下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
上文中提到了根据PRD设计测试用例，这需要先对PRD进行分析，梳理出测试需求。
SSD的测试需求通常包括以下几个方面。
SSD的性能测试需要包括以下内容。
● 顺序读写 ：测试SSD在顺序读写操作下的最大传输速度。主机下发给SSD的BlockSize可以是128KB、1MB、4MB等多种块大小，Queue Depth一般设置为128。
● 随机读写 ：在BlockSize=4KB，Queue Depth=128的条件下，测试SSD的随机读写IOPS(Input/Output Operations Per Second)。IOPS表示每秒进行读写（IO）操作的次数。例如某款SSD的4KB随机写IOPS的结果为100k，表示该款SSD每秒可以处理100k（100 000）个4KB随机写操作。
● 混合读写 ：BlockSize=4KB，70%读、30%写，Queue Depth一般设置为128。
● IO时延 ：IO时延是指在进行输入/输出（IO）操作时，从发起一个IO请求到完成该IO请求所需的时间。这个时间包括多个部分，如数据传输时间、等待时间等。IO时延的长短直接影响到系统的整体性能，特别是在高负载或高并发场景下，过长的IO时延可能导致系统响应缓慢，影响用户体验和业务处理效率。SSD可以测试诸多不同场景下的IO时延，例如一款SSD即使顺序读写性能再好，但在单并发下（线程数为1，队列深度为1）随机IO时延过高，在一些场景下也会影响使用体验，引起客户可感知的卡顿。
● 稳态性能 ：SSD的稳态性能是衡量SSD在实际长期使用中能否持续提供高性能的关键指标。与初始的“开箱即用”性能相比，稳态性能更能反映SSD在实际使用中的长期表现。为了评估稳态性能，需要对SSD进行一系列严格的测试，包括长时间随机写入工作负载测试，以及在极端条件下的性能评估。这些测试有助于了解SSD在持续负载下的表现，从而为用户提供更准确的性能预期。
● 性能跑分 ：使用专门的跑分软件对SSD进行性能测试，例如AS SSD、PCMark、3DMark等。
企业级和消费级SSD用的测试工具有所区别，比如企业级性能测试不会用CDM（CrystalDiskMark）等商业软件，而大多以fio和Vdbench两款软件为主。
当然性能测试的内容不仅包括上述这些，这里仅是列举了一部分，目的是帮助读者理解。一些标准化组织也针对SSD性能测试给出了一些建议，比如SNIA，具体可以参考该组织网址www.snia.org。一些商业测试工具也参考SNIA的测试建议，在其测试工具中包含了覆盖SNIA要求的测试用例。
SSD的稳定性测试通常需要包括以下内容。
● 长时间连续写入测试 ：测试SSD在连续高负载写入下的稳定性，通常测试时间应该超过24h，至少保证SSD被写满两次以上。
● 长时间连续读取测试 ：测试SSD在连续高负载读取下的稳定性，同样也需要测试时间超过24h。
● 温度测试 ：测试SSD在高温和低温环境下的性能和稳定性表现，通常需要在高低温箱下进行测试。
● 压力测试 ：制造出大压力的测试场景，设计出“残暴”的测试用例，抓到那些大压力下才能暴露出的问题，间接验证了SSD产品的稳定性。
寿命的表达方法有下面两种：TBW和DWPD。
TBW表示在固态硬盘的整个使用寿命内，可以写入到硬盘的总字节数。SSD的容量、闪存类型（例如MLC、TLC、QLC等）、控制器质量、固件的质量及写入操作的数据模型都会影响到TBW。一般来说，大容量的SSD通常具有更高的TBW值。TBW既可以通过实测WA（Write Amplif ication，写放大）和所使用的NAND的PE寿命计算得到，也可以采用加速因子实测真实写入量得到。
DWPD是另一种SSD寿命的表达方式，例如某款消费级SSD的寿命为0.3 DWPD@5年，它表示的意思就是在每天整盘0.3次的写入量下使用寿命为5年。
上述两个指标是可以互相转换的，转换公式如下：
DWPD=TBW÷保修期天数÷盘片容量
在SSD测试的过程中，可以通过CrystalDiskInfo程序查看“主机总计写入”数值，通过该指标得到被测SSD的寿命使用情况，评估其健康度。
衡量SSD可靠性的指标主要包括下面几种。
UBER指标反映了SSD在读取过程中出现不可修复的数据错误的概率，即SSD的读取错误率。企业级SSD比消费级SSD在该指标上要领先一个数量级，目前厂家基本都可以做到10 -15 甚至更高，部分企业级SSD产品宣称可以达到10 -18 。影响UBER的因素包括NAND品质、主控的误码纠错能力（ECC、2K LDPC、4K LDPC）、固件质量等。目前主流的SSD大都采用LDPC（Low-Density Parity-Check Codes，低密度奇偶校验）纠错算法。LDPC码长是SSD主控的重要参数，它影响着主控的闪存纠错能力。在同等的原始错误比特率（RBER）下，4K LDPC的纠错成功概率相比2K LDPC大幅提升，这意味着使用4K LDPC纠错技术可以大大延长闪存的使用寿命，同时也推迟了SSD生命后期因闪存错误率上升而开始产生掉速的时间点。
RBER反映的是闪存的质量，所有闪存出厂时都有一个RBER指标，它是指在使用ECC纠错之前的比特误码比率，反映了NAND最原始的误码状态。企业级和消费级NAND的RBER是不同的，所以NAND出厂价格也相差较大。
MTBF是SSD行业最常用的可靠性或故障率量化指标，单位为小时。MTBF数学公式表示为：
MTBF=∑（设备此次失效时间点-设备上次恢复正常时间点）/失效总次数
公式中的失效时间是指上一次设备恢复正常状态起，到设备此次失效那一刻之间间隔的时间，MTBF可以用于预估SSD的耐久性。大多数面向消费者的SSD的MTBF约为100万小时以上，而工业级SSD则为200万小时，将其转换成年份，分别约为114年和228年。直接测试SSD的MTBF是否满足100万小时是不现实的。MTBF一般通过实验法测得，即在一定的工作负载下，使用一定数量的SSD在一定的温度下进行一定时长的测试，如果在此时间内所有SSD盘片都正常工作，则可以认为该款SSD满足MTBF指标。上述的工作负载、SSD数量、温度、时长该如何选取，可以参考标准文档JESD 218和JESD 219。
SSD一般使用商业RDT（Reliability Demonstration Test，可靠度验证测试）设备对MTBF指标进行验证测试。关于RDT设备，后文将有介绍。
λ 的定义：测试样品数量 n 在指定测试条件下运行时间 t ，产生失效样品数量 r ，则 λ = r /( n × t )。
针对电子产品，通常我们用FIT（Failure In Time）体现产品故障率，如1FIT代表运行1×10 9 小时出现1个失效设备。
例：4 000个测试SSD，同时持续运行了5 000个小时，最终发现有2个SSD发生故障，通过计算可以得知 λ =2/（4 000×5 000）=1×10 -7 。换算成FIT表达，即该款SSD的失效率为10 -7 ×10 9 =100FIT。
测试样品盘数量为 n ，在指定测试条件下运行1年，故障盘数量为 r ，则AFR= r / n 。
以上几种可靠性指标的转换关系如下：
MTBF=1/ λ
MTBF=1/( λ ×24×365)
AFR=365×24× λ =8 760/MTBF
MTBF和AFR的对应关系如表2-7所示。
表2-7 MTBF与AFR的对应关系
以上可靠性指标中，MTBF是综合性最强、使用得最多的指标。测试验证MTBF指标的方法包括实际验证法、加速寿命试验法等，具体可以参考标准文档JESD 218和JESD 219。
在不同测试环境下测试SSD的兼容性，常见的测试用例包括读写性能、正常下电、异常掉电、低功耗状态切换等。CPU、操作系统、PC品牌的不同构成了兼容性测试环境的差异，平台兼容性应该覆盖图2-5所示的几个角度。
图2-5 消费级SSD平台兼容性测试应该覆盖的几个角度
功耗测试主要关注以下几个指标。
● Peak功耗 ：在特定业务场景下的最大功耗值，比如消费级SSD空盘CDM顺序读一般是最大的功耗状态，测试时连续采集功耗值（比如1μs一个采集点），取最大值就是Peak功耗。
● 平均（Avg）功耗 ：在某个特定业务场景下（比如mp3播放、电影播放、idle等），连续测试一定时长（比如30min），测试时连续采集功耗值（比如1μs一个采集点），最后统计平均功耗。
● 功耗状态（Power State） ：在不同功耗状态下的功耗值，以PCIe SSD为例，包括工作状态PS0/1/2和非工作低功耗状态PS3/4下的功耗。
PCIe SSD采用NVMe协议，以PCIe Gen3为例，顺序读写性能都在3GB/s以上，在这样的高速读写过程中难免会遇到一个令人头疼的问题——发热。依据大量的数据测试表明，SSD最佳的工作温度是55℃左右，一般SSD的PRD中规定的工作温度范围在0～70℃。为了控制SSD工作时不超温，各大SSD厂商的产品中都引入了热节流（Thermal Throttling）功能。当SSD温度（综合考量主控温度和NAND温度）超过热节流设置的温度时，SSD主控就会通过降低性能来降低SSD的工作温度。
测试工程师要根据SSD产品的PRD中的热节流要求进行测试设计，比如热节流的某一档温度为80℃，预期达到该温度后SSD会主动降低性能，以降低SSD的工作温度。在测试设计时，可通过压力读写使SSD升到该温度，然后观察SSD是否如期进入热节流状态，从而验证该功能。
SSD的加密方式主要包括TCG OPAL、Pyrite、SM 2/3/4、SHA256、AES、RSA等。如果在PRD中指明了需要支持哪些加密方式，那么测试团队就需要准备对应的测试项目。还有一些安全认证测试，例如国密测试、TCG认证测试等，后续有章节会针对安全认证测试做相关介绍。
SSD工具测试的对象一般包括SMART工具、固件升级工具、调试Debug工具等。
SMART（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology），即自我监测分析与报告技术，通过该技术可以对设备的健康度状态进行查询和展示。SSD进入NVMe时代，SMART经过了重新设计，不同厂商针对SMART定义达成一致和规范，不再各自为政。可以通过NVMe-cli、AIDA64、CrystalDiskInfo等工具查询SSD的SMART信息。SMART包含的信息分为标准内容和厂家自定义内容，其中标准内容可以参考NVMe协议的要求。以NVMe 2.0c协议为例，可以参看协议文档中的Figure 207: SMART/Health Information Log Page。
客户及售后团队都可能会用到升级工具，用于升级固件。针对升级工具的测试需要包括下面的测试。
● 历史版本及所有容量与当前在测版本的升级功能测试。比如有A、B、C三个固件版本，C为最新版本，测试时需要覆盖版本A到版本C的升级，以及版本B到版本C的升级，且每个版本需要覆盖所有容量，例如512GB、1TB、2TB。由于不同容量的SSD在固件上可能会有差异，覆盖所有容量可以避免漏测。
● 采用压力测试，比如升级500次以上。
● 在不同操作系统、驱动程序和软件环境下的测试。
调试Debug工具主要提供给FAE和RMA分析人员使用，当SSD出现问题时，可以通过该工具分析问题，一般可以定位常见的问题。在测试这类工具时，可以给SSD注入一个故障，然后通过Debug工具分析得到结果，判定结果是否符合预期，以此方法验证工具的可用性。
SSD可以进行WHQL、IOL、PCI-SIG等认证。测试人员需要提前把要做的认证测试都罗列出来，准备好测试环境。对于需要委外的认证测试，需要搜集好如何送测等信息，并提前做好送测准备工作，最好是先自测，自测通过后再送测。
SATA、PCIe、NVMe等的协议一致性测试可以通过一系列商业工具完成，比如UNH-IOL、DriveMaster NT2/NT3、PyNVMe3等。
通过全面的SSD测试需求分析，将PRD中的功能特性分解为一条条测试需求。测试开发人员根据测试需求设计适合的测试用例，并开发成对应的测试脚本。测试执行人员负责执行测试用例，统计测试结果。通过测试结果判定该款SSD是否符合产品规格书PRD的所有要求，保证交付给客户的SSD品质。只有进行全面充分的测试才能使SSD产品在竞争激烈的市场竞争中占据优势。