Solid State Drives (SDD): Testsystem und Methodik

Benchmarks

AS SSD Benchmark

Der weit verbreitete Benchmark vom Entwickler Alexej Schepeljanski bietet unter anderem synthetische Tests der Lese- und Schreibleistung. Ermittelt wird abwechselnd das sequenzielle Lesen und Schreiben einer 1 Gigabyte großen Datei, das wahlfreie Lesen und Schreiben kleiner 4K-Blöcke sowie die Zugriffszeit beim Lesen (gesamte SSD) und Schreiben (1-GB-Testdatei). Die verwendeten Daten sind für die SSD nicht komprimierbar.

Der „4K_64Thrd“ zeigt auf, wie gut die SSD mit zufälligen Zugriffen mit einer Größe von 4 KB umgehen kann, wenn sie mit einer Warteschlange von 64 Befehlen beziehungsweise Anfragen von der CPU konfrontiert wird. Hierbei spielt „Native Command Queuing“ (NCQ) eine zentrale Rolle, da damit die eigentlich zufällig über den Speicher verteilten Zugriffe per Software optimiert werden, um einen maximalen Durchsatz zu ermöglichen. Dies wird durch eine Überprüfung und Neuordnung der Befehlskette erreicht.

Allerdings ist eine Warteschlange von 64 Befehlen bei einer SSD in einem Konsumenten-PC ein unrealistisch hoher Wert ist. In der Regel liegt die Länge der Warteschlange zwischen 0 und 10, da aktuelle SSDs die Anfragen von der CPU sehr schnell abarbeiten können.

Iometer

Der vielseitige Benchmark wurde ursprünglich von Intel entwickelt. Das Unternehmen gab das Projekt 2001 in die Hände des Open Source Development Lab (OSDL). Seit 2003 wird das Programm von Einzelpersonen weiterentwickelt.

Der Fokus des Iometer liegt auf Messungen von Ein- und Ausgabeoperationen, die in der Einheit IOPS gemessen werden. Es lassen sich aber auch Lese- und Schreibraten oder die jeweilige CPU-Auslastung messen. Parameter wie Dateigröße, ausstehende I/Os, wahlfreier oder sequenzieller Lese-/Schreibzugriff und Testdauer lassen sich individuell einstellen. ComputerBase dient Iometer zum Befüllen des Laufwerks mit Daten (Pre-Conditioning), dem Ermitteln der sequenziellen Transferraten, der Erfassung der Leistungsaufnahme beim Lesen und Schreiben sowie dem abschließenden „Worst Case“-Szenario zur anschließenden Ermittlung der Leistung nach starker Nutzung.

Für den Test der sequenziellen Transferraten setzt ComputerBase eine für private Desktop-Systeme übliche Warteschlangentiefe von drei ausstehenden Befehlen (I/Os), eine Dateigröße von 128 KB sowie die Einstellung „Full Random“ein, womit die Daten nur geringfügig komprimierbar sind. Bei SSDs, die eine Datenkompression nutzen (aktuelle Modelle mit SandForce-Controller von LSI) testet ComputerBase zusätzlich in der Einstellung „Repeating Bytes“, um den Effekt sichtbar zu machen.

PCMark 8 Storage

Im Gegensatz zu AS SSD und Iometer handelt es sich beim „Storage“-Test des PCMark 8 von Futuremark nicht um einen synthetischen Benchmark, sondern um einen sogenannten „Trace-Benchmark“. Dabei kommen Programmdaten echter Anwendungen aus Adobes Creative Suite, Microsofts Office sowie den Spielen Battlefield 3 und World of Warcraft zum Einsatz. Dadurch werden typische Nutzungsszenarien im realen Einsatz „zurückverfolgt“ (engl.: to trace), womit die Tests näher an der Praxis liegen.

Die Dauer der einzelnen Anwendungstests wird in Sekunden und der Transferdurchsatz in Megabyte pro Sekunde ausgegeben. Zusammenfassend wird eine Gesamtpunktzahl ermittelt. Die einzelnen Testabschnitte werden vom Benchmark jeweils dreimal durchgeführt, wobei das Durchschnittsergebnis in die Endwertung einfließt.

PCMark 8 Consistency

Futuremarks PCMark 8 bietet neben dem Standard-Storage-Test auch erweiterte Testoptionen. Dazu gehört der sogenannte Consistency Test (PDF-Anleitung), bei dem die Leistungsbeständigkeit nach hoher Belastung über einen längeren Zeitraum ermittelt wird. Als Basis für die Testergebnisse dienen auch hier die Trace-Tests mit Anwendungsdaten aus den Bereichen Spiele, Bildbearbeitung und Office. Allerdings wird die SSD zusätzlich in mehreren Durchläufen mit Daten beschrieben. Erst am Ende jedes Durchlaufs werden dann die Ergebnisse der Trace-Benchmarks ermittelt. Der Consistency Test beginnt zunächst mit einem Pre-Conditioning, bei dem das gesamte Laufwerk zweifach vollständig mit Daten gefüllt wird. Das zweite Beschreiben dient dazu, auch den vom Over-Provisioning reservierten Speicherbereich, die Spare Area, mit einzubeziehen. Anschließend folgen acht Degenerationsphasen mit dem Ziel, den sogenannten Steady State zu erreichen, bei dem sich die Leistung auf einem Niveau einpendelt. Auf die Degenerationsphasen folgen fünf Steady-State-Phasen.

Nach der durchgehend enormen Belastung beginnen die Erholungsphasen zunächst jeweils mit einer Leerlaufphase von fünf Minuten und einer anschließenden Durchführung der Trace-Benchmarks. Der durchschnittliche Datendurchsatz der einzelnen Phasen lässt sich in einem Liniendiagramm übersichtlich darstellen, sodass die Leistungsentwicklung erkenntlich wird. Die höchste Leistung wird stets in den Erholungsphasen erzielt, die dem Status einer ungenutzten SSD am nächsten kommen. In den restlichen Phasen mit zuvor hoher Schreiblast ist die Leistung zumeist deutlich niedriger. Anhand des Linienverlaufs lässt sich eine Aussage zur Beständigkeit der Durchsatzraten treffen.

Es ist zu bemerken, dass der Consistency Test aufgrund der enormen Datenmengen sehr langwierig (bis zu 24 Stunden) ausfällt und die SSD deutlich mehr belastet, als eine alltägliche Nutzung im Privatbereich, weshalb die Ergebnisse vor allem für (professionelle) Nutzer mit dauerhaft hoher Belastung von Relevanz sind.

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