Když se disky NVMe™ poprvé objevily, věděli jsme, že jejich výkon bude lepší, ale kladli jsme si otázku, kdy budou cenově srovnatelné se SATA SSD. Vzhledem k jejich počáteční ceně se disky NVMe používaly pro podnikové aplikace, které potřebovaly využít jejich vysoce výkonné charakteristiky. Netrvalo dlouho a disky NVMe se staly levnějšími než SATA/SAS SSD, co se týče poměru dolarů na IOPS. Nyní se však začínáme dostávat do bodu, kdy už nejsou o tolik dražší než SATA/SAS SSD, co se týče kapacity. Toto srovnání GB vs. dolar nám bylo jasné, když jsme do laboratoře dostali k testování výkonu disk Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe SSD – nabízí dramatické zlepšení výkonu oproti SATA/SAS SSD a cílí na běžný trh podnikových úložišť. Nyní, když se NVMe SSD blíží cenové paritě, vnímáme je jako náhradu za SATA disky v datových centrech pro běžné aplikace, protože nabízejí lepší výkon a zároveň nižší nároky na napájení.
Než se ponoříme do specifik Ultrastar SN640 a poskytneme přehled výkonnostních testů, které jsme na něm provedli, podívejme se nejprve na historii a současnou řadu flash úložišť společnosti Western Digital a také na technologii, která stojí za SN640 a díky které je tak atraktivní náhradou za disky SATA/SAS.
Společnost Western Digital, založená v roce 1970, má bohatou historii vývoje a práce s polovodiči. Nejprve vyráběla diskrétní součástky, jako například čipy, které v polovině 1970. let podnítily revoluci elektrických kalkulaček, a poté řídicí čipy pro diskové jednotky; z tohoto pozadí logicky přešla k výrobě celých pevných disků. V 1990. letech a na začátku 2000. století vytvořila mnoho inovací, které zlepšily výkon a kapacitu jejich disků.
V průběhu let spolupracovala společnost Western Digital se společností SanDisk® na flash produktech a v roce 2016 ji koupila. Společnost SanDisk byla jedním z prvních inovátorů v oblasti flash úložišť a postupem času se ukázala jako skutečný inovátor na trhu s úložišti. V roce 1988 představila systém System Flash pro počítačová úložiště a v 1990. letech spolupracovala se společností Western Digital na vytvoření prvního komerčního produktu Flash SSD. Postupem času se společnost SanDisk ukázala jako skutečný inovátor na trhu s úložišti; dodala první komerční čipy NAND MLC 1GB na světě a také společně vyvinula karty microSD™, paměťové karty Flash s technologií 64GB X4 (4 bity na buňku) NAND Flash a další technologie, které posunuly flash vpřed, a to nejen z hlediska technologie a výkonu, ale i z hlediska nákladů.
Společnost Western Digital, čerpající z této bohaté historie, vyvinula řadu produktů, které splňují specifické požadavky komerčních i podnikových uživatelů, a využila různé značky k uspokojení potřeb různých trhů s jedinečnou nabídkou produktů. Například značka SanDisk se zaměřuje na mobilní úložné produkty a značka G-Technology® se zaměřuje na disky a úložné systémy určené pro kreativní profesionály.
Pod značkou Western Digital nabízí pevné disky (HDD), flash disky a úložná řešení pro osobní i firemní použití. Aby si uživatelé mohli vybrat disk, který nejlépe vyhovuje jejich potřebám, rozděluje Western Digital některé ze svých disků do barevně odlišených kategorií: disky WD Green jsou určeny pro každodenní výpočetní potřeby v počítači, disky WD Blue jsou určeny pro stolní počítače, disky WD Purple jsou určeny pro ukládání dat do dohledových systémů, disky WD Red jsou určeny pro síťová úložiště a disky WD Black a WD Gold jsou vysoce výkonné herní a podnikové disky. Poslední dvě barevné kategorie mají pětiletou omezenou záruku, zatímco ostatní mají tříletou omezenou záruku. Western Digital nenabízí zařízení HDD, SATA, SAS ani NVMe ve všech barvách, ale nabízí nejvhodnější technologii ukládání dat pro daný případ použití.
Pro podnikové zákazníky a zákazníky z datových center nabízí Western Digital řadu disků Ultrastar. Před svými disky přidávají dvoumístný kód, který označuje typ zařízení: HC jsou HDD zařízení, SS jsou SAS disky, SN jsou NVMe disky, SA jsou SA SATA disky a ME jsou rozšiřující paměťové disky.
Disk, na který se v tomto článku podíváme, je Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD. Je to nástupce Ultrastar DC SN630 s klíčovými vylepšeními výkonu. Oba disky používají vlastní NVMe řadiče Western Digital s vlastní NAND pamětí a firmwarem, které poskytují masivní optimalizace vedoucí ke konzistentně nízkým latencím a vysokému výkonu. Tyto disky jsou určeny pro mainstreamové designy, což je disk, který Western Digital propaguje jako přechodný disk, jehož cílem je odvést podnikové zákazníky od technologií SATA/SAS Flash úložišť poslední generace k současným NVMe Flash úložištím. Western Digital nabízí v menších množstvích pro distribuci a e-shopy WD Gold NVMe SSD, který má mnoho stejných funkcí jako Ultrastar SN640. Za zmínku stojí, že Western Digital nabízí také Ultrastar DC SN840 NVMe SSD určený pro dodavatelské firmy s kritickými úlohami a HPC servery. Těšíme se, až se s tímto produktem setkáme.
Řada disků NVMe SN640 má rozměry 2.5” x 7 mm s konektorem U.2 a nabízí úložnou kapacitu od 800 GB do 7.68 TB. Protože byly tyto disky navrženy pro použití v podnikech a datových centrech, dodávají se s pětiletou omezenou zárukou, mají průměrnou dobu mezi poruchami (MTBF) 2 miliony hodin, jsou dimenzovány na 0.8 nebo 2.0 DWPD a mají bezpečnostní možnosti Secure Erase (SE), Instant Secure Erase (ISE) nebo TCG Ruby. Pro zvýšení výkonu používají disky SN vlastní řadič Western Digital PCIe Gen 3.1 x 4 (NVMe 1.3). Aby byly cenově konkurenceschopné s disky SATA/SAS SSD, používají 96vrstvou paměť Western Digital BiCS4 3D TLC NAND. Společnost Western Digital ohodnotila tyto disky až na 515 tisíc IOP při náhodném čtení a tvrdí, že nabízejí pětinásobný výkon čtení při spotřebě o 65 % nižší IOP/W než disky SATA.
Specifikace SSD disku Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe:
- Tvarový faktor: 2 2.5”, 7 mm
- Kapacita: 800 GB až 7 680 GB
- NAND: Western Digital BiCS4 3D TLC NAND
- Rozhraní: PCIe Gen3 x4 (kompatibilní s NVMe 1.3c)
- Výkon: (model TCG Ruby)
- Výkon sekvenčního čtení (až): 3340 MB/s
- Sekvenční zápis (až): 2190 MB/s
- Náhodné čtení 4KiB (až): 515K IOPS
- Náhodný zápis 4KiB (až): 161K IOPS
- Náhodné čtení/zápis 70/30, 4KiB (až): 305K IOPS
- Latence čtení (až do): 78 us
- Odolnost a spolehlivost:
- DW/D: 0.8 (intenzivní čtení), 2 (smíšené použití)
- Neopravitelný počet chyb v bitech (UBER): 1 z 10 až 17th
- MTBF: 2 miliony hodin
- Ochrana proti výpadku napájení (PLP) a ochrana datové cesty mezi koncovými body
- Funkce
- Podpora jmenného prostoru 128 NVMe
- Podpora proměnné velikosti sektoru
- NVMe-MI 1.1 (model TCG Ruby)
- Bezpečné mazání, okamžité bezpečné mazání a TCG Ruby
- Životní prostředí:
- Provozní výkon (max.): 12 W
- Spotřeba energie v klidovém stavu (typická): < 5 W
- Provozní teplota: 0 až 70 °C okolní teploty s doporučeným prouděním vzduchu
- Neprovozní teplota: -40° až 85° C
- Omezená záruka na rok 5
Disky NVMe jsou na podnikovém trhu již nějakou dobu a největší překážkou jejich širokého využití byla tradičně jejich cena, ale to už dnes neplatí. Pouliční cena disku SN640 s kapacitou 7.68 TB je 1 400 dolarů a srovnatelný SATA SSD disk stojí 1 200 dolarů. Disk s nižší kapacitou, jako je SN640 960 GB, stojí 300 dolarů, zatímco srovnatelný SATA SSD disk určený pro datová centra stojí 260 dolarů. Jinými slovy – za zhruba 16% nárůst ceny získáte mnohem výkonnější disk. Přechodem na disky NVMe si servery poradí s moderními úlohami, které vyžadují rychlou odezvu. Disky SATA s omezenou šířkou pásma a mnohem vyšší latencí nedokážou efektivně zvládat náročné požadavky na úložiště dnešních aplikací.
Vzhledem ke své vysoké ceně byly disky NVMe při svém prvním uvedení na trh odsouzeny k specializovaným případům použití. Nyní se však novější disky NVMe SSD, jako je SN640, staly úložným řešením pro běžné úlohy, jako je zálohování virtuálních počítačů (VM), slouží jako mezipaměť Flash pro softwarově definovaná úložiště (SDS) a dokonce fungují jako spouštěcí zařízení. Jedinou nevýhodou, o které se v současné době domníváme, že brání jejich širšímu přijetí, je to, že servery se s nimi stále potýkají a ne všechny servery dokáží podporovat počet portů NVMe, kterými by je lidé chtěli osadit. Pokud je tomu skutečně tak, pak musí architekti serverů tento cenný zdroj využívat rozumně (ne z hlediska nákladů, ale z hlediska výkonu) a zajistit, aby jejich výkon byl využíván co nejrozumněji.
Testovací data
Pro měření výkonu disků Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD jsme použili standardní server Dell EMC PowerEdge R740xd vybavený základní deskou kompatibilní s NVMe. Tato konfigurace serveru nabízela 12 pozic NVMe, z nichž jsme využili 8 slotů.
Testovací prostředí:
- 8x SSD disky Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe
- 8x Western Digital Ultrastar SA210 SATA SSD disků
- Server Dell EMC PowerEdge R740xd s 12 sloty NVMe (8 použitých)
- CPU 2 x Intel® Scalable Platinum 8280
- DRAM 12 x 32GB DDR4-2933MHz
Zaměřili jsme se na benchmarky, které se zaměřují na syntetické úlohy, jež zatěžují disky tak, aby ukazovaly maximální šířku pásma nebo propustnost, a také na úlohy aplikací, které ukazují reálnější čísla o tom, co mohou uživatelé očekávat. Z těchto dvou oblastí jsou naše úlohy aplikací zaměřeny na lepší posouzení latence. Pro tyto testy používáme prostředí CentOS 7 s nainstalovaným VDBench pro syntetickou sekci a VMware ESXi™ 6.7u3 pro naše virtuální počítače SQL Server a MySQL™ Sysbench.
Abychom lépe pochopili, jak si tyto NVMe disky vedou v porovnání se SATA SSD disky, provedli jsme testy na 1.92TB SATA discích Western Digital Ultrastar DC SA210 a porovnali je s 3.84TB SN640.
Níže uvedený graf ukazuje, že v každé kategorii Western Digital SN640 s velkým náskokem porazil SATA disk. To se pohybovalo od 46% zlepšení průměrné latence v Sysbench až po vynikající 875% zlepšení během našeho testování 4K 70/30 náhodných IOPS.
Hrubá výkonnostní čísla byla velmi působivá, ale chtěli jsme si udělat představu o tom, jak se to projeví v reálných podmínkách. Nejprve jsme se podívali, jak dobře si disky poradí s ranním bootovacím úderem VDI.
Latence SATA disku se rapidně snižovala až do bodu, kdy odezva trvala přibližně 3 milisekundy, zatímco SN640 pokračoval s postupným zvyšováním latence až na něco málo přes 500 mikrosekund, dokud jsme testování nezastavili na hodnotě něco málo přes 150 000 IOPS.
Poté jsme provedli náš úvodní test přihlášení a SATA disk opět rychle vyčerpal svou kapacitu, zatímco Western Digital SN640 vykazoval během testování jen mírné zvýšení latence.
Pro náš závěrečný test v reálném prostředí jsme na discích provedli náhodný test čtení/zápisu 80/20. Disky SATA opět dosáhly vrcholu brzy, zatímco SN640 dokázal podat vynikající výkon v širokém rozsahu IOPS.
Disk SN640 nejenže vykazoval mimořádně nízkou latenci, která se při zátěži počtem IOPS mírně a postupně zvyšovala, ale disk také během testování poskytoval konzistentní kvalitu služeb.
Závěr
Naše testování disku Ultrastar DC SN640 potvrdilo, že společnost Western Digital – s využitím svého nejnovějšího vlastního řadiče, 96L flash paměti a firmwaru – dodala mainstreamový NVMe SSD disk, který vyvažuje výkon a energii pro cenově efektivní řešení, které jednou provždy nahradí SATA. Disky NVMe rychle dosáhly parity v nákladech na IOPS a my jsme předpovídali, že v budoucnu nastane inflexní bod, kdy budou cenově konkurenceschopné na bázi kapacity, a v tomto bodě se nyní nacházíme. Při běžném srovnání cen jsme zjistili, že cena disku SN640 oproti SATA/SAS SSD na GB vzrostla jen mírně. Při pohledu z hlediska výkonu, jak je znázorněno výše, jednoduše neexistuje důvod používat SATA SSD disky pro ukládání dat.
Společnost Western Digital je již dlouho inovátorem a předním výrobcem technologií pro ukládání dat – a tento úspěch se rozšiřuje i na flash disky. Neúnavná inovace společnosti Western Digital je patrná v řadě disků SN640, kde dokázala využít své technické dovednosti nejen k dosažení vynikajícího výkonu zařízení, ale také k dosažení velmi atraktivní ceny.
Ultrastar SN640 slouží jako skvělý vstupní disk, který uživatelům umožňuje přejít od úložišť předchozí generace k flash diskům založeným na NVMe. Data jasně ukazují, že NVMe je cestou vpřed, pokud jde o poskytování responzivního výkonu pro rozmanitou sadu úloh v datovém centru. Disky NVMe nejen zvýší výkon současných úloh, jako jsou databáze a virtualizované úlohy, ale také připraví datová centra na náročnější úlohy nové generace, které se začínají objevovat, jako je strojové učení (ML) a umělá inteligence (AI), které vyžadují úložná řešení s ultranízkou latencí a ultravysokou šířkou pásma.
Amazon