Recenze HGST Ultrastar SN100 Series AIC NVMe SSD disku

by Laboratoř StorageReview Enterprise on December 21, 2015

Enterprise ◇ SSD

Řada podnikových SSD disků Ultrastar SN100 je prvním krokem společnosti HGST v oblasti disků NVMe, přičemž jejich předchozí práce se zaměřovala na rozhraní SAS. Rodina disků je rozdělena do dvou kategorií, SN100 označuje 2.5″ formát a SN150 označuje formát přídavné karty (AIC) poloviční výšky a poloviční délky. V obou tvarech jsou disky navrženy tak, aby splňovaly nejnáročnější pracovní úlohy s důrazem na cloud, hyperscale a podnikové aplikace. Řada SN100 se dodává v kapacitách až 3.2 TB a nabízí propustnost čtení až 3 GB/s (sekvence 128 kB) a náhodné čtení a zápis IOPS 743 000, respektive 140 000.

Disky SN150 AIC jsou k dispozici v kapacitách 1.6 TB a 3.2 TB, přičemž 2.5″ provedení přidává kapacitu 800 GB. Všechny disky staví na dlouhé historii společnosti HGST v oblasti dodávek kvalitních podnikových flash řešení a zahrnují podporu bootování UEFI, pokročilou správu napájení a spolehlivost podnikové úrovně díky funkcím, jako je RAID s vědomím paměti flash, komplexní ochrana datových cest, pokročilá ochrana ECC a ochrana proti výpadku napájení. Disky mají pětiletou záruku a dosahují životnosti tři zápisy denně.

Naše recenzovaná jednotka je SN150 AIC s kapacitou 3.2 TB.

Specifikace NVMe SSD disku HGST Ultrastar SN100

Rozhraní: PCIe 3.0 x4
Faktor tvaru:
- Přídavná karta HH-HL
- 2.5palcový disk SFF
Kapacity (GB):
- 3200 / 1600 (AIC)
- 800 (2.5 palce)
Výkon
- Propustnost čtení (max. MB/s, sekvenční 128k): 3000
- Propustnost zápisu (max. MB/s, sekvenční 128k): 1600
- Čtení IOPS (max. IOPS, náhodně 4k): 385 000
- Zápis IOPS (max. IOPS, náhodně 4k): 75 000
- Smíšené IOPS (70/30 R/W, náhodné 4k): 310 000
- Čtení IOPS (max. IOPS, náhodně 8k): 385 000
- Zápis IOPS (max. IOPS, náhodně 8k): 75 000
- Latence 512B (µs): 20
Spolehlivost
- MTBF (milion hodin): 2
- Roční míra poruchovosti (AFR): 0.44 %
- Výdrž: 3 DW/D
Spotřeba energie (aktivní/nečinný): 25 W / 8 W
Provozní teplota: 0° až 55°C
Neprovozní teplota: -40° až 70°C
Průtok vzduchu (LFM): 300
Záruka: 5 let

Navrhněte a postavte

HGST Ultrastar SN150 má poloviční výšku a poloviční délku v provedení PCIe x4. Samotná karta nenese žádné označení a na přední straně neobsahuje žádné informace o disku.

Chladič pokrývá většinu disku; díky této konstrukci je veškeré teplo generované kartou odváděno nucenou konvekcí. HGST znamená, že proudění vzduchu by mělo směřovat ke konci karty u držáku. SN150 má navíc několik integrovaných teplotních senzorů, které monitorují kritické komponenty disku. Pokud je zjištěn problém, spustí se systém tepelného škrcení, aby se zabránilo poškození v důsledku přehřátí.

Rozhraní PCIe 3.0 x4 se nachází podél spodní části desky SN150 AIC.

Na opačné straně chladiče vidíme pod nálepkou s informacemi o zařízení čtyři pouzdra NAND, z nichž každé využívá technologii A19nm eMLC NAND. Dále vidíme paměť Micron DRAM.

Testovací pozadí a srovnatelné materiály

Testovací laboratoř StorageReview Enterprise Test Lab nabízí flexibilní architekturu pro provádění benchmarků podnikových úložných zařízení v prostředí srovnatelném s tím, s čím se administrátoři setkávají v reálných nasazeních. Testovací laboratoř Enterprise Test Lab zahrnuje řadu serverů, sítí, napájecích systémů a další síťové infrastruktury, která umožňuje našim zaměstnancům nastavit reálné podmínky pro přesné měření výkonu během našich kontrol.

Tyto podrobnosti o laboratorním prostředí a protokolech začleňujeme do recenzí, aby IT profesionálové a osoby zodpovědné za pořízení úložišť mohly pochopit podmínky, za kterých jsme dosáhli následujících výsledků. Žádná z našich recenzí není placena ani dohlížena výrobcem zařízení, které testujeme. Další podrobnosti o testovací laboratoři StorageReview Enterprise a přehled jejích síťových možností jsou k dispozici na příslušných stránkách.

Testovali jsme HGST SN100 a porovnávali ho s následujícími dalšími SSD disky AIC NVMe:

Memblaze PBlaze4 3.2 TB
Intel DC P3608 1.6 TB
Huawei ES3000v2 3.2 TB
Huawei ES3000v1 1.6 TB

Analýza pracovní zátěže aplikací

Abychom pochopili výkonnostní charakteristiky podnikových úložných zařízení, je nezbytné modelovat infrastrukturu a aplikační zátěže v živých produkčních prostředích. Našimi prvními benchmarky pro HGST Ultrastar SN100 jsou proto výkon MySQL OLTP pomocí SysBench a výkon Microsoft SQL Server OLTP se simulovanou zátěží TCP-C. Pro naše aplikační zátěže bude každý disk provozovat 2–4 identicky nakonfigurované virtuální počítače.

Testovací protokol Microsoft SQL Server OLTP od StorageReview využívá aktuální návrh benchmarku Transaction Processing Performance Council Benchmark C (TPC-C), online benchmarku pro zpracování transakcí, který simuluje aktivity v komplexních aplikačních prostředích. Benchmark TPC-C se více než syntetické benchmarky výkonu blíží měření silných stránek výkonu a úzkých míst úložné infrastruktury v databázových prostředích. Každá instance našeho virtuálního počítače SQL Server pro tuto recenzi používá databázi SQL Server o velikosti 333 GB (škálování 1 500) a měří transakční výkon a latenci při zátěži 15 000 virtuálních uživatelů.

Při pohledu na výstup SQL Serveru vykázal disk HGST výsledky na spodních příčkách žebříčku s nejvyšším TPS 3 152,13 a souhrnem 3 149,97 TPS.

Pohled na průměrné výsledky latence během benchmarku SQL Serveru s 15 tisíci uživateli ukázal, že disk HGST se umístil na vrcholu žebříčku spolu s SSD disky SanDisk, Memblaze a Huawei (všechny dosáhly 7.0 ms).

Další aplikační benchmark zahrnuje databázi Percona MySQL OLTP měřenou pomocí SysBench. Tento test měří průměrný počet transakcí za sekundu (TPS), průměrnou latenci a také průměrnou latenci 99. percentilu. Percona a MariaDB používají v nejnovějších verzích svých databází aplikační API Fusion-io s podporou flash paměti, ačkoli pro účely tohoto srovnání testujeme každé zařízení v jeho „starších“ režimech blokového úložiště.

V benchmarku průměrného počtu transakcí za sekundu se HGST umístil na vrcholu žebříčku, těsně za disky Memblaze a Intel s celkovým počtem 5 853,6 TPS. Jednotlivé virtuální počítače se pohybovaly od 1 477,3 TPS do 1 448,0 TPS.

Při pohledu na průměrné výsledky latence se HGST pyšnil poměrně dobrými výsledky, přičemž jednotlivé virtuální počítače běžely mezi 21.66 ms a 22.10 ms a celková latence činila 21.87 ms.

Pokud jde o náš nejhorší scénář latence MySQL (latence 99. percentilu), HGST ukázal, že virtuální počítače běží mezi 49.62 ms a 50.07 ms (s celkovou hodnotou 49.81 ms), zatímco nejvýkonnější disk SanDisk se pyšnil působivou celkovou hodnotou pouhých 41.92 ms.

Analýza syntetické pracovní zátěže v podniku

Výkon flash paměti se mění s tím, jak se disk přizpůsobuje své pracovní zátěži, což znamená, že flash úložiště musí být před každým syntetickým benchmarkem fio předběžně připraveno , aby byla zajištěna jejich přesnost. Každý z porovnatelných disků je bezpečně vymazán pomocí nástrojů dodavatele a předběžně připraven do ustáleného stavu s vysokou zátěží 16 vláken a nevyřízenou frontou 16 vláken na vlákno.

Předběžné testy a primární testy v ustáleném stavu:
Propustnost (agregace IOPS pro čtení a zápis)
Průměrná latence (zprůměrovaná latence čtení a zápisu)
Maximální latence (špičková latence čtení nebo zápisu)
Směrodatná odchylka latence (smíšeně zprůměrovaná směrodatná odchylka čtení a zápisu)

Jakmile je předběžná příprava dokončena, každé zařízení je testováno v intervalech napříč několika profily hloubky vláken/front, aby se ukázal výkon při lehkém a náročném využití. Naše analýza syntetické zátěže pro Memblaze PBlaze4 používá dva profily, které se široce používají ve specifikacích a benchmarkech výrobců. Je důležité vzít v úvahu, že syntetické zátěže nikdy nebudou na 100 % reprezentovat aktivitu pozorovanou v produkčních zátěžích a v některých ohledech nepřesně zobrazují disk ve scénářích, které by se v reálném světě nevyskytly.

4k
- 100% čtení a 100% zápis
8k
- 70 % čtení/30 % zápis

V našem testu předzápisu s propustností 4k dat začal HGST na zhruba 440 000 IOPS a dosáhl víceméně ustáleného stavu kolem 160 000 IOPS. Celkově nejlepším diskem zde byl 3.2TB disk Huawei.

Dále se podíváme na průměrnou latenci, kde nejméně konzistentním diskem byl většinou HGST, protože měl největší nárůsty latence během většiny testu. Nejlepším diskem byl opět Huawei 3.2 TB s ustáleným stavem, který naměřil něco málo přes 1.0 ms.

Při měření maximální latence byl HGST jedním z méně konzistentních disků kvůli několika výrazným výkyvům v průběhu testu (i když na konci skončil s druhou nejnižší latencí). Celkově disk Intel vykázal nejlepší výkon.

Výpočty směrodatné odchylky jsou navrženy tak, aby bylo snazší vizualizovat konzistenci výsledků latence SSD. V tomto scénáři byly naměřené hodnoty poměrně nekonzistentní. Přestože se během testu vyskytlo několik znatelných výkyvů, HGST měl na konci testu nejlepší latenci. Intel měl celkově nejstabilnější výsledky, ve stabilním stavu se pohyboval pod 1.6 ms.

Nyní, když byly disky předběžně otestovány, se podíváme na primární syntetický benchmark 4k. V propustnosti vykázal HGST průměrné výsledky s 706 394 IOPS pro čtení a 144 933 IOPS pro zápis. Disk Intel byl v oblasti čtení nejlepším s působivými 851 693 IOPS (dosáhl 157 940 IOPS pro zápis), zatímco disk Huawei s kapacitou 3.2 TB vykázal nejlepší výkon pro zápis s 229 914 IOPS.

Průměrná latence u disku HGST byla 0.36 ms při čtení a 1.76 ms při zápisu. Nejlepší průměrnou latenci při čtení vykázal disk od Intelu s 0.30 ms, zatímco nejlepší latenci zápisu vykázal disk od Huawei s kapacitou 3.2 TB s 1.11 ms.

V maximální latenci dosáhl disk HGST působivých výsledků s 4.9 ms pro čtení a 33.4 ms pro zápis. Nejlepších výsledků v oblasti čtení dosáhl disk Memblaze s 4.6 ms; měl však výrazně vyšší latenci zápisu.

Pohled na směrodatnou odchylku ukazuje, že HGST opět dosáhl působivých výsledků, když se pyšnil latencemi čtení 0.146 ms a zápisu 1.584 ms, přičemž zápis měl nejvyšší latenci zápisu mezi testovanými disky. Nejlepší latenci v oblasti čtení dosáhl disk Memblaze s latencemi čtení 0.107 ms.

Naše další úloha využívá 8k přenosů s poměrem 70 % operací čtení a 30 % operací zápisu. Opět začneme s výsledky předběžné úpravy, než přejdeme k hlavním testům. Co se týče propustnosti, disk HGST vykazoval nekonzistentní výkon po dobu 80 minut, přičemž maximální rychlosti dosáhly zhruba 460 000 IOPS. Nakonec se ustálil na přibližně 187 000 IOPS, což je u většiny disků. Zdaleka nejstabilnějším diskem byl Memblaze.

Dále se podíváme na průměrnou latenci, kde nejméně konzistentním diskem byl HGST, ačkoli na konci testu měl druhou nejlepší průměrnou latenci. Nejlepším diskem byl opět Huawei 3.2 TB s průměrnou latencí terminálu těsně pod 1.0 ms.

Při měření maximální latence byl HGST jedním z méně konzistentních disků a trpěl výraznými výkyvy během celého testu. Celkově však disk Memblaze dosáhl nejméně konzistentních výsledků, zatímco disky Huawei a Intel vykazovaly nejlepší výkon.

Výpočty směrodatné odchylky jsou navrženy tak, aby bylo snazší vizualizovat konzistenci výsledků latence SSD. V tomto scénáři zaznamenal HGST na začátku testu výrazné nárůsty až do přibližně 70. minuty. Nejstabilnější výsledky měl Huawei 3.2TB, který se ve stabilním stavu pohyboval pod 1.0 ms.

Poté, co jsme disk HGST plně připravili, jsme ho podrobili našemu hlavnímu testu 8k 70/30. Co se týče propustnosti, většina disků se pyšnila téměř shodným výkonem, s výjimkou Huawei 3.2TB, který se ujal vedení. HGST nakonec v terminálu dosáhl téměř 170 000 IOPS.

Průměrná latence vykázala velmi podobné výsledky, přičemž disky Intel, Memblaze, HGST a 1.6TB Huawei si vedly těsně pod pás až do poslední hloubky fronty. Nejlepší latenci si zde opět vedl 3.2TB disk Huawei, který při 16T/16Q dosáhl necelých 0.9 ms.

Pohled na maximální latenci ukázal, že disk HGST dosahoval poměrně konzistentních výsledků, i když ke konci testu začal prudce narůstat. Disky Intel a Huawei vykázaly celkový výkon nejlepší.

Směrodatná odchylka vykazovala velmi podobný trend ve výkonu (maximální/průměrná latence) u všech disků. Zde se 3.2TB disk Huawei odtáhl od hranice 8T8Q a dosáhl nejlepšího celkového výsledku s něco málo přes 0.9 ms.

Závěr

Společnost HGST má dlouhou historii ve vytváření vynikajících podnikových flash úložišť a nová řada NVMe SSD disků SN100 není výjimkou, protože se vyznačuje podporou bootování UEFI, pokročilou správou napájení a spolehlivostí na podnikové úrovni díky funkcím, jako je RAID s vědomím paměti flash, komplexní ochrana datových cest, pokročilá ochrana ECC a ochrana proti výpadku napájení. Řada disků HGST je k dispozici v provedení AIC (SN150) a 2.5” (SN100), přičemž první jmenovaný se snáze nasazuje, protože prakticky jakýkoli moderní server dokáže tento typ karty bezproblémově zpracovat.

Pokud jde o výkon, disky řady HGST Ultrastar SN100 vykazovaly v našich testovaných benchmarkech dobrý výkon, v několika kategoriích dokonce vedly. V naší první analýze pracovní zátěže aplikací dosáhl disk HGST výsledků na spodních příčkách žebříčku s nejvyšším TPS 3 152,13 a souhrnnou hodnotou 3 149,97 TPS v testu SQL Server Output, přičemž průměrná latence byla 7.0 ms. V našich testech Sysbench jsme u disku HGST zaznamenali slušný celkový výkon. V benchmarku průměrného počtu transakcí za sekundu naměřil disk řady HGST Ultrastar SN100 souhrnnou hodnotu 5 853,6 TPS, což bylo jen o málo méně než u disků Intel i Memblaze. Při pohledu na průměrné výsledky latence měly jednotlivé virtuální počítače HGST spuštěné v rozmezí 21.66 ms až 22.10 ms a souhrnnou latenci 21.87 ms. Pokud jde o náš nejhorší scénář latence MySQL, HGST ukázal, že virtuální počítače běží mezi 49.62 ms a 50.07 ms s celkovou latenci 49.81 ms, což jej řadí do středu žebříčku mezi našimi testovanými SSD disky AIC.

Během našich syntetických benchmarků dosáhl HGST Ultrastar poměrně dobrých výsledků s propustností 4k dat 706 933 IOPS pro čtení a 229 914 IOPS pro zápis. Pro srovnání, disk Intel se pyšnil nejlepšími výsledky s 851 693 IOPS pro čtení, zatímco zápis dosáhl 197 940 IOPS. Průměrná latence vykazovala skvělé výsledky s 0.36 ms pro čtení a 1.76 ms pro zápis (těsně za diskem Intel). V našich 8k přenosech (což se skládá z poměru 70 % operací čtení a 30 % operací zápisu) dosáhl HGST maxima 173 022 IOPS, čímž sice předběhl model Intel, ale těsně se dostal pod Memblaze PBlaze4, který naměřil 173 275 IOPS.

Klady