SSD科学研究 篇十九：迟到的巨头--SK Hynix Platinum P41 2TB SSD专业向评测

0、前言

SK集团作为韩国的龙头企业集团, 引领着能源与化工产业的发展, 并为IT与半导体产业注入创新动力, 通过创造价值巩固其在全球市场上的主导地位。hynix几十年来一直是DRAM和NAND世界巨头之一，与三星和美光一起一直主导着内存和闪存市场，几年前，1983年成立的hynix公司被出售给韩国大型企业集团“SK集团”，因此得名“SK hynix”。 值得注意的是，SK hynix不仅是SK集团的核心子公司, 更是全球三大半导体制造商之一。

▲来自Omdia 2023年4月的数据显示：2022年，SK hynix在全球DRAM与NAND市场上都位居第二。 2021年SK hynix决定以90亿美元收购Intel的NAND业务并成立子公司Solidigm进行业务拓展。

▲自从之前评测了SK Hynix PE8010 3.84TB U.2之后便对这个品牌久久不能忘怀，但是之前SK Hynix 无论企业级还是消费级都只在国外销售，购买比较困难，直到最近JD自营开始上架SK Hynix了，才有机会购买到SK Hynix Platinum P41 2TB M.2 SSD。

▲SK Hynix Platinum P41 2TB是一款PCIe4.0 x4的M.2 SSD产品，支持NVMe 1.4协议，持续读写分别达到7000/6500 MB/s

▲耐久度达到1200 TBW，官方保修五年，下面我们就来一探究竟。

1、开箱

▲包装正面

▲包装背面

▲开箱

▲SSD本体正面。

▲SSD本体正面，可以看出很明显的单面SSD。

2、芯片解析

▲SSD正面裸片

▲DRAM：SK Hynix H9HCNNNBKUMLXR-NEE

SK Hynix H9HCNNNBKUMLXR-NEE 是一颗LPDDR4-4266的DRAM，容量是2048MB。

▲Controller：SK Hynix ACNS075 PHC633.00S-2

SK Hynix ACNS075 PHC633.00S-2这颗主控的代号是Aries，是一颗3核ARM Cortex-R8 + 单核Cortex-M7的SoC，其中1核Cortex-R8+1核Cortex-M7负责Host，双核Cortex-R8负责FTL，TSMC 12nm制程制造。支持NVMe 1.4协议，8通道，每通道4CE，总支持32CE，支持最高速度为1600MT/s的NAND。

▲NAND：SK Hynix H25T3TCG8CX590 x2

SK Hynix H25T3TCG8CX590是 SK Hynix v7 4D NAND，176-layer堆叠TLC，速度是1600 MT/s。每颗NAND由2个chip组成，每个chip由8个512Gb的Die组成，所以一颗NAND由16Die堆叠而成，每Die接驳一个CE，共计16CE。

两颗NAND正好32Die接驳32CE，正好塞满Aries的32CE上线，准确来说SK Hynix Platinum P41 2TB是这个系列的满血版本。

▲这颗176L的Die是有型号的，SK Hynix内部编号为H25HTC0，参数如上图所示。

SK Hynix 的176L以11.01GB/mm2的存储密度一骑绝尘，高于Samsung 176L的10.87GB/mm2以及Micron 176L的10.27GB/mm2。

3、Windows 11测试

3.1 测试平台

▲测试平台：

CPU：AMD Ryzen 9 7900X

主板：ASRock X670E TAICHI

内存：SKhynix DDR4-4800 2RX8 UDIMM 32GB x2

显卡：PNY Geforce RTX 4080 16GB

SSD：SK Hynix Platinum P41 2TB M.2

SSD：Lexar NM800 2TB M.2

水冷：SLIVERSTONE IG360

电源：SEASONIC GX1000

3.2 SMART

▲固件版本是51060A20，确认是支持NVMe 1.4协议。

3.3 SK hynix Driver Manager East Kit 2.7.0

▲SK hynix Driver Manager East Kit 2.7.0主界面

▲其实smart这些都没有什么特别的地方，比较特别的是增加了可选择性的TRIM主动操作选项

▲升级固件也会比较简单，但是不支持网络OTA，仅仅支持固件包上传更新。

3.4 Smartmontools

▲通过smartmontools可以探知到一些CDI获取不到的smart信息，比如这个盘的Supported Power States有五档，分别设定在：

PS0=7.5W、PS1=3.9W、PS2=1.5W、PS3=0.05W、PS4=0.005W。

3.5 TRIM

▲向SSD里写入一个16M的文件，这文件头的前16位字节如上图白色区域所表示，这也是该文件唯一的文本字符串，然后将其删除，如果TRIM工作，控制器也将删除这个数据，这时候软件让你等待大约20秒后然后按ENTER继续，然后关闭软件再次打开。

▲再次打开软件，提示原白色区域的字节已经被0所填充，说明主控固件的TRIM机制有效。

3.6 性能定标

▲CrystalDiskMark 8.0.24的持续读写使用QD32T1的默认设置，随机读写使用QD32T20的条件，可以非常接近官标所标识的UP TO的最大值：

Sequential Read [持续读取](Q=32,T=1) : 7367 MB/s > 7000 MB/s（官标）

Sequential Write [持续写入](Q=32,T=1) : 6625 MB/s > 6500 MB/s（官标）

Random Read 4KiB [4K随机读取](Q=32,T=20) : 1320 K IOPS

Random Write 4KiB[4K随机写入] (Q=32,T=20) : 985 K IOPS

4、SNIA PTS评估验证

▲全球网络存储工业协会（Storage Networking Industry Association，SNIA）是成立时间比较早的存储厂家中立的行业协会组织，宗旨是领导全世界范围的存储行业开发、推广标准、技术和培训服务，增强组织的信息管理能力。作为一家非盈利的行业组织，拥有420多家来自世界各地的公司成员以及7100多位个人成员，遍及整个存储行业。它的成员包括不同的厂商和用户，有投票权的核心成员有Dell、IBM、NetApp、EMC、Intel、Oracle、FUJITSU、JUNIPER、QLOGIC、HP、LSI、SYMANTEC、HITACHI、Microsoft、VMware、Huawei-Symantec十五家，其他成员有近百以上，从成员的组成可以看出，核心成员来自核心的存储厂商，所以SNIA就是存储行业的领导组织。在全球范围SNIA已经拥有七家分支机构：欧洲、加拿大、日本、中国、南亚、印度以及澳洲&新西兰。

Solid State Storage Performance Test Specification Enterprise v1.0是SNIA于2011年给Enterprise SSD都制定了Performance Test（性能测试）的规范，可以到其网站www.snia.org下载。

▲系统及设置

操作系统

• Kernel Version: 6.3.0-060300-generic

• Description: Ubuntu 22.04.2 LTS

测试样品检测信息：

• sn : ADC7N402010107E16

• mn : SHPP41-2000GM

• fr : 51060A20

• frmw : 0x16

• tnvmcap : 0

• mntmt : 273

• mnan : 0

• subnqn : nqn.2023-07.com.skhynix:nvme:nvm-subsystem-sn-ADC7N402010107E16

• Device Interface: nvme

• Device Logical Sector Size: 512

• Device Physical Sector Size: 512

测试系统

• Cpu：AMD Ryzen 9 7900X

• MB：ASRock X670E TAICHI

• Fio Version: fio-3.28

• Date of test run: 2023-10-29

• Number of jobs: 2

• Number of outstanding IOs (iodepth): 32

使用了T2线程进行测试是因为双核环境我相信是目前最广普的环境。QD32的深度也是服务器比较常见的存储应用深度。

4.1 IOPS测试（IOPS）

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

预处理：128K持续写入双倍SSD容量

每一轮测试包含.512B，4K，8K，16K，32K，64K，128K，以及1MB数据块大小，每个数据块在100％，95％，65％，50％，35％，5％和0％运行读/写混合测试，各为一分钟。试验由25回合(Round)组成（一个循环需要56分钟，25回合=1400分钟）

使用4K随机写入的IOPS作为测试目标，写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率作为验证进入稳定态的标准。

在SNIA组织定义的规范中，规范了如何测试闪存设备或固态存储。业界希望有一种来比较SSD的科学方法，这也是需要SNIA测试规范的原因。SSD的写入性能在很大程度上取决于NAND的写入历史。SSD一般有三个写阶段：

▲

1、FOB（全新从盒子里拿出来的状态）

2、Transition(过渡)

3、Steady State(稳定状态)

以上图例来自SINA PTS 1.1测试规范

Transition(过渡)过渡是FOB和稳态的良好表现之间的阶段。大多数情况下，性能会随着时间的推移而持续下降，直到达到稳定状态为止。SNIA PTS1.1的测试规范则很严格的监控了FOB到稳定态的每一个阶段，以及评估标准帮你去确认你的企业级SSD确实达到了稳定态，所以根据以上溯源我们有了预处理的过程。

4.1.1 预处理

预处理的128K数据块大小持续写入双倍SSD容量这个过程进行了近2个小时。可以说还是非常快的，我通过NETDATA记录下这个过程并可视化展现。

▲预处理测试的数据块大小始终维持在128K。

▲预处理的阶段的写入速度变化，速度单位MB/s，最高点写入速度6466.9MB/s。

▲预处理阶段的SSD主控和NAND的温度变化，最高点温度：主控Sensor1为59度，NAND Sensor2为78度。

预处理的过程符合FOB--Transition--Steady State的速度过渡特征，较为平滑，无0值数据出现。

4.1.2 稳定态

IOPS测试里面的【回合】是：在512B，4K，8K，16K，32K，64K，128K，以及1MB数据块大小下，每个数据块在100％，95％，65％，50％，35％，5％和0％运行读/写混合测试，各为1分钟，整个测试组成一个回合，每个回合共耗费56分钟。

▲上图为一个完整【回合】的数据块大小变化的可视化展现过程，绿色为读取，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间，耗时56分钟。

▲上图为一个完整【回合】的IOPS可视化展现过程，绿色为读取，红色为写入，纵坐标是IOPS，横坐标是时间，耗时56分钟。

▲上图是一个IOPS测试中完整达到稳定态的多回合测试，绿色为读取，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间。可以看到一共有25回合，这是因为在（20，21，22，23，24）回合中，连续5个回合的4K随机写入的IOPS振幅高于20%平均值，连续25回合都没有连续5个回合达标，则显示测试不通过。

▲25回合的读写速度变化，绿色为读取，红色为写入，速度单位 K IOPS。从这个图可以大致观摩到这块SSD每隔2个回合就会有一次高峰IOPS表现的回合出现，导致连续5个回合的4K随机写入的IOPS振幅高于20%平均值，这应该是其SLC Cache或者GC的激进机制的表现。作为一个消费级SSD，过不过企业级的PTS标准测试也没啥关系，但是从曲线中我们可以探究其原因，是盘真的很烂还是GC机制做的过于激进，前者的话没得救，后者的话，降低点速度让GC机制没那么激进就可以很轻松通过测试，很显然P41是后者！

▲25回合的温度变化，Sensor1为主控温度，Sensor2为NAND温度。

4.1.3 数据

下面我们来看下测试结果

▲IOPS稳态收敛图-QD32

显示相关变量如何试图收敛到稳定状态的过程，可以看得出，固件在玩命的拉4K IOPS，掉下去就给迅速拉上来，又掉继续接着拉，这种操作过于频繁了导致曲线的稳定性表现就会比较差。

▲IOPS稳定态验证图-QD32

显示直到([20，21，22，23，24]) 回合，窗口计量的IOPS分别是([61514, 81643, 46771, 66003, 77029]) ，均线的IOPS: 66592。这里需要说明的是，P41 2TB的4K随机写入性能参考均线的振幅超过了均值20%的虚线，所以这里判定25回合不能进入稳态。

▲IOPS测试2D图-QD32

▲IOPS测试3D图-QD32

通过IOPS测试之后，系统会执1次Secure Earse安全擦除，继续执行1次预处理（128K数据块持续写入双倍SSD容量），然后执行延迟测试（LAT）。

4.2 延迟测试（LAT）

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

预处理：128K持续写入双倍SSD容量

对于['8k'，'4k'，'512']数据块大小进行100%读，65%读35%写，100%写的随机读写测试，测量最大最小以及平均的延迟，60秒为一个回合（Round）

使用4K随机写入的平均延迟作为测试目标，写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率作为验证进入稳定态的标准

4.2.1 预处理

预处理的128K数据块大小持续写入双倍SSD容量这个过程和之前一样持续进行了近2.5小时。我通过NETDATA记录下这个过程并可视化展现。

▲预处理测试的数据块大小始终维持在128K。

▲预处理的阶段的写入速度变化，速度单位MB/s，最高点写入速度6460MB/s。

▲预处理阶段的SSD主控和NAND的温度变化，最高点温度：主控Sensor1为56.85度，NAND Sensor2为77度。

预处理的过程符合FOB--Transition--Steady State的速度过渡特征，较为平滑，无0值数据出现。

4.2.2 稳定态

▲上图是一个LAT测试中完整达到稳定态的多回合测试，绿色为读取，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间。可以看到一共有5回合，明显没有达到25回合，这是因为([0, 1, 2, 3, 4]) 回合中，连续5个回合的4K随机写入的IOPS振幅低于20%平均值，所以这里默认进入稳定态，测试通过。如果连续25回合都没有连续5个回合达标，则显示测试失败。在([0, 1, 2, 3, 4]) 回合进入稳定态是这个测试得最优解！

▲5回合的读写速度变化，绿色为读取，红色为写入，速度单位 K IOPS。

▲5回合的温度变化，Sensor1为主控温度，Sensor2为NAND温度。

4.2.3 数据

▲延迟稳定态收敛图-QD32显示相关变量如何收敛到稳定状态的过程

▲延迟稳定态确认图-QD32显示了4K随机写入过程中，在([0, 1, 2, 3, 4]) 回合达到了稳定态，窗口计量数值为([17.487967, 17.767742, 17.704678, 17.268237, 17.112289]) us。均线为17.4681826 us，耗费最少的回合，说明稳定性很好。

▲平均延迟在所有进程中的表现在0.08毫秒以内。对4K重度优化的痕迹非常明显。

▲最大延迟在所有进程中的表现在120毫秒以内。随机读以及混合读写部分是最大延迟控制的极好在18毫秒以内，随机写的部分最大延迟相对较高。且可以很直观看出固件对4K随机读写以及混合读写的重度优化，下手还是非常狠的，直接放弃512B和8K直接奔赴4K，很明显的主流消费级SSD的优化套路。

▲平均和最大延迟3D图-QD32以及汇总数据。

4.3 带宽测试（TP）

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

对于['1024k', '64k', '8k', '4k', '512']数据块大小进行持续读写60秒为一回合（Round)

使用1024K持续写入的吞吐量作为测试目标，写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率作为验证进入稳定态的标准

4.3.1 稳定态

▲上图是一个TP测试中完整达到稳定态的多回合测试，绿色为读取，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间。可以看到一共有25回合，这是因为并没有连续5个回合的1024K持续写入的IOPS振幅低于20%平均值，所以默认需要跑完25回合。

▲25回合的读写速度变化，绿色为读取，红色为写入，速度单位GB/s。

▲25回合的温度变化，Sensor1为主控温度，Sensor2为NAND温度。

4.3.2 数据

▲带宽稳态收敛图-QD32显示相关变量如何收敛到稳定状态的过程，这里可以看出1024K的持续写入曲线还是具备一定规律性的，0回合高值，1、2、3、4回合低值，5回合拉回高值，这就类似一个循环，6回合又开始这个循环，这就导致很难连续5回合有稳定一致的均值数据。

▲带宽稳定态验证图-QD32

显示直到([20，21，22，23，24]) 回合，窗口计量数值为([4319.200, 4265.554, 4267.855, 4260.942, 4264.659])MB/s，均线数值在 4275.642MB/s。。这里需要说明的是，P41 2TB的1024K持续写入性能参考均线的振幅超过了均值20%的虚线，所以这里判定25回合不能进入稳态。

▲读写带宽测试2D图-QD32

▲我们可以看到稳定态下持续读写各个数据块下的平均表现力。

4.4 写饱和度测试（WRITESAT）

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

执行4K随机写入1分钟为一回合（Round），写入4倍全盘容量或者24h，以先达到者为准

计算各个回合的平均IOPS（Avg IOPS）

4.4.1 稳定态

▲上图是一个WRITESAT测试中完整达到稳定态的多回合测试，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间。一共有64回合写满了全盘4倍容量。

▲64回合的读写速度变化，红色为写入，速度单位IOPS。

▲64回合的温度变化，Sensor1为主控温度，Sensor2为NAND温度。

4.4.2 数据

▲写饱和平均IOPS图-QD32

这个测试实际写入也就64回合写满4倍全盘容量，平均速度约在505000 IOPS，曲线很稳定几乎一条线

▲写饱和平均延迟图-QD32

测试跑在0.125毫秒附近以内一直到测试结束.

4.5 横向对比

没有对比就没有伤害，我们这次选用了几款SSD产品进行SNIA PTS测试后进行对比：

企业级组：

SKhynix PE8010 3.84TB U.2

无缓存消费级组：

Lexar NM760 1TB M.2

WD SN770 1TB M.2

有缓存消费级组：

Samsung 980Pro 1TB M.2

Plextor M10P 2TB M.2

▲IOPS测试环节综合来看，企业级SKhynix HFS3T8GECVX124N 3.84TB U.2有着无可比拟的优势，Samsung 980Pro 1TB M.2和SKhynix P41 2TB紧随其后，这个测试有缓存版本和无缓存版本差异较大。

▲LAT延迟测试环节，表现最好的是Samsung 980Pro 1TB M.2，SKhynix 自家的HFS3T8GECVX124N 3.84TB U.2以及 P41 2TB表现紧随其后，这三者和其他SSD拉开较大的差距。

▲TP带宽测试环节，SKhynix 自家的HFS3T8GECVX124N 3.84TB U.2以及 P41 2TB表现优异，Samsung 980Pro 1TB M.2表现紧随其后，Plextor M10P 2TB M.2读写都很平衡在这个测试里倒是异军突起。

▲WRITESAT写饱和度测试环节，容量不一样其实没法客观比较，完成测试的时间不能作为参考，要看纵坐标IOPS，SKhynix 自家的HFS3T8GECVX124N 3.84TB U.2以及 P41 2TB还有Samsung 980Pro 1TB M.2占据前三甲，其中SKhynix自家两个产品表现稳定，Samsung 980Pro 1TB M.2起伏较大稳定性略差，这三个盘和其他盘拉开了较大的差距。

这个测试中，SKhynix产品是可以和Samsung掰手腕的存在，和其他产品拉开较大的差距。很明显SKhynix是以Samsung为对标去调整性能的。

4.6 补充性内容

然后我们来看一下整个测试跑了多长时间？

▲跑完全程上个基于数据块大小的SNIA PTS全程图，可以看到横坐标一共跑了34小时！34小时里面有22个小时在跑IOPS，有24小时在跑写饱和度测试，

最后让我们分析一下这个盘在残酷的PTS验证压榨下的温度表现：

▲SNIA PTS测试全程的温度变化。可以看出75度是这个盘的温度阀，超过这个温度就会出发降速降温保护机制，虽然我跑这个盘温度触顶就那么几次，但是建议大家还是要使用主板自带的M.2盔甲或者购买散热片进行装护，确保这块SSD能发挥正常性能。

▲关于SLC Cache，128K QD32持续写入环节，发现四次SLC 峰值区域分别是295GB/236GB/165GB/89GB。

5 总结

主控缓存闪存统一品牌的产品世界上目前只有三家：Sumsang、Micron以及SK Hynix。这边让我对SK Hynix的产品非常的期待，到手测试完毕，说实话没让我失望，确实有世界巨头的风采，内涵满满：

1、SK Hynix P41上可以看到PE8010 固件的影子，只不过P41为了在消费级上做出成绩，在优化4K随机读写以及1M持续读写的时候下手有点狠，导致这两个指标的SNIA测试性能浮动较大。这是因为消费级为了定标，会以提升SLC状态下的MAX UP TO的最大性能为目标调整固件参数，导致在进行企业级产品评测稳定度的时候就会吃亏一些。

2、砸掉SLC Cache外壳后，P41 2TB 4K随机读写以及1M持续读写给我留下了非常深刻的印象，这种脱壳之后依然硬派的作风明显是有的放矢，对标Samsung而来。延迟也控制的非常优秀，就大陆市场而言，SLC Cache脱壳之后除了Samsung，在性能上少有能与SK Hynix Platinum P41匹敌的产品。

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