深入浅出SSD测试：固态存储测试流程、方法与工具 阿伦 攻城狮 储鹤 胡波 大毛

SSD产品的快速增长和应用范围的不断扩大，对SSD产品本身的质量提出更高要求。再加上芯片国产化的大趋势，国内SSD测试的从业者越来越多，但是相关的图书却一直是空白。SSDFans（《深入浅出SSD》的作者组织）是目前国内最大的SSD技术分享社区，核心成员都是国内外SSD大厂的在职人员，他们长期分享与SSD相关的各种技术，测试是他们分享内容中的重要板块。本书由SSDFans社区核心成员联合SSD测试领域执笔，分享自己多年的测试工作经验。本书有可能成为这一领域的标杆之作。 

这是一本涵盖了基础知识、原理、工具、全流程（从产品立项到生命周期维护）测试管理方法、行业发展趋势、创新技术等所有从事SSD测试知识的专业指导书。这是继《深入浅出SSD》之后，由《深入浅出SSD》部分核心作者联合SSD测试专家撰写的又一部经典之作。本书延续了“深入浅出SSD”系列图书的行文风格，内容从浅入深，讲解透彻，目的是帮助读者快速建立SSD测试知识体系，可以独立针对SSD测试项目或者难题制定解决方案。本书不仅可以作为SSD测试入门书，还可以作为置于案头随时供查阅的工具书。 无论是存储方向的入门者、在校学生、爱好者，还是从事SSD及存储系统研发或测试工作的专业技术人员，都可以通过阅读本书获得想要的知识，提升自身能力，解决工作中的问题。 本书的主要内容如下。 SSD测试概述（第1章），介绍SSD和SSD测试相关的基础知识，包括什么是SSD测试、SSD测试的目的和重要性、对SSD测试从业者和团队的基本要求等重点内容。 SSD产品测试（第2~5章），首先基于立项、计划、设计与开发、执行、总结这几个阶段介绍SSD测试的主要工作内容及对应实现方法，然后分享SSD测试的分类以及不同类型测试的设计与实现方法，最后解读SSD的通用测试平台、测试软件和专业测试平台。 主控芯片测试（第6章），剖析用于主控芯片测试的主要软硬件平台，及在对应平台上进行主控芯片测试的方法。 闪存测试（第7章），深入分析闪存的失效模式，以及闪存测试的主要方法。 测试认证（第8章），完整解读业界主要的SSD认证测试项目，包括PCI-SIG、UNH-IOL、WHQL以及国内测试标准等。 仪器与设备（第9章），重点介绍用于SSD测试的仪器设备，包括RDT可靠性测试设备、协议分析仪等。

阿伦就职于国内存储企业，具有10余年SSD测试经验，对SSD的测试设计、开发和管理具有深入理解，主导或参与过多个大型项目的研发管理和实践工作。攻城狮《深入浅出SSD：固态存储核心技术、原理与实战》作者，SSDFans联合创始人，资深SSD研发和测试专家。储鹤毕业于东南大学，20年闪存行业的研发和测试经验，在Flash文件系统和SSD固件的开发方面经验尤其丰富。曾就职于Intel、美光等知名企业，均从事存储相关研发工作。近年来，聚焦于NVMe SSD测试工具的研发，并创立了GYTech公司。GYTech公司自主开发的PyNVMe3测试软件现已成为行业领先的解决方案，可为全球SSD生产商提供高效、可靠的测试平台和技术支持。胡波毕业于华中科技大学控制系，在固态存储行业从业近20年，现就职于Solidigm，从事企业级SSD相关工作，曾就职于美光、戴尔、联芸等，负责研发、PM、市场、销售、质量、AE/FAE等工作，涉及的产品有NAND、DRAM、SSD、UFS、控制器等。业余时间热衷写作和分享交流，希望为推动国内固态存储生态和技术发展贡献自己的力量。大毛国内某存储企业研发工程师，有10余年SSD、eMMC、UFS领域的固件开发及测试经验。对SSD产品的测试组织、质量管理、自动化工具等有较深入的理解和研究，目前仍活跃于测试一线。

目　　录赞誉推荐序一推荐序二推荐序三前言致谢第1章　SSD测试概览　11.1　SSD概述　11.1.1　SSD的基础知识　11.1.2　SSD的分类　51.1.3　SSD的发展趋势　61.2　SSD测试概览　101.2.1　SSD测试是什么　101.2.2　SSD测试的目的和重要性　111.2.3　SSD测试中的VU命令　121.2.4　SSD测试工程师的基本素养　141.2.5　测试团队的职能定位　191.2.6　SSD测试总结　22第2章　SSD测试流程　232.1　测试立项阶段　242.1.1　BRD　242.1.2　MRD　272.1.3　PRD　312.2　测试计划阶段　402.2.1　测试需求分析　402.2.2　测试资源的准备　452.3　测试设计与开发阶段　582.3.1　测试用例与脚本的区别　582.3.2　测试用例设计　602.3.3　测试标准制定　632.3.4　脚本开发　712.3.5　测试工具开发　712.3.6　测试驱动开发　732.3.7　测试自动化开发　742.4　测试执行阶段　742.4.1　测试平台搭建　752.4.2　测试用例执行　802.4.3　测试缺陷管理　802.5　测试总结阶段　822.5.1　测试结果评审　822.5.2　遗留问题的跟踪与闭环　86第3章　SSD测试管理　883.1　测试与固件的分工与合作　883.1.1　明确角色和责任　893.1.2　建立沟通机制　903.1.3　串讲与反串讲　923.1.4　测试标准意见一致　933.1.5　测试如何协同固件进行问题定位　933.1.6　客诉问题的处理　963.2　测试自动化　983.2.1　测试自动化的意义　983.2.2　测试平台管理　983.2.3　测试SSD盘片管理　1003.2.4　测试资源自动化调度　1013.2.5　测试问题单管理　1023.2.6　持续集成自动化　1033.3　生命周期维护管理　1053.3.1　常见RMA失效模式　1063.3.2　生命周期维护阶段的测试工作　107第4章　SSD测试分类、设计与实现　1094.1　SSD测试的分类　1094.1.1　SSD白盒测试与黑盒测试　1094.1.2　项目不同阶段的SSD测试　1094.1.3　按照测试内容分类　1124.2　SSD测试的设计与实现　1164.2.1　SSD协议符合性测试与认证测试　1164.2.2　SSD功能测试　1194.2.3　SSD上下电测试　1274.2.4　SSD性能测试　1294.2.5　SSD兼容性测试　1324.2.6　SSD压力测试　1334.2.7　SSD功耗测试　1354.2.8　SSD可靠性与数据保持测试　1364.3　SSD生产阶段的测试　1374.3.1　SSD生产阶段测试的内容　1374.3.2　SSD生产阶段测试的流程　1384.3.3　SSD生产阶段测试的监控　1394.3.4　SSD生产阶段测试的工具与平台　1414.3.5　SSD生产阶段测试与研发阶段测试的区别　1424.4　SSD导入阶段的测试　1434.4.1　消费级OEM SSD导入测试和厂商测试流程　1434.4.2　企业级SSD产品导入测试和厂商测试流程　1464.4.3　案例1：大普微R6100 PCIe5.0 x4企业级SSD导入部分测试　1514.4.4　案例2：江波龙企业级SSD厂商测试流程　1534.5　SSD测试中的注意事项　1584.5.1　针对SSD竞品的测试　1584.5.2　SSD测试的核心：数据正确性　1594.5.3　SSD测试的管理　1604.6　SSD产品评测　1614.7　案例：长江存储消费级PC41Q PCIe 4.0 x4 QLC SSD　1634.7.1　X3-6070 QLC NAND　1644.7.2　PC41Q PCIe 4.0 x4 QLC SSD　1654.7.3　日常PC使用的存储负载分析　170第5章　SSD测试工具和平台　1715.1　测试的硬件平台　1715.2　SSD测试软件　1725.2.1　CrystalDiskMark　1735.2.2　f?io　1755.2.3　PyNVMe3　1795.2.4　测试软件对比　1815.3　专业测试平台　1825.3.1　研发测试和产品检测　1825.3.2　研发测试的需求　1835.3.3　测试平台介绍　1855.3.4　专业测试平台的设计　1875.4　PyNVMe3脚本开发　1915.4.1　平台介绍　1915.4.2　类和方法概述　1955.4.3　驱动的特性　1995.4.4　实例解析　204第6章　主控芯片验证　2216.1　主控芯片验证概述　2216.2　硅前验证　2236.2.1　FPGA原型验证　2246.2.2　Emulator仿真加速器　2266.2.3　硬件/软件联合仿真　2276.3　硅后验证　2286.3.1　PVT测试　2286.3.2　PCIe接口验证　2306.3.3　闪存接口验证　2366.3.4　LDPC解码能力验证　2406.3.5　DDR验证　2436.3.6　电源轨及功耗验证　2466.4　DFT与ATE　2486.4.1　DFT　2486.4.2　ATE　252第7章　闪存及其测试　2547.1　闪存概述　2547.1.1　闪存组织结构　2547.1.2　3D闪存未来发展之路　2597.1.3　3D闪存发展的未来挑战　2647.2　闪存失效模式　2667.2.1　用户使用角度的闪存失效模式　2667.2.2　内部角度的闪存失效模式　2677.3　闪存测试　2707.3.1　闪存芯片测试流程　2717.3.2　闪存品质测试　2757.3.3　闪存导入测试　2827.3.4　闪存性能测试　2907.3.5　闪存功耗测试　290第8章　SSD相关测试认证　2928.1　PCI-SIG合规性测试　2928.1.1　物理层测试　2938.1.2　协议测试　2968.1.3　互操作测试　2988.2　UNH-IOL的NVMe认证测试　2998.3　WHQL测试与认证　3008.3.1　WHCK与WHLK　3008.3.2　WHLK测试平台架构　3028.3.3　WHLK部署方案　3028.3.4　WHLK搭建测试环境的步骤　3038.4　雅典娜测试与认证　3098.4.1　雅典娜计划　3098.4.2　关键测试指标　3108.4.3　RVP测试平台　3108.4.4　测试内容举例　3118.5　Chromebook测试与认证　3128.6　国密认证　3128.6.1　认证依据　3128.6.2　认证模式　3138.6.3　认证单元划分　3138.6.4　认证实施　3138.6.5　认证时限　3168.6.6　认证证书　3168.7　国内SSD测试标准　3178.7.1　国家标准——GB/T 36355—2018　3178.7.2　行业标准　318第9章　SSD测试仪器与设备　3229.1　SSD RDT可靠性测试设备　3229.1.1　SSD RDT可靠性测试内容　3239.1.2　全球SSD RDT可靠性设备行业标杆——爱德万MPT3000EV2　3259.1.3　国产SSD RDT可靠性设备标杆——德伽G6508P　3299.1.4　SSD RDT可靠性测试设备——鸾起Phoenix系列　3389.2　SSD研发测试设备　3399.3　PCIe协议分析仪和训练器　3449.3.1　PCIe协议分析仪和训练器的功能　3449.3.2　力科PCIe协议分析仪和训练器　3459.4　误码仪和示波器等高速设备　3489.5　功耗电源测试设备　349

Preface 前　　言自癸卯年（2023年）八月《深入浅出SSD》第2版出版后，许多存储行业的朋友反馈：第2版的内容很好，为学习SSD存储提供了很大的帮助，行业内的新人和工程师几乎人手一本。作为中文版图书，《深入浅出SSD》第2版像第1版一样，继续推动着国内SSD存储技术的普及和行业的发展。对此笔者深感欣慰！笔者从事SSD相关工作18年有余。时光荏苒，自1984年东芝的舛冈富士雄先生发明闪存至今已有40多年了。谁也没想到，如今闪存行业已发展为全球每年六七百亿美元产值的产业，并取代磁存储成为实现快存储的主要器件。在这个过程中，以闪存为核心存储器件的SSD功不可没。闪存及SSD能屹立潮头，凭借的是不断增加的存储密度、不断迭代提升的产品可靠性、不断跟随应用需求变化而变化的产品特性及唯快不破的极致性能等优势。如今在国内产业链上，有提供闪存的原厂，有提供越来越好的消费级和企业级控制器的厂商，有能整合上下游资源为消费者提供各类型SSD产品的多家模组上市公司，有大量质优价廉的制造加工和封装测试企业，以及大量优秀的存储工程师队伍。版图已形成，产业发展进入快车道，剩下的就是各行各业做好产品、服务好国内外客户，争取在即将到来的每年千亿美元闪存产业蛋糕中分得更大的一块。我们能做点什么？为SSD产业生态发展分享专业技术，对国内存储产品及相关企业进行宣传，为工程师提供技术咨询……这正是我们撰写“深入浅出SSD”系列书籍的原动力。一款SSD产品的量产，无论是消费级还是企业级，都离不开主控芯片、固件、闪存等，如何把这些SSD器件集成在一起并顺畅工作？这就会涉及SSD硬件和固件的开发与测试。产品开发的内容，比如固件开发、闪存使用等，在《深入浅出SSD》中已有大量介绍，但是其中对测试的介绍很少。测试是保障SSD产品质量的基础，是SSD产品研发和量产环节中必不可少的一项支持性技术。测试是“隐藏的产品力”。SSD质量要想由测试充分保障，就需要完善、全面的测试方法和流程，因为只有这样才能在出厂前挖出SSD一个又一个的缺陷。SSD测试按照研发阶段可以分为研发测试、系统兼容性测试、可靠性测试和量产测试等，测试对象包括SSD上的所有硬件组件和固件。各个阶段的测试又需要不同的测试工具、平台和方法的支持。测试所涉内容纷繁复杂又各不相同，所以有一本书能系统梳理和介绍各类SSD测试技术就显得非常有必要了。综上，撰写一本专门介绍SSD测试的书正当其时。于是，撰写《深入浅出SSD测试》的想法诞生了，这本书将成为“深入浅出SSD”系列书籍的一块拼图。为了完成本书，笔者抱着试试看的心态，找到资深测试大咖攻城狮、大毛、储鹤（Crane）和阿伦（Alan），并详细介绍了自己的想法，或许是点燃了大家多年积压的激情，我们一拍即合。说干就干，于是本书的写作正式开工了。本书几乎覆盖了SSD测试的各个模块，既可以作为一本SSD入门书籍进行阅读，也可以作为SSD测试专业技术书籍进行阅读，特别适合SSD研发及存储系统研发企业的员工、存储方向的在校学生，以及其他对SSD感兴趣的人阅读。本书不仅可以帮助读者快速建立SSD测试知识体系，还可以在需要的时候作为工具书供查阅。本书涵盖SSD测试概览（第1章）、SSD产品测试（第2~5章）、主控芯片测试（第6章）、闪存测试（第7章）、测试认证（第8章）、仪器与设备（第9章）等与SSD测试相关的各个方面。SSD测试概述，简要介绍了SSD和SSD测试相关的基础知识，包括什么是SSD测试、SSD测试的目的和重要性、对SSD测试从业者和团队的基本要求等重点内容。SSD产品测试，首先分别基于立项、计划、设计与开发、执行、总结这几个阶段介绍了SSD测试的主要工作内容及对应实现方法，然后介绍了测试管理相关内容，接着介绍了SSD测试的分类及不同类型测试的设计与实现方法，最后介绍了SSD的通用测试平台、测试软件和专用测试平台。主控芯片测试，总体介绍了用于主控芯片测试的主要软硬件平台，以及在对应平台上进行主控芯片测试的方法。闪存测试，重点介绍了闪存的失效模式，以及闪存测试的主要方法。测试认证，介绍了业界主要SSD认证测试项目，包括PCI-SIG、UNH-IOL、WHQL及国内测试标准等。仪器与设备，重点介绍了几种用于SSD测试的仪器设备，包括RDT可靠性测试设备、协议分析仪等。为了保证本书的高质量，我们在内容和表达两个方面都进行了严格打磨（字斟句酌），为此我们开了无数次周会进行讨论，甚至对部分内容进行过大面积重写。目的就是希望本书能给读者带来良好的阅读体验和满满的收获。当然，我们的水平毕竟是有限的，再加上时间仓促，书中难免会出现一些错误或者不准确的地方，恳请读者批评指正，你可通过微信号（bobhu002）或邮箱（[email protected]）随时与我们进行交流。胡波写于上海致　　谢 Acknowledgements常言道“独行快，众行远”，对应到写作上就是“孤笔滞，友砚畅”。各位作者难免有知识的盲区，所以在写作过程中曾向多位亲朋好友求助，也得到了多位好友的主动帮忙，在此向大家表示感谢。借此机会，首先要特别感谢Solidigm的王毅、美光的邹文锋、德明利的田鹏飞、德伽存储的周斌（排名不分先后）一直以来对本书的支持。他们为本书提供了宝贵的参考材料和修改建议。王毅给本书提供了企业级SSD测试的专业知识和建议；邹文锋和田鹏飞审阅了闪存测试相关的内容，并提供了专业的修改和补充建议；周斌在SSD可靠性测试方面提供了帮助。在他们的帮助下，本书内容更加丰富和专业了。感谢长江存储、江波龙、德伽存储、SANBlaze、Quarch、大普微、PyNVMe、至誉科技、鸾起科技、LeCory、晶存阵列（排名不分先后）为本书提供的经典测试案例、专业测试方法、典型产品测试介绍及必不可少的测试设备介绍，这些极大地丰富了本书内容。最后要隆重感谢正在阅读本书的你，有了作为读者的你的支持，我们才有了不断创作与分享的激情，才有了本书顺利面市的基础！