一款開源工具，正重塑企業級 SSD 測試范式

在企業級存儲領域，SSD（固態硬盤）的性能測試是產品交付前不可或缺的關鍵環節。然而，隨著AI時代的到來，數據量呈爆炸式增長，企業級SSD的容量正以驚人的速度攀升——從32TB到64TB，再到128TB、256TB，甚至更高。容量的激增帶來了一個令人頭疼的問題：傳統的SSD預處理方法正在成為整個測試流程中的"卡脖子"環節。

所謂預處理（Preconditioning），是指在對SSD進行性能測試之前，通過反復寫入和覆蓋數據，使SSD達到一種模擬真實使用情況的"穩態"（Steady State）。只有在這種狀態下，SSD的垃圾回收、磨損均衡等內部機制才會穩定運行，測試結果才能真實反映產品在實際應用中的性能表現。

傳統的預處理方法采用兩階段模式：首先進行全盤順序寫入以覆蓋所有邏輯地址，然后進行隨機寫入以重新分配SSD的預留空間（Over-Provisioning，OP）。對于容量在16TB以下的SSD，這種方法尚可接受。但當容量突破32TB、64TB乃至更高時，問題變得愈發嚴峻。

以一塊32TB容量的SSD為例，采用傳統方法進行預處理，耗時可能超過160小時——這意味著工程師需要等待近一周時間才能完成一次完整的測試準備。而對于64TB及以上容量的SSD，預處理時間更是可能長達數周之久。正如閃迪公司企業級SSD架構團隊的杰出工程師Steven Sprouse所言："在研發過程中，‘運行、報錯、修復’循環時間是一項重要指標。它決定了我們一天能運行多少次測試，并找出及修復問題。如今，常規的預處理耗時已達12小時，有時甚至需要24小時或更久，這意味著我們已無法在一天內完成一次完整的‘運行、報錯、修復’循環。"

這一"時間困局"不僅嚴重拖慢了SSD產品的研發和測試進度，更阻礙了大容量SSD在數據中心和云計算領域的快速部署。面對這一行業共性難題，閃迪（Sandisk）選擇了一條不同尋常的道路——推出一款開源工具SPRandom，將原本需要數天甚至數周的預處理時間壓縮至僅僅數小時。

SPRandom：偽隨機算法的突破性創新

SPRandom（Sandisk Pseudo-Random，閃迪偽隨機）是閃迪為解決大容量SSD預處理瓶頸而開發的一套一體化算法。它的核心創新在于采用偽隨機預處理模式，徹底顛覆了傳統的兩階段預處理方法。

從"多次覆蓋"到"單次穩態"的技術原理

SPRandom的工作原理可以概括為三個步驟：首先，根據SSD容量和預留空間（OP）數據，將SSD劃分為多個重疊區域，各區域的重疊部分與數學公式預估的該區域預留空間相對應；隨后，算法以偽隨機模式在這些預設區域內，對整塊SSD內的每個邏輯塊地址（LBA）執行單次寫入。

閃迪公司閃存產品市場及GTM部門高級總監Jeff Fochtman

閃迪公司閃存產品市場及GTM部門高級總監Jeff Fochtman在接受《電子工程專輯》采訪時解釋道："SPRandom首先會根據SSD容量和預留空間（OP），將SSD劃分為多個重疊區域。各區域的重疊部分與該區域預估的預留空間（OP）相對應。隨后，算法以偽隨機模式在這些預設的區域內，對整塊SSD內每個邏輯塊地址（LBA）執行單次寫入。通過這種方法，SPRandom實現了預處理的三大核心目標：覆蓋所有物理地址、強制SSD調用預留空間（OP），并在全盤單次寫入周期內實現穩態性能。"

展示SPRandom如何將SSD劃分為多個重疊區域，Y軸為Validity，X軸為Physical Capacity (Cumulative)，紅色虛線表示各區域的預留空間分布

帶來90%的時間節省

SPRandom帶來的效率提升是驚人的。根據閃迪的內部測試數據：

• 以32TB容量的SSD為例，預處理時間從超過160小時縮短至約6.2小時
• 64TB及以上容量的SSD，原本需要數周的時間，現在僅需數小時即可完成
• 整體預處理時間降低高達90%

對比SPRandom預處理（灰色點）與傳統隨機寫入工作負載（紅色點）的性能表現，X軸為時間，Y軸為IOPS

研發初衷源于實際痛點

SPRandom的誕生并非偶然，而是源于閃迪工程師對實際問題的深入洞察。Steven Sprouse在與同事探討預處理挑戰時，回想起十多年前，一位數學背景深厚的閃迪工程師曾推導出一個公式，描述了預處理后SSD內部預留空間的分配機制。十年前，Steven Sprouse與其他幾位工程師就已萌生運用該公式實現快速預處理的最初構想。然而由于當時SSD容量較小，預處理耗時仍相對較短，該方案并未被認為有迫切實施的必要。

時至當下，隨著市場對超大容量SSD的需求攀升，預處理時長驟然成為關鍵問題。正是這一"從瓶頸到突破"的過程，催生了SPRandom的誕生。

開源共享的行業生態思維

為什么選擇開源？

作為一家商業公司，閃迪選擇將SPRandom以開源形式推出，這一決策背后蘊含著深遠的戰略考量。Jeff Fochtman在接受采訪時表示："我們觀察到，隨著大容量企業級SSD使用規模擴大，客戶在預處理過程中普遍遭遇瓶頸。將SPRandom開源貢獻給行業生態系統后，可幫助消除廠商、制造商和終端用戶的關鍵障礙，有助于加速技術采用與部署進程，從而有效解決預處理過程所帶來的挑戰。通過這項開源項目，閃迪能夠幫助整個行業生態系統節省大量時間，并加快采用超高容量SSD，同時實現了測試的一致性和可重復性。"

開源內容與適配能力

據Jeff Fochtman介紹，SPRandom的開源包含兩個主要部分：

• 開源方法論本身，即公開SPRandom的工作原理，并與全球網絡存儲工業協會（SNIA）及開放計算項目（OCP）合作，使其他廠商能夠自主實現該方法
• 開源SPRandom算法代碼，并集成至上游測試工具Flexible I/O Tester（fio）

值得一提的是，SPRandom已作為一項完整集成功能在fio 3.41版本中提供。這意味著，任何使用fio進行SSD測試的工程師和研究人員，都可以直接使用SPRandom進行預處理，無需額外安裝或配置。

更重要的是，SPRandom具備可定制性，可適配于其他廠商的SSD產品。Jeff Fochtman指出："SPRandom具備可定制性，可適配于其他廠商的SSD產品，并已在fio 3.41版本中實現完整集成。閃迪已將方法論與算法代碼一并貢獻給開源生態系統，以推動其廣泛應用。"

后續規劃

對于SPRandom的后續發展，閃迪有著清晰的規劃。Jeff Fochtman表示："閃迪積極參與眾多行業標準組織，正致力于在行業內推動SPRandom的標準化，并持續維護其與fio的集成支持。鑒于SPRandom具備可定制性，我們希望先去了解需要進行大容量SSD測試的超大規模數據中心、SSD廠商以及終端用戶是如何利用此工具的。目前，我們暫無關于新版本或新增功能的相關信息以供分享。但是，對于該工具所帶來的效益，市場給出了積極的反饋。"

這種"先推廣、再迭代"的策略，體現了閃迪對開源社區和用戶需求的高度重視。通過讓市場充分使用并提供反饋，SPRandom將在實際應用中不斷演進和完善。

AI時代的存儲變革，凸顯SPRandom戰略價值

人工智能的快速發展正在深刻改變數據中心的存儲需求。大模型訓練、推理、高吞吐量數據處理等AI工作負載，對存儲系統提出了前所未有的要求：更高的容量、更低的延遲、更強的可靠性，以及更快的數據吞吐能力。

UltraQLC^TM平臺：256TB的里程碑

閃迪在FMS 2025上展出的256TB NVMe企業級SSD，正是應對AI時代存儲需求的代表性產品。這一里程碑式的容量突破得益于閃迪全新推出的企業級UltraQLC^TM技術平臺。該平臺通過整合BiCS8 QLC CBA NAND閃存技術、定制化控制器及先進系統調優，可提供非凡的存儲容量。

UltraQLC^TM平臺的核心創新包括：QLC直接寫入（Direct Write QLC）技術，通過在首次寫入時利用斷電保護安全機制，消除對SLC緩存的依賴；BiCS8 2Tb QLC晶粒，在保持晶粒尺寸緊湊的同時實現存儲密度翻倍；以及可擴展的多核控制器，確保在超高容量環境下實現高吞吐量與出色耐用性。

測試技術必須與時俱進

隨著SSD容量和性能的持續演進，測試技術也必須同步升級。Jeff Fochtman指出："如今存儲容量需求不斷攀升，預處理時間也隨之呈指數級增長。盡管SSD容量也在持續提升，但其最高寫入速度并未同步提高，進而導致預處理過程出現性能瓶頸，而這正是SPRandom工具著力解決的痛點。"

這種快速且可重復的穩態測試，對于AI及數據密集型工作負載尤為重要。當前，大容量企業級SSD正被廣泛用于支持模型訓練、推理及高吞吐量數據處理流程。SPRandom將原本需要數天甚至數周才能完成的SSD寫入和覆蓋過程縮短至數小時，即可使SSD達到穩定狀態。

可以說，SPRandom的推出恰逢其時。它不僅解決了當下的預處理瓶頸，更為未來更大容量、更高性能的SSD產品鋪平了道路。當256TB甚至更大容量的SSD成為主流時，SPRandom將成為確保這些產品能夠快速、高效地完成測試認證的關鍵工具。

結語 

SPRandom的推出，標志著企業級SSD測試領域迎來了一次范式級的變革。從傳統方法到偽隨機算法，從數周等待到數小時完成，從單一廠商工具到開源行業標準——SPRandom正在重新定義企業級SSD測試的邊界。

這一變革的意義遠不止于時間節省。畢竟，"水漲才能船高。"通過將SPRandom開源，閃迪正在推動整個行業向前發展。當市場需求旺盛的大容量SSD的預處理與測試流程得以簡化，SSD廠商與用戶將同時受益。

從更宏觀的視角來看，SPRandom代表了閃迪作為行業領導者的責任與擔當。閃迪的實踐表明，真正的領導力并非只著眼于獲取競爭優勢并守住既得成果，更在于提出創新理念，并以富有創造性的方式將其落地，為所有人拓展可能性的邊界。

"我們面臨著一系列能夠推動行業變革的重大機遇。鼓勵全公司各級員工都著眼于更廣闊的行業生態系統，思考我們在這片廣闊領域中的角色定位，這不僅對我們工程師而言是難得的機遇，對閃迪公司的長遠發展同樣意義重大。"Steven Sprouse的這番話，道出了閃迪推動SPRandom開源的深層邏輯。

展望未來，隨著PCIe 6.0甚至更高標準的到來，存儲帶寬正進一步逼近內存。SSD容量將持續向128TB、256TB甚至更大規模發展。在這一進程中，SPRandom所代表的快速、開放、標準化的測試方法，將成為推動行業持續進步的重要基石。