Flash úložiště NVMe dobylo toto odvětví útokem a etablovalo se jako de facto standard v oblastech, kde je vyžadováno vysoce výkonné úložiště s nízkou latencí. Existují však situace, kdy může být NVMe přehnané nebo kdy dává větší smysl hybridní flash přístup. Mnoho serverových softwarově definovaných řešení, která využívají flash paměť, toho dokáží ve vícevrstvé konfiguraci. VMware vSAN a Microsoft Azure Stack HCI jsou v tomto ohledu asi nejznámější; oba mohou využít malý vysoce výkonný flash fond pro vrstvení a levnější SSD disky pro kapacitu. Kombinace levnějších SATA SSD disků s malým počtem NVMe disků poskytuje vynikající kombinaci výkonu, kapacity a ceny.
Dalším faktorem při zvažování nasazení flash paměti je samotný server. I když existuje spousta all-NVMe serverů od velkých i malých dodavatelů, často je nepraktické nebo zbytečné jít touto cestou. Vzhledem k tomu, že cena disků NVMe je vyšší než u SATA, většina dnes prodávaných serverů nabízí několik pozic NVMe a zbytek pak SATA/SAS. Jedním z takových serverů, které se prodávají tímto způsobem, je Dell EMC PowerEdge R640.
Dell EMC PowerEdge R640 je 1U 2socketový server určený pro úlohy, kde je vysoká výpočetní hustota. V naší laboratoři máme R640 nakonfigurovaný s 10 2.5" pozicemi pro disky, včetně 4 kombinovaných pozic NVMe/SAS/SATA a 6 pozic SAS/SATA, ačkoli Dell nabízí širokou škálu konfigurací. Tento typ konfigurace úložiště nám umožňuje využít až čtyři velmi rychlé NVMe SSD disky a také cenově optimalizované SATA SSD disky. Kombinované pozice také umožňují zákazníkům používat více NVMe SSD disků s rostoucími potřebami I/O nebo se držet většího množství SATA či SAS disků v závislosti na konkrétních požadavcích sestavy.
SSD disk SK Hynix PE6011
Pro další ilustraci tohoto konceptu jsme ve spolupráci se společností SK hynix otestovali skupinu SSD disků PE6011 NVMe a skupinu SSD disků SE4011 SATA. Tyto testy se provádějí proto, aby se ukázalo, jak se jednotlivé disky mohou vzájemně doplňovat, přičemž NVMe nabízí větší šířku pásma a potenciál I/O, zatímco SATA nabízí požadavky na kapacitu bez výrazného poklesu latence nebo výkonu. Testy jasně ukazují, kde se nacházejí výkonnostní pásma, takže podnik má ucelený přehled, který mu pomůže v rozhodovacím procesu, zejména při návrhu softwarově definovaných řešení, jako je úložiště objektů (SUSE Enterprise Storage) nebo tradičnější virtuální úložné zařízení (StoreONE).
SATA vs. NVMe SSD – testovací platforma Dell EMC PowerEdge R640
V naší testovací konfiguraci jsme využili server Dell PowerEdge R640 vybavený dvěma procesory Intel Xeon Scalable 8280 druhé generace s taktovací frekvencí 2.7 GHz a 28 jádry. S těmito procesory bylo spárováno dvanáct 32GB modulů DDR4 s frekvencí 2933 MHz, což systému poskytlo kombinovanou paměťovou kapacitu 384 GB. Pro připojení SATA obsahoval R640 kartu PERC H740P RAID a disky konfigurované v režimu HBA pass-through. Pro připojení NVMe komunikují všechny čtyři SSD disky s druhým procesorem pomocí přímých linek PCIe, bez použití přepínače PCIe uvnitř serveru R640. Tato metoda obchází vliv mezipaměti řadiče a místo toho se zaměřuje na výkon samotných disků jako celku nebo jednotlivě ve VMware.
Dell EMC PowerEdge R640
Naše testovací sestava se skládala ze dvou konfigurací úložišť. První tvořily čtyři SSD disky PE6011 NVMe, které plně využívaly čtyři pozice NVMe uvnitř serveru PowerEdge R640, přičemž šest zbývajících pozic SATA/SAS zůstalo volných. Druhá tvořily osm SSD disků SE4011 SATA, které plně využívaly všechny vyhrazené pozice SATA/SAS a ponechávaly k dispozici dvě kombinované pozice NVMe.
Pro benchmarky „bare-metal“ jsme použili CentOS 7.2 (1908) minimálně s nainstalovaným OpenJava a vdbench. Každou skupinu disků jsme měřili souhrnně, přičemž jsme ukázali maximální výkon čtyř SSD disků PE6011 NVMe a následně osmi SATA SSD disků SE4011. V našem virtualizovaném testovacím prostředí jsme nainstalovali VMware ESXi 6.7u3, jednotlivé SSD disky jsme naformátovali s datovými úložišti a umístili na ně databáze SQL Server nebo MySQL. Pro testy Sysbench využíváme 8 virtuálních strojů, přičemž v případě testů NVMe jsou na každém SSD umístěny dva a v případě testů SATA jeden na SSD. Pro SQL Server, kde test sestává pouze ze 4 virtuálních strojů, umisťujeme každý na samostatný SSD, což nám dává čtyři testované SSD disky NVMe nebo čtyři SATA SSD disky.
Testování VDbench / počet vláken
Všechny tyto testy využívají společný generátor úloh vdBench se skriptovacím enginem pro automatizaci a zachycení výsledků na velkém clusteru výpočetního testování. To nám umožňuje opakovat stejné úlohy na široké škále úložných zařízení, včetně flash polí a jednotlivých úložných zařízení.
Profily:
- Náhodné čtení 4K: 100% čtení, 128 vláken, rychlost čtení 0–120 %
- 4K Náhodný zápis: 100% zápis, 128 vláken, rychlost zápisu 0–120 %
- 64K sekvenční čtení: 100% čtení, 32 vláken, rychlost čtení 0–120 %
- 64K sekvenční zápis: 100% zápis, 16 vláken, rychlost zápisu 0–120 %
Konfigurace SQL Serveru (4 virtuální počítače)
Testovací protokol Microsoft SQL Server OLTP od společnosti StorageReview využívá aktuální návrh benchmarku C (TPC-C) organizace Transaction Processing Performance Council, což je online benchmark pro zpracování transakcí, který simuluje aktivity v komplexních aplikačních prostředích. Benchmark TPC-C se více než syntetické benchmarky výkonu přibližuje měření silných stránek a úzkých míst úložné infrastruktury v databázových prostředích.
Každý virtuální počítač SQL Serveru je nakonfigurován se dvěma virtuálními disky: 100GB svazkem pro bootování a 500GB svazkem pro databázi a soubory protokolů. Z hlediska systémových prostředků jsme každý virtuální počítač nakonfigurovali s 16 virtuálními procesory (vCPU), 64 GB paměti DRAM a využili jsme řadič LSI Logic SAS SCSI. Zatímco naše testované úlohy v Sysbench dříve platformu nasytily jak v oblasti úložných I/O operací, tak i kapacity, test SQL se zaměřuje na výkon s ohledem na latenci.
Tento test využívá SQL Server 2014 spuštěný na hostovaných virtuálních počítačích se systémem Windows Server 2012 R2 a je zatížen nástrojem Benchmark Factory for Databases od společnosti Dell. Zatímco tento benchmark tradičně používáme k testování velkých databází o rozsahu 3 000 databází na lokálním nebo sdíleném úložišti, v této iteraci se zaměřujeme na rovnoměrné rozložení čtyř databází o rozsahu 1 500 databází na naše servery.
Konfigurace testování SQL Serveru (na virtuální počítač)
- Windows Server 2012 R2
- Úložná stopa: 600 GB přiděleno, 500 GB využito
- SQL Server 2014
- Velikost databáze: škálování 1 500
- Zatížení virtuálních klientů: 15 000
- Vyrovnávací paměť RAM: 48 GB
- Délka testu: 3 hodiny
- 2.5 hodiny předběžné přípravy
- 30minutový vzorek
Konfigurace MySQL Sysbench (8 virtuálních počítačů)
Naše databáze Percona MySQL OLTP měří transakční výkon pomocí SysBench. Tento test měří průměrný TPS (transakce za sekundu), průměrnou latenci a také průměrnou latenci 99. percentilu.
Každý virtuální počítač Sysbench je nakonfigurován se třemi virtuálními disky: jedním pro bootování (~92 GB), jedním s předpřipravenou databází (~447 GB) a třetím pro testovanou databázi (270 GB). Z hlediska systémových zdrojů jsme každý virtuální počítač nakonfigurovali se 16 virtuálními procesory (vCPU), 60 GB paměti DRAM a využili jsme řadič LSI Logic SAS SCSI.
Konfigurace testování Sysbench (na virtuální počítač)
- CentOS 6.3 64bitový
- Percona XtraDB 5.5.30-rel30.1
- Databázové tabulky: 100
- Velikost databáze: 10 000 000
- Vlákna databáze: 32
- Vyrovnávací paměť RAM: 24 GB
- Délka testu: 3 hodiny
- 2 hodiny předběžné přípravy 32 vláken
- 1 hodina 32 vláken
Výsledky výkonu SATA a NVMe SSD disků SK hynix
Abychom charakterizovali výkon disků SK hynix PE6011 NVMe SSD a SE4011 SATA SSD, provedli jsme na nich syntetické zatížení „čtyř rohů“. Toto porovnání porovnalo hrubý výkon čtyř NVMe SSD s osmi SATA SSD, které byly všechny adresovány přímo, a porovnalo celkový obraz I/O bez ovlivnění výkonu RAID.
Naše první úloha naměřila maximální propustnost čtení z každé skupiny disků se sekvenční úlohou 64K. V této úlohě jsme naměřili maximální propustnost 3.97 GB/s s latencí 4 ms u skupiny s osmi disky SATA. Skupina se čtyřmi disky NVMe naměřila maximální propustnost 10.76 GB/s s latencí 0.734 ms.
Dále jsme se podívali na šířku pásma sekvenčního zápisu se stejnou sekvenční zátěží 64K. V tomto nastavení naměřila skupina SATA SSD ve svém vrcholu 3.06 GB/s, než v bodě přesycení klesla zpět na 2.8 GB/s s latencí 2.8 ms. Skupina NVMe SSD však dosáhla rychlosti 3.6 GB/s s latencí 1.1 ms.
V našich testech maximální propustnosti, které měří výkon při náhodném čtení 4K dat, se nejprve podíváme na naši zátěž čtení. V tomto nastavení dosáhla skupina osmi SATA SSD maxima 542k IOPS s latencí 1.9 ms. Pro srovnání, čtyři NVMe SSD je dokázaly výrazně překonat s maximální propustností 2.46M IOPS s latencí 0.205 ms.
Poslední složka naší syntetické zátěže „čtyř rohů“ měřila výkon náhodného zápisu 4K každé skupiny disků. Osm SATA SSD disků dokázalo nabídnout maximální rychlost 500 tisíc IOPS s latencí 1.99 ms, zatímco čtyři NVMe SSD disky nabídly 835 tisíc IOPS s latencí 0.572 ms.
V poslední fázi našeho syntetického testování jsme se zaměřili na dva případy použití VDI, prvním byl VDI Full Clone Boot. V tomto zatížení nabídly čtyři SSD disky PE6011 NVMe maximální propustnost 384k IOPS neboli 5.3 GB/s s latencí 0.33 ms, zatímco osm SSD disků SATA SE4011 dosáhlo maximální propustnosti 202k IOPS neboli 2.8 GB/s s latencí 1.2 ms.
Při měření výkonu SSD disků PE6011 NVMe jsme u této skupiny zaznamenali maximální propustnost 186 tisíc IOPS neboli 3.5 GB/s při 0.55 ms. Skupina s osmi disky SATA naměřila více než 109 tisíc IOPS neboli 2.1 GB/s při latenci 1.9 ms.
Z pohledu na to, jak si jednotlivé skupiny disků vedly v našich úlohách typu four-corner a VDI, vidíme, že poměr 2:1 SATA a NVME nabízel dobrou rovnováhu mezi výkonem čtení a zápisu. SSD disky PE6011 dokázaly nabídnout velmi vysokou propustnost čtení a šířku pásma s nízkou latencí ve srovnání s jejich protějšky SATA. Z hlediska propustnosti zápisu a šířky pásma byly SSD disky SE4011 schopny absorbovat pracovní zátěže, které ne příliš zaostávaly za svými protějšky NVMe, což je důležité při kombinaci různých tříd disků v úložném řešení, kde je třeba data přesouvat mezi vrstvami dostatečně rychle, aniž by se zpomalily příchozí pracovní zátěže.
Naše poslední dvě testy se zaměřují na výkon Microsoft SQL Server TPC-C a MySQL Sysbench běžících na více virtuálních počítačích ve virtualizovaném prostředí VMWare ESXi 6.7u3. Oba tyto testy jsou navrženy tak, aby ukázaly reálný výkon, přičemž naše testování SQL Serveru se zaměřuje na latenci a náš test MySQL se zaměřuje na špičkový transakční výkon.
V rámci našeho projektu jsme pro SQL Server testovali 4 virtuální počítače, každý umístěný v jednom datovém úložišti VMFS 5. Tato úloha využívala čtyři SSD disky SK hynix PE6011 NVMe a čtyři SSD disky SE4011 SATA. Pomocí Quest Benchmark Factory má každý virtuální počítač aplikovaných 15 tisíc virtuálních uživatelů a je měřena odezva databáze.
U čtyř NVMe SSD disků SK hynix PE6011 jsme naměřili průměrnou latenci 2 ms napříč všemi čtyřmi virtuálními počítači. Přesunutí stejné pracovní zátěže na čtyři SATA SSD disky SE4011 vzrostlo na průměrnou latenci 16 ms.
V naší finální databázové zátěži jsme se zaměřili na výkon 8 virtuálních strojů. U 8 virtuálních strojů jsme umístili dva na každý ze 4 NVMe SSD disků a jeden na každý z 8 SATA SSD disků. V této zátěži měříme individuální transakční výkon každého virtuálního stroje a agregujeme je dohromady do celkového skóre.
U čtyř SSD disků SK hynix PE6011 NVMe jsme naměřili celkem 18 525 TPS s průměrnou latencí 13.81 ms. Po přesunutí této zátěže na osm SSD disků SK hynix SE4011 NVMe jsme naměřili celkem 13 032 TPS s průměrnou latencí 19.64 ms.
SATA vs. NVMe SSD – Závěrečné srovnání Myšlenky
Při zvažování jakékoli formy úložiště je zásadní porozumět výkonu, nákladům a kapacitním charakteristikám daného systému. V tomto případě se zaměřujeme na rozmanité portfolio SSD disků od SK hynix, které je schopno uspokojit téměř nekonečnou škálu případů použití. Protože SK hynix nabízí SATA a NVMe SSD disky, lze tyto disky využít různými způsoby. I když jsou NVMe SSD disky zjevně rychlé, oproti SATA mají vyšší cenu. Na druhou stranu, SATA SSD disky sice sice sice sice rychlost NVMe disků nedosahují, ale jsou ekonomičtější a stále chytají všechny výhody celkových nákladů na vlastnictví, které flash disky nabízejí oproti pevným diskům. Většina firem tak může těžit z hybridního přístupu k flash diskům, který kombinuje výkon NVMe disků s příznivou ekonomikou SATA disků.
Nikde není tato příležitost zřetelnější než v oblasti softwarově definovaných úložišť a hyperkonvergence. Většina nasazení SDS a HCI je navržena tak, aby využívala výhody různých tříd úložišť; StoreONE, Microsoft Azure Stack HCI a VMware vSAN jsou toho dobrými příklady. V některých případech mohou disky NVMe SSD fungovat jako mezipaměť nebo vrstva před disky SATA, které slouží jako kapacita pro systém. V jiných případech lze vytvořit samostatné fondy, v tomto případě výkonnostní fond NVMe a fond SATA pro méně kritické aplikační úlohy.
Pro ilustraci výhod obou typů SSD disků jsme testovali skupinu SSD disků PE6011 NVMe spolu s SSD disky SE4011 SATA v serveru Dell EMC PowerEdge R640. Naše klíčová zjištění ukazují, že SSD disky PE6011 NVMe jsou schopny poskytovat silný výkon s nízkou latencí v rámci našich syntetických i aplikačních úloh a poskytují šířku pásma pro čtení přes 10.7 GB/s. Naše zjištění dále ukazují, že SSD disky SE4011 SATA doplňují SSD disky NVMe a nabízejí stabilní kapacitní úroveň ve všech našich úlohách, což je důležitý faktor ve scénářích vrstvení nebo ukládání do mezipaměti, kde se data mohou nacházet v obou úložných poolech. Výkon zápisu ve skupině SATA SE4011 si vedl velmi dobře, s naměřenými 2.8 GB/s na osmi discích oproti 3.6 GB/s u čtyř SSD disků PE6011 NVMe. Vzhledem k tomu, že se úlohy vyřazují z fáze nebo potřebují před přesunem do mezipaměti či vrstvení dosahovat dobrého výkonu, umožňuje jim vysoký výkon zápisu nabídnout konzistentní uživatelský zážitek a vyvážené úložné řešení.
Společnost SK hynix v posledním roce a půl zdvojnásobila své úsilí v oblasti podnikových flash disků a rychle přišla na trh s rozmanitým, vertikálně integrovaným portfoliem. Tato řada produktů dává zákazníkům na výběr, aby zajistila, že jejich nasazení bude fungovat podle očekávání. Ať už disky patří do řešení SDS, clusteru HCI nebo slouží jednoduše jako serverové úložiště, SK hynix je připravena své zákazníky na této cestě podpořit.
Tuto zprávu sponzoruje společnost SK hynix. Veškeré názory a stanoviska vyjádřené v této zprávě vycházejí z našeho nezaujatého pohledu na daný produkt (produkty).
Amazon