再谈3D XPoint：延时、QoS与队列深度
由于在上一篇《Optane P4800X比闪存写快3倍，杀手应用在哪里？》中我有遗漏的要点，并且周末时间有限分析得不够透彻，故有必要就Optane SSD的延时再写点东西。
之前我只讲了Optane P4800X的典型读/写延时小于10μs，这里的“typical”具体是指什么条件我会在下文中解释。
而这次要谈的是QoS延时——4KB（KiB，4096字节）块大小、队列深度（QD）16、99.999%的读/写IO延时不超过150/200μs。我们知道最小延时看看就好，那么除了平均延时之外，按照目前的行业惯例，在一定QoS范围内的延时比最大值更有实际意义。
这个0.15/0.2ms（换算得来）比NAND闪存SSD的优势有多大呢？我们先来看看另一款产品的性能规格。
与希捷硬盘重名的WD Skyhawk SSD
前不久，被西部数据收购的SanDisk发布了一个名为Skyhawk的低端系列企业级PCIe SSD，这一点从它的带宽、IOPS性能上也能看出来。与大多数SSD标注最低延时不同的是，它列出的是4KiB、QD32下的平均读写延时。由于企业存储应用中SSD面对的多是并发访问，个人感觉高队列深度下的延时应该比QD=1那些“漂亮”数字参考价值更大。
根据电梯算法原理，从HDD硬盘时代起就有通过增加队列深度来提高IOPS性能的方法，代价就是延时成反比翻倍提高。SSD在也有类似的情况，后面我会给大家列出一些资料来参考。
具体到上面的数字，我们看到Skyhawk中表现最好的Ultra 1600GB读/写延时为125/351μs，注意这是平均值。如果QoS延时肯定还要高很多，所以不适合与Optane P4800X直接对比，下文中我还会列出Intel P3700的更多参数。另外我还注意到，调大OP（超量分配）之后的Ultra系列SSD延时表现比Standard更好；至于小容量点表现较好是不是因为SSD控制器的通道数不够多啊？
扯点题外话，Skyhawk让我想起去年希捷发布过一个监控硬盘也叫这名字。当然WD不是故意去碰这个瓷，因为早先他们收购过一家闪存系统厂商Skyera，Skyhawk曾经是这公司旗下的产品，也可能注册过商标重新拿出来利用吧。
而希捷的那个Skyhawk监控硬盘，我想起接近20年前，曾经有一个低端系列的5400转SCSI硬盘——捷鹰（Hawk）。当时还没推出ATA版本的7200转Barracuda（酷鱼）定位就比它高。
在网上搜了一下怀旧照片，希捷捷鹰（Hawk）HDD并不全是像上面这样的“厚盘”，也有1英寸半高的型号。而在我的记忆中只剩下盘贴上那只老鹰，还有中关村电子世界二楼伟仕公司（当年希捷硬盘总代）柜台写出的宣传牌了。
3D XPoint vs. 闪存SSD延时对比分析
前一篇中说过Intel SSD标称的20μs延时是顺序读写，随机访问的读/写延时为115/25μs，显然写I/O还是进入了DRAM缓存里。
所谓“典型”测试的条件就是4KB传输大小、队列深度=1；并且应该是FOB（开箱）性能，这个压力没有使SSD的闪存达到“稳态”。
相比之下，Optane P4800X小于10μs的延时没有标注顺序还是随机，暂且按照后者来看吧。Intel曾经宣传过“3D XPoint在很低的队列深度下就能达到接近峰值性能”（详见《从技术到应用：揭开3D XPoint Memory迷雾》一文），那么QD=1的延时比Flash闪存低10倍也是正常的。
注：上表的测试条件包括4KB随机工作负载，整盘测试范围（full LBA）和SSD达到稳态性能等。
在Intel现有数据中心SSD的资料中，我只找到了99%和99.99%两种QoS，以及QD=1、QD=128的延时数字。与Optane P4800X的QoS对比用99.9%那组相对还接近一些吧。
同时我发现P3700 NVMe SSD在QoS 99%时的写延时比较典型，怎么讲呢？就是0.09和11ms这两个数值恰好与队列深度的倍数十分接近，这样我是否可以推算出QD=16时的延时为1.44ms（0.09x16）左右呢？如果可行的话，OptaneP4800X在QoS 99.999%的写延时也要比它好7倍还多。
P3700 QoS 99.99% QD=1的写延时为2ms，在这种不对等的比较中，3D XPoint做为吃亏的一方仍然领先闪存十倍。
P3700 QoS 99.99% QD=16的读延时，如果不出意外应该在4-5ms之间，Optane P4800X要胜出几十倍了。
在Tom's Hardware网站上公布的450GB SSD（Intel DC P3520）QD16的99.99%读/写延时在1.976/6.752 ms以内，与我在上面分析的依据基本相符。由于目前看到的公开数据有限，讨论不够严谨之处还望大家谅解！
参考
《Intel's 3D XPoint-Powered Optane DC P4800X 'Cold Stream' NVMe SSDLeaks》
http://www.tomshardware.co.uk/wire-protocol-implementation-security-audit,news-54826.html
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