SK海力士既是全球第三大半導體公司，又是第二大存儲芯片製造商。不久前，他們還依靠自身技術量製造出備好評價的SATA和NVMe閃存系列。通過本文讓我們一起了解PE8010，這款SK海力士最新推出的PCIe Gen4非易失性存儲器（NVMe）及其令人震驚的性能。我首先要介紹該產品的背景與搭載PCIe Gen4接口的硬盤怎麼能足夠成為數據中心的“遊戲規則改變”者”。
2019年6月，SK海力士正式宣布推出PE6011，我們曾經看過的新款NVMe企業級SSD。 PE6011是一款低功耗NVMe設備，搭載72層TLC 3D NAND和SK海力士專為企業級設計的NVMe控制器。雖然PE6011並不是其同類驅動器中性能最好的，但在整體上表現不錯，在功耗、性能和成本上都保持了較好的平衡。
SK海力士PE8000 NVMe硬盤
在2020年4月，SK海力士公佈PE8000系列NVMe SSD硬盤已經準備就緒。每台設備最大容量為8TB，搭載應公司96層TLC 4D NAND閃存和自己開發的控制器。目前應該系列有兩種硬盤： 為讀取加密型工作負載設計的PE8010和為混合讀取型工作負載設計的PE8030 。這兩款硬盤都有PCIe Gen4接口，其形狀狀態現U.2和新一代U.3的包容，引起行業廣泛關 注。
创新是SK海力士的核心，他们一直专注于工艺制程的突破。该公司要通过掌握NAND的领先技术，以持续满足瞬息万变的市场需求。路线图上的一些产品，比如SSD系列PE8110，将采用128层512Gb NAND。此外，SK海力士还在用这项NAND技术开发M.2和E1.S（EDSFF Short）硬盘。
除了新的NAND之外，還有一些形態方面的突破。SK海力士將在短期內推出E1.L（DSFF Long）這一種被稱為“尺子”的新興形態。步步被科技巨頭們受到歡迎，又開始擴展到主流服務器設計領域。
PE8111是业界首款采用128层1Tb TLC NAND的产品。SK海力士最近开始向客户送样，由此他们在NAND闪存方面能具更灵活的供货能力。此外，目前业界普遍关注的是16TB容量的硬盘，而据我所知在其路线图上已有32TB的硬盘。
SK海力士PE8010規格（PCIe Gen4x4）
| 形狀 | U.2/U.3 2.5”（15毫米） | |||
| 接口 | PCIe Gen4x4 / NVMe 1.3c | |||
| NAND閃存 | 4D V5 薄層色譜 | |||
| 可容納人數 | GB 960 | 1.92結核病 | 3.84結核病 | 7.68結核病 |
| 性能 | ||||
| 順序讀取（128KB） | 最高6000MB/秒 | 最高6500MB/秒 | 最高6500MB/秒 | 最高6500MB/秒 |
| 順序寫入（128KB） | 最高1450MB/秒 | 最高2800MB/秒 | 最高3700MB/秒 | 最高3700MB/秒 |
| 隨機讀取（4KB，QD64） | 最高 500K IOPS | 最高 850K IOPS | 最高 1100K IOPS | 最高 1100K IOPS |
| 隨機寫入（4KB，QD64） | 最高 65K IOPS | 最高 120K IOPS | 最高 140K IOPS | 最高 145K IOPS |
| QOS 4KB隨機讀取 | 70μs | 70μs | 70μs | 70μs |
| QOS 4KB隨機寫入 | 20μs | 20μs | 20μs | 20μs |
| 安全性 | AES 256 位加密 | |||
| 草地性 | ||||
| 平均無故障時間 | 200萬小時 | |||
| UBER | 每10^17位讀取1個扇區 | |||
| 消耗 | ||||
| 活躍讀取/寫入 | 最高17.0W | |||
| 閒置 | 最高5.0W | |||
| 容許電壓 | 12.0V±8％ | |||
| 運動溫度 | 0-70℃， | |||
| 衝擊 | 1500G，持續0.5秒 | |||
| 物理 | ||||
| 尺寸（寬x深x高） | 69.85×100×15毫米 | |||
| 重量 | 135.6克（±5%） | |||
相對可放一位或兩位數據的單層元(SLC)與多層單元（MLC），TLC是可放三位數據的NAND閃存。SK海力士4D技術正在其傳統的3D NAND技術上，將外部電路（PUC）設置為陣列下方的技術。 通過96層512Gb（千兆）TLC 4D NAND閃存，PE8010的價格將比上一代小容量產品品更大的競技力。
此外，这款硬盘可以同步支持之前的U.2与最新的U.3形状，也引人注目。 U.2（FKA SFF-8639）作为电脑接口，将SAS与SATA硬盘连接到电脑，还可使用最多四个PCIe通道。U.3是基于U.2规格开发的，使用U.2连接器。而它支持NVMe、SAS和SATA硬盘，如果有固件支持，还可在三种不同硬盘类型之间进行热插拔。U.3硬盘可以与U.2向后兼容，而U.2硬盘无法与U.3主机兼容。
SK海力士PE8010支援PCIe Gen4總線標準，是其最大的特點和優勢。 Gen4匯流排在軟體支援和機械介面上與Gen3匯流排保持向前及一致性相容的情況下，其頻寬比GEN3匯流排的大一倍。這使得Gen4設備能夠達到16GT/s的速度，而Gen3設備的速度為8 GT/s。這意味著每個通道的資料傳輸率從1GB/s提升到2GB/s。
| 每個PCIe通道帶寬 | ||||
| 通道數 | x1 | x4 | x8 | x16 |
| PCIe 3.0 | 1 GB / s | 4 GB / s | 8 GB / s | 16 GB / s |
| PCIe 4.0 | 2 GB / s | 8 GB / s | 16 GB / s | 32 GB / s |
由於PCIe Gen4是最新的總線技術，目前支持它的服務器仍在通過管道工作。AMD公司對此一直給予大力支持，我們還期待英特爾系統很快支持PCIe Gen4。
我們在測試中使用過搭載AMD 7742 CPU的處理器連接SR635。今年年初，我們做了一個關於連接SR635（相關）鏈接1與鏈接2）的評論和視頻，在這裡，只簡單回顧一下。SR635是一個1U單路服務器，支持2代AMD EPYC CPU，高達2TB的3200MHz DRAM。此外，在測試中最重要的是，它根據其底板設置，端到端支持PCIe4.0。
我们在CentOS 7进行早期测试中，比对10个PE6011和10个PE8010 NVMe SSD。用4K随机与64K连续工作负载进行传统的“四角”吞吐量与带宽测试。
接下來，我們將軟件環境轉換到VMware ESXi 6.7u3，並以更小的SSD組進行性能比較。在SQL服務器測試中，我們在SQL Server 2014實例執行1500規模擬的TPC-C工作負載，還檢測4NVMe SSD （或每個VM一個）的性能。
最後，我們將MySQL Sysbench工作負載集中到各測試組的2個SSD上，並將8VM均衡分配在一個對SSD上。這為每個SSD提供4VM工作負載的佔用空間，以了解環境給存儲設備帶來的影響。
另外，在我們所測試的所有NVMe設備中，PE8010擁有最強大的效能。它可以提供最高35.8GB/s的順序讀取速度和最高17.5GB/s的順序讀取速度，其隨機讀取和讀取分別達到每秒8.1M和3.97M輸入/輸出操作（IOPS）。與PE6011（該公司先前基於PCIe的Gen3解決方案）相比，PE8010在順序讀取和隨機寫入方面分別提高了133%和192%。
通過測試發現PCIe Gen4的主要優勢在於，通過消除存儲層上的瓶頸，讓企業能夠更好地利用系統CPU和RAM資源。
在SQL Server或MySQL等應用程序工作負載中，工作負載能力的延遲減半。在CPU加密型的MySQL Sysbench工作負載（將I/O集合在兩個SSD上）中，PE8010的工作負載能力提高了69%。
隨著伺服器支援更核心的處理器和更大容量的DRAM，具備能夠跟上下一代元件的儲存設備變得越來越重要。透過測試，我們發現PE8010可以將我們的測試平台系統推向極限。這些最新的技術肯定會為目前的應用程式帶來巨大的利益。
結論
很多时候，新技术的性能都远远达不到预期。但这次测试，让我们对PE8010的实际性能印象深刻。考虑到PE8010相对于PCIe Gen3设备的溢价小，我们预计它将给SK海力士带来胜利。我们还预期Gen4硬盘能将服务器的整体性能提升到新的台阶，而SK海力士早就推出Gen4设备，以在这一领域巩固了自己的领先地位。
毫無疑問，PE8010一開始就考量雲提供應用商使用的每一瓦特都會影響到他們的利潤，因此一直接優化性能，其IOPS/瓦特達到了同類產品中最好的水平，以實現降低TCO和運營成本的目標。
關於這些硬盤的使用，我們有一些值得一提的內容。由於其出色的性能，一個充滿PCIe Gen4設備的服務器將壓倒一個CPU；因這樣，在設計系統的時候，一定要統統兼顧。在服務器全面採用Gen4硬盤之前，使用這些設備的最佳方式是合適混合高端Gen4與更傳統的NVMe存儲器，甚至為閃存成本的優化還可以使用ATA。
值得关注的是，与NVMe Gen3设备相比，PE8010在价格上具有竞争力，所以如果你计划更新服务器，必要时，你可能会考虑为你的现有服务器购买这款产品，即使它们只支持Gen3。因为Gen4是可向后兼容，它们现在可以用于现有系统，又可转移到新一代系统。当然，在出现新的Gen4兼容系统之前，Gen4设备仍然会受到Gen3带宽限制。
從0級工作負載到歸檔類存儲，在各個領域持續增長，企業對SSD的採用並沒有顯示出警惕的態度。在Gen4產品中SSD產品全面開發的氣氛中，SK海力士顯然是一股引領全面前方發展的動力。
本報告由SK海力士贊助。本報告中所表現的所有觀點和意見均基於我們對所考量產品的客看法。
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