無法達到這樣的單核性能。
CPU對SSD 4K讀寫性能的影響,一方麵因為目前的硬件設計和操作係統無法很好的利用CPU的多線程特性來發掘出SSD的潛能,另一方麵4K小文件的讀寫涉及到龐大的數據取址、讀取和寫入的操作,對於CPU自然提出了更高的要求,即使是SSD也隻是提供了更快的數據通道形式,但是數據任務量並不會改變,所以未來要想獲得更好的數據存儲體驗,除了不斷提升SSD性能,也請不要忽視了CPU的性能以及多線程的開發。
文章到這裏,不知道讀者是否發現,在以往的各大網站新品首發評測時,我們總能發現各大媒體測試SSD性能時出現迥異的4K讀寫性能數據,甚至判若兩款產品,這主要由於產品測試的平台不同所導致。當然除了SSD本身、CPU規格,影響SSD性能發揮還有很多因素,如主板SATA控製器、CPU PCI-E控製器、內存頻率時序等都會影響到SSD性能的發揮。
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