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    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

      [  中关村在线 原创  ]   作者:张伟
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    产品:950 PRO NVMe M.2(256GB) 三星 固态硬盘

    1SSD为什么快? 4KB读写速度很重要

        手机处理器近些年的高速增长,大有盖过桌面PC处理器的趋势,人们很自然的认为这是目前桌面性能过剩所致,从Sandy Bridge以来,除了处理器工艺从32nm进入到14nm,功耗得到下降,人们升级CPU的动力逐渐下降,主要原因莫过于疲乏的性能增长,于是乎性能过剩不仅是厂商用以麻痹用户的手段,而用户也会因为无性能瓶颈慢慢的接受了这样一种性能步入中低速增长的状态。

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

        从最初的SATA SSD,到PCI-Express SSD再到现在M.2 SSD,存储速度的性能发生了颠覆性的变化,可以用飞来形容,同时近些年来TLC闪存大面积应用,成本降低,不少SSD产品已经到了与HDD决一死战的时候。相对于传统HDD硬盘,SSD确实有极速读写性能、超低功耗省电、防震抗摔等特性,这些极其重要的特性戳中用户要害,才有了如今的繁华市场,当然SSD要想全面取代传统硬盘,还需要在价格上给到用户足够的实惠。

    ● SSD为什么快? 4KB读写速度很重要

        头顶高速光环,SSD自然是新装机用户的首选,因为一个“快”字,传统意义上用户对于存储速度“快”的理解不外乎持续读写速度,这在视频、图片等大文件传输时可以显著节约时间。不过如果你细想你使用SSD是为了每天读写这些大文件吗?实际却是Windows系统启动时间、游戏加载速度、应用程序内容加载时间等,实际上这些项目很大程度上是4KB小文件的读写。

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

    计算机存储以4KB作为区块大小

        我们知道在早期HDD时代就已经确立了4KB为基准的模块存储,SSD现在也沿用了4KB模块化存储,简而言之,存储设备内部是以4KB为区块进行数据存储。于是数据流就被分割成若干4KB模块,而不足4KB的数据则单独占用一个4KB存储模块。知道了4KB模块后,我们就可以很容易的明白,存储速度快就是4KB存储模块的填充进度的快慢,从这一个角度来看4KB持续和随机读写,基本是衡量存储模块的最重要指标了。无论是在系统启动还是应用程序运行状态,计算机都在繁忙的进行着数据的搬运工作,4KB持续和随机读写的快慢就直接导致了用户在这些体验上的偏差。

    产品:950 PRO NVMe M.2(256GB) 三星 固态硬盘

    2单/双/四核全模拟 测试平台方法介绍

        我们知道SSD的数据读写存储都需要调用CPU线程来完成,特别是大量4KB文件寻址、读写势必需要消耗不少的CPU资源,这样SSD的存储性能就和CPU的执行能力构成了对应关系,这一点很容易被我们忽视,因为我们被CPU性能过剩的假象所迷惑,不然数据服务器为什么会宕机,因为不堪重负。当然存储设备的快慢不仅仅与存储设备(SSD、HDD)有关,还与CPU有一定的关系,当然还有内存等因素。

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

    SSD性能旗舰三星950 PRO

        实际上因为CPU等性能引发的SSD性能差异我们已经见识,只是我们选择性的将其忽略。例如存储厂商发布的SSD产品,官方数据一般都非常漂亮,一方面这些数据都是在产品最优秀性能时测出的(全新产品),另外在性能测试过程中,厂商也会尽量用了高性能的测试平台,不让平台成为SSD性能发挥的瓶颈,比如说CPU的性能、主板的存储接口规格。

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

    主流SATA 6Gbps SSD浦科特M6V

        不过在实际测试过程中,特别是4K性能各个平台给出的数据都或多或少存在一定的差异,这就是测试平台差异造成的数据不同。

        本文在测试过程中为了尽量减少瓶颈,采用了Intel Z170主板和Intel Core i7-6700K的平台,测试中将分组关闭核心数量、降低核心频率研究CPU性能对SSD存储性能的影响,另外为了更为全面的分析不同SSD的差异表现,测试我们选择了一块常规SATA 6Gbps SSD浦科特M6V,和一块M.2 SSD旗舰三星950 PRO,容量均为256GB。

    测 试 平 台 软 硬 件 配 置
    核心配件
    CPUIntelCore i7-6700K
    主板MSI

    Z170A SLI PLUS

    显卡NVIDIAGTX 980 Ti
    内存Geil4GB DDR4-3400 x2
    硬盘Kingfast三星950 PRO 256GB/浦科特M6V 256GB
    电源AntecHCP-1200
    系统及驱动程序
    操作系统Microsoft Windows 8.1
    主板驱动Intel Chipset Device Driver
    显卡驱动

    NVIDIA GeForce 361.43 WHQL

    DirectX环境DirectX 11
    帧数监控

    Fraps 3.5.1 or Benchmark

        由于采用的Core i7-6700K处理器为四核心,测试分别为单核、双核、三核、四核模拟高中低端处理器,同时为分析处理器频率对SSD性能的影响,测试分别选取了4.5GHz、3.2GHz、1.6GHz和0.8GHz四组频率,而此时启用全部CPU核心--四核。

    产品:950 PRO NVMe M.2(256GB) 三星 固态硬盘

    3性能过剩?实测CPU对SSD性能影响

        上文介绍中,我们就介绍了SSD性能的重要评判标准--4K读写,下面我们将使用AS SSD Benchmark和CrystalDiskMark两款工具分别检验各种不同配置下SSD的性能表现。

    ● 基准测试工具量化CPU对SSD性能影响

        首先进行的AS SSD Benchmark测试,可以看出随着CPU频率的提升,SSD的4K读写性能逐渐提升,一直到超频后的4.5GHz,无论是SATA 6Gbps SSD还是M.2 SSD其4K读写性能均呈现持续上升趋势。

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

        接下来的CrystalDiskMark测试,SSD的性能表现基本和AS SSD Benchmark相似,随着CPU的频率提升,SSD的4KB读取和写入都得到了显著的提升。

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

        接下来我们再来分析下核心数量对SSD存储性能的影响,测试模式将CPU置于4.5GHz,分别在单核单线程、单核双线程、双核双线程、双核四线程、三核三线程、三核六线程、四核四线程、四核八线程条件下测试SSD的4K读写性能。

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

        AS SSD Benchmark测试,无论是CPU核心数量的增长还是线程数量的增长,搭配的SSD其4K读写性能都没有明显变化。

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

        接下来的CrystalDiskMark测试,SSD的性能表现同样和AS SSD Benchmark相似,CPU核心数量和线程数量的增加并未对SSD的读写性能造成影响。

    产品:950 PRO NVMe M.2(256GB) 三星 固态硬盘

    4多核无用 SSD读写性能只与频率有关

    ● 实测4KB小文件读写速率

        最后我们再来看看CPU频率对SSD读写4KB小文件的速率影响,测试仅以四核1.6GHz和4.5GHz两种配置成绩对比,并开启CPU超线程技术。为避免性能瓶颈,测试以浦科特M6V SATA 6Gbps SSD作为基准,与三星M.2 SSD 950 PRO互相拷贝4KB小文件,使用Fastcopy记录读写时间和读写速率。(测试文件包包含20000个4KB TXT文档)

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

    1.6GHz下SATA 6Gbps SSD平均读取速率

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

    4.5GHz下SATA 6Gbps SSD平均读取速率

        首先进行的SSD读取测试,CPU 1.6GHz频率下,平均读取速度为4.82MB/s,频率提升至4.5GHz后平均读取速率提升至13.6MB/s,性能提升幅度高达182%,相对应的CPU频率之间的差异为181%,基本一致。

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响

    1.6GHz下M6V SSD平均写入速率

    处理器性能过剩?探秘CPU对SSD性能影响
    4.5GHz下M6V SSD平均写入速率

        接下来的SSD写入测试,CPU 1.6GHz频率下,平均读取速度为4.36MB/s,频率提升至4.5GHz后平均读取速率提升至11.2MB/s,性能提升幅度高达157%,相对应的CPU频率之间的差异为181%,性能提升幅度与频率差异有一定差异。

    ● 最后的结论

      CPU--SSD性能依赖测试到此告一段落,单纯以SSD来论,CPU性能过剩结论过于草率,虽然目前CPU已经进入14nm时代,无论是性能和功耗都达到了新的高度,但从测试的数据可以看出,SSD 4K读写性能对CPU有严重的依赖,即使超频至4.5GHz的Core i7-6700K测试平台SSD依然保持着较高的读写增长速度,至于瓶颈在什么时候出现,目前的处理器恐怕都无法达到这样的单核性能。

        而对CPU核心、线程的依赖测试数据可以看出,目前SSD 4K读写性能与其并没有直接的关系,未来要想获得更好的数据存储体验,除了不断提升SSD性能,也请不要忽视CPU的性能以及多线程应用的开发。当然除了SSD本身、CPU规格,影响SSD性能发挥还有很多因素,如主板SATA控制器、CPU PCI-E控制器、内存频率时序等都会影响到SSD性能的发挥。

    ● 题外话

      文章到这里,不知道读者是否发现,在以往存储厂商新品发布后,我们总能发现各大媒体发布的SSD性能评测报告4K读写性能数据迥异,甚至判若两款产品,这主要由于产品测试的平台不同所导致,4K小文件的读写涉及到庞大的数据取址、读取和写入等操作,对于CPU自然提出了更高的要求,即使是SSD也只是提供了更快的数据通道形式,但是数据任务量并不会改变,所以测试平台不同就会造成数据的迥异。

    5三星950 PRO NVMe M.2详细参数

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