Hitachi Ultrastar SSD400S.B Enterprise SSD Testbericht

Anfang Februar, Hitachi wurde zu ihrer Reihe von Unternehmens-SSDs hinzugefügt mit der Ultrastar SSD400S.B. Als Nachfolger der ursprünglichen SSD400S ist die .B die erste in der Branche, die auf 25-nm-SLC-NAND umsteigt. Strukturell sind die beiden Laufwerke nahezu identisch, es handelt sich lediglich um einen NAND-Chip-Wechsel von 34-nm-SLC zu 25-nm-SLC. Beide Laufwerke nutzen eine 6-Gbit/s-SAS-Schnittstelle und Intel NAND mit einer von Hitachi und Intel gemeinsam entwickelten Firmware und einem Controller. Die SSD400S.B übernimmt für Hitachi den Flaggschiff-Status einer Enterprise-SSD und steht neben deren eMLC Ultrastar SSD400M anbieten.

Anfang Februar, Hitachi wurde zu ihrer Reihe von Unternehmens-SSDs hinzugefügt mit der Ultrastar SSD400S.B. Als Nachfolger der ursprünglichen SSD400S ist die .B die erste in der Branche, die auf 25-nm-SLC-NAND umsteigt. Strukturell sind die beiden Laufwerke nahezu identisch, es handelt sich lediglich um einen NAND-Chip-Wechsel von 34-nm-SLC zu 25-nm-SLC. Beide Laufwerke nutzen eine 6-Gbit/s-SAS-Schnittstelle und Intel NAND mit einer von Hitachi und Intel gemeinsam entwickelten Firmware und einem Controller. Die SSD400S.B übernimmt für Hitachi den Flaggschiff-Status einer Enterprise-SSD und steht neben deren eMLC Ultrastar SSD400M anbieten.

Wie in unserem SSD400M-Test ausführlich erwähnt, ist die Partnerschaft zwischen Hitachi und Intel rund um diese Laufwerke ein Erfolgsmodell. Hitachi konnte sein Speicherwissen und sein geistiges Eigentum, insbesondere rund um die SAS-Schnittstelle, nutzen, während Intel leistungsstarke Firmware-Engineering- und Flash-Management-Technologien einbrachte. Die Ergebnisse waren, wie wir gesehen haben, sehr gut. In diesem Fall adressiert die SSD400S.B die Vorteile der Partnerschaft, um Speicher mit hohem Durchsatz für Unternehmensumgebungen mit hoher gemischter Arbeitslast (Lesen/Schreiben) bereitzustellen. 

Aus Leistungssicht ist die SSD400S.B in der Lage, sequentielle Lesevorgänge von bis zu 536 MB/s, Schreibgeschwindigkeiten von 502 MB/s und zufällige 4K-Lese-IOPS von 57,500 und Schreib-IOPS von 25,500 zu liefern. Über die Leistung einzelner Laufwerke hinaus bietet Hitachi auch ein proprietäres Stromverlustmanagement und robuste Ausdauer. Die 400-GB-SSD unterstützt bis zu 35 PB zufällige Schreibvorgänge über die fünfjährige Lebensdauer des Laufwerks, was 19.2 TB Schreibvorgängen pro Tag entspricht. Hitachi gibt außerdem eine unglaublich niedrige jährliche Ausfallrate (AFR) von 0.44 % an.

Die Ultrastar SSD400S.B SSDs sind mit Kapazitäten von 100 GB, 200 GB und 400 GB im 2.5-Zoll-Formfaktor erhältlich und verfügen über eine fünfjährige Garantie.

Hitachi Ultrastar SSD400S.B Spezifikationen

• Kapazitäten
  • 400GB
    • HUSSL4040BSS600
    • HUSSL4040BSS601 mit TGC-Verschlüsselung
  • 200GB
    • HUSSL4020BSS600
    • HUSSL4020BSS601 mit TGC-Verschlüsselung
  • 100GB
    • HUSSL4010BSS600
    • HUSSL4010BSS601 mit TGC-Verschlüsselung
• Schnittstelle – Dual-Port-SAS 6 Gbit/s
• Intel EW29AA31AA1 Controller
• Intel Single-Level Cell (SLC) 25 nm NAND x 40 (736 GB roh, 400 GB nutzbar)
• Micron DDR2 SDRAM-Cache
• Formfaktor – 2.5 Zoll, 15 mm Z-Höhe
• Übertragungsleistung
  • Lesedurchsatz (sequenziell 64 KB) – 536 MB/s
  • Schreibdurchsatz (sequenziell 64 KB) – 502 MB/s
  • Max. Lese-IOPS (zufällig 4K) 57,500
  • Max. Schreib-IOPS (zufällig 4K) 25,500
• Ausdauer (zufälliges Schreiben):
  • 400 GB Kapazität – 35 PB
  • 200 GB Kapazität – 18 PB
  • 100 GB Kapazität – 9 PB
• Fehlerrate (nicht wiederherstellbare gelesene Bits) 1 zu 10¹⁶
• MTBF – 2.0 Millionen
• Power
  • Betrieb (W, typisch) 5.5
  • Leerlauf (W) 1.7
• Stromverbrauchseffizienz (IOPS/Watt) – 8,360
• Fünf-Jahres-Garantie
• Abmessungen (Breite x Tiefe, Höhe mm) – 70.1 x 100.6 x 15
• Gewicht (maximal) – 222 g (400 GB)
• Umgebungstemperatur 0 bis 60ºC
• Schock (Halbsinuswelle) 1000G (0.5ms), 500G (2ms)
• Vibration (Random G RMS) – 2.16, alle Achsen, 5 bis 700 Hz

Design und Demontage

Die Hitachi Ultrastar SSD400S.B verfügt über ein glattes Edelstahlgehäuse, das in der präzisen Form eines 2.5-Zoll-Laufwerks mit einer Höhe von 15 mm geprägt ist. Oben ist das Laufwerk mit einem einzigen weißen Aufkleber versehen, der die gesamte Oberfläche einnimmt und das Laufwerk bis hin zu den Zertifizierungen und der Firmware-Version beschreibt. Auf der Unterseite befinden sich zusätzliche Aufkleber, auf denen die Seriennummer und die Teilenummer des Laufwerks aufgeführt sind. Das Gehäuse ist von außen eher schlicht und sauber, mit einem stattlichen Gewicht von 205 Gramm, wovon ein Großteil auf die interne Wärmeableitung zurückzuführen ist. Mit Blick auf Kühlkonzepte für Open-Air-Rechenzentren (Verwendung von Außenluft anstelle von gekühlter oder klimatisierter Luft) und einem allgemeinen Bestreben, die mit der Kühlung verbundenen Energiekosten zu senken, gibt Hitachi der Ultrastar SSD400S.B eine maximale Betriebstemperatur von 70 °C / 158 °F.

Das Seitenprofil des Laufwerks zeigt deutlich die beiden Abschnitte, aus denen das Gehäuse des SSD400S.B besteht. Hitachi verwendet branchenübliche Schraubenpositionen an der Seite und der Unterseite der SSD für die vertikale oder horizontale Montage.

Auf der Vorderseite des Ultrastar SSD400S.B befindet sich nur der Dual-Link-SAS-Anschluss mit 6.0 Gbit/s, ohne dass von der Außenseite des Laufwerks zusätzliche Anschlüsse sichtbar sind.

Das Öffnen des Laufwerks zeigt einige der Wärmeableitungsfunktionen der Ultrastar SSD400S.B und erklärt, woher ein Teil des Laufwerksgewichts kommt. Sowohl die obere als auch die untere Abdeckung verfügen über dicke Wärmeleitpads, um die Wärme von wichtigen Komponenten der SSD abzuleiten. Die obere Abdeckung verfügt über einen zusätzlichen Kühlkörper, um die Energiemenge, die der Gehäusekörper von den internen Leiterplatten absorbieren kann, die sich bei starker Beanspruchung erwärmen, weiter zu erhöhen. Das Design der SSD ist zweiteilig, wobei der Controller zwischen den einzelnen Platinen nach innen zeigt. Das weiße Pad am unteren Teil des Gehäuses soll die Wärme von der Unterseite des Controllers ableiten, während die rosafarbenen Wärmepads auf die NAND-Teile gerichtet sind. Das Gehäuse ist außen so flach wie möglich gestaltet, um einen größeren Oberflächenkontakt mit den Laufwerksschächten zu ermöglichen und Wärmeenergie in das Servergehäuse und schließlich durch Zwangsluftkühlung abzuleiten.

Das Herzstück der Hitachi Ultrastar SSD400S.B ist ein Intel EW29AA31AA1-Prozessor, der eine von Hitachi und Intel gemeinsam entwickelte Firmware nutzt. Für den Cache verwendet die SSD400S.B vier Micron SDRAM-Speicherstücke.

Auf beiden Platinen verteilt sind 40 Stück Intel SLC NAND verbaut. Dies ist aufgeteilt in 34 Stück 16-GB-NAND und 6 Stück 32-GB-NAND. Damit stehen insgesamt 736 GB Raw-NAND zur Verfügung, wobei jedoch nur 400 GB nutzbar sind. Dieser reservierte Speicherplatz wird für die Garbage Collection im Hintergrund, den Wear-Leveling und die Behandlung von Chipfehlern verwendet, sodass das Laufwerk während seiner Lebensdauer nicht verlangsamt oder deaktiviert wird.

In den nach innen gerichteten Abschnitten der Platine befinden sich der Intel-Controller EW29AA31AA1, zusätzliches NAND sowie die lange Schnittstelle, die beide Hälften der SSD verbindet.

Unten sind die beiden nach außen gerichteten Abschnitte der Hitachi Ultrastar SSD400S.B dargestellt.

Beachten Sie, dass dieses SSD-Design keine Ultrakondensatoren verwendet. Stattdessen hat sich Hitachi für zehn KEMET Organic Capacitors (KO-CAP) auf Tantalbasis entschieden. Diese Kondensatoren haben eine längere Lebensdauer und dehnen sich nicht so schnell aus oder verschlechtern sich anderweitig. Ein ähnlicher Aufbau wurde sowohl bei den Consumer-Modellen als auch bei den Intel SSD 320 und die Enterprise-Klasse Intel SSD 710.

Diese Kondensatoren geben dem Laufwerk genügend Zeit, SDRAM auf NAND zu spülen, obwohl die tatsächliche Überbrückungszeit nicht angegeben ist.

Unternehmens-Benchmarks

Die Hitachi Ultrastar SSD400S.B verwendet Intel 25 nm SLC NAND, einen Intel EW29AA31AA1-Controller und eine 6.0 Gb/s SAS-Schnittstelle; unser Testgerät hat 400 GB. Die für diesen Test verwendeten Vergleichsgeräte umfassen die folgenden kürzlich getesteten Enterprise-SSDs: Mikron P300 (100 GB, Marvell 9174, Micron 34 nm SLC NAND, SATA), Toshiba MKx001GRZB (400 GB, Marvell 9032, Toshiba 32 nm SLC NAND, SAS) und die Hitachi Ultrastar SSD400M (400 GB, Intel EW29AA31AA1 Controller, Intel 25 nm eMLC NAND, SAS). Alle Enterprise-SSDs werden auf unserer Enterprise-Testplattform getestet, basierend auf einem Lenovo ThinkServer RD240. Alle IOMeter-Zahlen werden als binäre Zahlen für MB/s-Geschwindigkeiten dargestellt.

Unser erster Test untersucht die Geschwindigkeit in einer sequentiellen Schreibumgebung mit großen Blockübertragungen. Dieser spezielle Test verwendet eine Übertragungsgröße von 2 MB mit IOMeter, mit 4K-Sektorausrichtung und misst die Leistung mit einer Warteschlangentiefe von 4. In diesem Szenario gibt Hitachi für seinen 536-GB-Ultrastar eine maximale Lesegeschwindigkeit von 502 MB/s und eine Schreibgeschwindigkeit von 400 MB/s an SSD400S.B.

In unserem sequenziellen Transfertest für große Blöcke erreichte die Ultrastar SSD400S.B Lesegeschwindigkeiten von 532 MB/s und stationäre Schreibgeschwindigkeiten von 510 MB/s. Die Lesegeschwindigkeit lag leicht unter den Schätzungen von Hitachi, die Schreibgeschwindigkeit lag jedoch über den aufgeführten Geschwindigkeiten. Diese geradlinigen Benchmarks bringen die SSD400S.B an die Spitze unserer Tabelle.

Wenn wir zu einem Direktzugriffsprofil wechseln, aber immer noch eine große Blockübertragungsgröße von 2 MB beibehalten, beginnen wir zu erkennen, wie die Leistung in einer Umgebung mit mehreren Benutzern variiert. Dieser Test behält die gleiche Warteschlangentiefe von 4 bei, die wir im vorherigen Benchmark für sequenzielle Übertragungen verwendet haben.

Mit der Umstellung auf zufällige Übertragungen großer Blöcke behauptete die Hitachi Ultrastar SSD400S.B ihren Vorsprung bei der Lesegeschwindigkeit und erreichte 533 MB/s. Die Schreibgeschwindigkeit im stationären Zustand sank auf 215 MB/s und liegt damit immer noch an der Spitze.

Durch den Übergang zu einer noch kleineren Übertragungsgröße für den Direktzugriff von 4 KB nähern wir uns der Paketgröße an, die in einer Umgebung mit starkem Direktzugriff, beispielsweise einer Serverumgebung mit mehreren VMs, die auf dasselbe Array zugreifen, zu finden ist. Im ersten Test betrachten wir die erweiterte 4K-Leseleistung und wie sie von einer Warteschlangentiefe von 1 bis maximal 64 skaliert.

Beim Blick auf unser zufälliges 4K-Rampendiagramm stellten wir eine starke Leistung der Ultrastar SSD400S.B fest, die mit einer maximalen 4K-Lesegeschwindigkeit von 57,217 IOPS bei einer Warteschlangentiefe von 64 hinter der Toshiba eSSD rangiert. Beachten Sie, dass SSD400S.B und SSD400M grundsätzlich dieselben sind das gleiche 4K-Leseleistungsprofil.

Unser nächster Test untersucht die 4K-Zufallsschreibleistung bei einer statischen Warteschlangentiefe von 32. Die Ergebnisse werden aufgezeichnet und gemittelt, sobald die Laufwerke den stabilen Zustand erreicht haben. Während die IOPS-Leistung eine gute Messgröße zur Messung der Leistung im stationären Zustand ist, liegt ein weiterer wichtiger Interessenbereich in der durchschnittlichen und Spitzenlatenz. Höhere Spitzenlatenzwerte können bedeuten, dass bestimmte Anfragen bei starkem kontinuierlichen Zugriff gesichert werden können.

Hitachi gab eine maximale 4K-Random-Write-Workload-Geschwindigkeit von 25,500 IOPS an, was in unseren Tests einem Wert von 24.312 IOPS im eingeschwungenen Zustand entspricht. Diese Geschwindigkeit war die höchste in unserer Gruppe und lag über der des SLC-basierten Micron P300. Unter diesen Bedingungen misst der Ultrastar durchschnittlich 95 MB/s mit einer durchschnittlichen Reaktionszeit von 1.32 ms. Am beeindruckendsten war jedoch wahrscheinlich die maximale Reaktionszeit, die bei nur 25.01 ms lag.

Unsere letzte Serie synthetischer Benchmarks vergleicht beide Enterprise-Laufwerke in einer Reihe gemischter Server-Workloads mit einer statischen Warteschlangentiefe von 32. Wie die synthetischen Benchmarks zu Beginn dieser Überprüfung werden auch diese Tests im stationären Zustand gemessen. Jeder unserer Serverprofiltests hat eine starke Präferenz für die Leseaktivität, die von 67 % Lesevorgängen in unserem Datenbankprofil bis zu 100 % Lesevorgängen in unserem Webserverprofil reicht.

Das erste ist unser Datenbankprofil mit einem Mix aus 67 % Lese- und 33 % Schreib-Workload, der sich hauptsächlich auf 8K-Übertragungsgrößen konzentriert.

Beim Test mit unserem Datenbank-IOMeter-Profil lag die Hitachi SSD400S.B an der Spitze und übertraf die anderen SLC-basierten Enterprise-SSDs, die wir getestet haben. Im Vergleich zur eMLC SSD400M, die 15,441 IOPS bot, erreichte die SLC-basierte SSD400S.B eine Geschwindigkeit von 21,849 IOPS.

Das nächste Profil betrachtet einen Dateiserver mit 80 % Lese- und 20 % Schreibarbeitslast, verteilt auf mehrere Übertragungsgrößen von 512 Byte bis 64 KB.

Beim Wechsel zu einer Dateiserver-Einstellung mit einem viel breiteren Mix an Übertragungsgrößen behauptete die Hitachi Ultrastar SSD400S.B mit einer Leistung von 20,193 IOPS immer noch ihren Vorsprung, verglichen mit 14,488 IOPS bei der eMLC-basierten SSD400M.

Unser Webserverprofil ist schreibgeschützt mit einer Bandbreite an Übertragungsgrößen von 512 Byte bis 512 KB.

Im schreibgeschützten Modus konnte das Toshiba MKx001GRZB mit 24,193 IOPS höhere Übertragungsgeschwindigkeiten bieten, verglichen mit 19,373 IOPS beim Ultrastar SSD400S.B oder 18,593 IOPS beim eMLC SSD400M.

Das letzte Profil betrachtet eine Workstation mit einer Mischung aus 20 % Schreib- und 80 % Lesevorgängen und 8K-Übertragungen.

In einer Workstation-Umgebung lag die Hitachi Ultrastar SSD400S.B mit 001 IOPS leicht unter der Toshiba MKx25,291GRZB, während die Toshiba 26,337 IOPS erreichte.

Stromverbrauch im Unternehmen

Wenn es um die Auswahl von Laufwerken für das Rechenzentrum oder andere dicht gepackte Speicherumgebungen geht, ist die Leistung nicht die einzige Kennzahl, an der Unternehmen bei der Betrachtung von SSDs oder Festplatten interessiert sind. Der Stromverbrauch kann in bestimmten Fällen eine große Rolle spielen. Daher ist es sinnvoll, dass Sie wissen möchten, wie sich ein Laufwerk unter konstanter Auslastung verhält.

Im Abschnitt „Enterprise Power“ dieses Testberichts betrachten wir jedes Laufwerk unter den gleichen Bedingungen, unter denen wir zuvor die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten getestet haben. Dazu gehören sequentielle und zufällige 2-MB-Übertragungen mit einer Warteschlangentiefe von 4 und kleine zufällige 4K-Lese- und Schreibübertragungen mit einer Warteschlangentiefe von 32. Wie bei unseren vorherigen Tests messen wir alle Werte im stabilen Zustand, um das Laufwerk optimal zu nutzen stromhungrige Bedingungen.

Unter allen Bedingungen außer beim Start verbrauchte die Hitachi Ultrastar SSD400S.B 4.35 Watt oder weniger. Das ist weniger als bei Hitachis eigener eMLC-basierter SSD400M. Die stromhungrigste Aktivität für die SSD400S.B war das sequentielle QD4-2-MB-Schreiben mit einem durchschnittlichen Verbrauch von 4.35 Watt über die Dauer des Tests. An zweiter Stelle stand das zufällige 4K-QD32-Schreiben mit 3.34 Watt, an dritter Stelle das sequentielle QD4-Lesen mit 2.91 Watt, gefolgt vom stetigen 4K-QD32-Lesen auf dem vierten Platz, das 2.39 Watt benötigte.

Während ein großes Interesse an einer eMLC-SSD in einer Rechenzentrumsumgebung bei den Kosten pro GB und IOPS/Watt liegt, besteht weiterhin ein Bedarf an SLC-basierten Modellen mit hoher Ausdauer und Leistung. Wir haben einen Wert von 20,180 IOPS/Watt beim reinen zufälligen 4K-Lesen bei einer Warteschlangentiefe von 32 berechnet, der auf 7,279 IOPS/Watt sinkt, wenn man stattdessen stetiges 4K-Zufallsschreiben betrachtet. Dies im Vergleich zu 38,481 IOPS/Watt beim Lesen oder 10,119 IOPS/Watt beim Schreiben beim SLC Micron P300 oder 16,385 IOPS/Watt beim Lesen und 3,082 IOPS/Watt beim Schreiben beim SLC Toshiba MKx001GRZB. Es kommt wirklich auf die Bedürfnisse des Unternehmens an, die beste Mischung aus Leistung und Leistung (oder einfach nur Leistung) zu finden, die beim Kauf der SSD oder Festplatte berücksichtigt wird.

Fazit

Angesichts der guten Leistung der eMLC SSD400M hatten wir beim Test der Hitachi Ultrastar SSD400S.B ziemlich hohe Erwartungen. Wir erwarteten, dass die neue SLC-basierte Zusammenarbeit zwischen Intel und Hitachi noch besser sein würde, und die SSD400S.B hat uns nicht enttäuscht. Die Enterprise-SSD belegte in vielen unserer Benchmarks mit gemischter Lese-/Schreiblast die Spitzenplätze. Es schnitt auch in unseren großen zufälligen und sequentiellen Lese-/Schreibtests für große Blöcke und unserem stationären 4K-Zufallsschreibtest sehr gut ab.

Betrachtet man die Leistung in allen Bereichen, fiel sie in der schreibgeschützten Webserver-Einstellung und in unserem erweiterten 4K-Lesetest leicht zurück, wobei das Toshiba MKx001GRZB die Spitzenposition einnahm. Der Hitachi bot jedoch durchweg eine ausgewogenere Leistung. Angesichts des äußerst ausdauernden SLC-NAND gehen wir davon aus, dass dieses Laufwerk in Szenarien mit starker Schreibaktivität über die Lebensdauer des Laufwerks eingesetzt wird. Hitachi schätzt die Lebensdauer der Ultrastar SSD400S.B je nach Kapazität auf 9 PBW bis 35 PBW.

Genau wie bei der eMLC-Iteration sehen wir klare Vorteile der Zusammenarbeit zwischen Intel und Hitachi. Intel liefert einen bewährten SSD-Controller und viel NAND-Know-how und Hitachi stellt sein umfassendes Verständnis für Speicher einschließlich der SAS-Schnittstelle zur Verfügung. Die gemeinsame Anstrengung ist etwas Besonderes und macht die SSD400S.B zu einem der bislang führenden Enterprise-SSD-Angebote für stark beanspruchte Umgebungen, die eine hohe Lese- und Schreibleistung unterstützen müssen. 

Vorteile

• Starke Leistung bei gemischter Arbeitsbelastung
• Besserer Stromverbrauch als die eMLC-basierte Ultrastar SSD400M
• Hervorragende 4K-Dauergeschwindigkeit
• Entwickelt für den Einsatz in einem breiten Wärmebereich

Nachteile

• Schwächer als Toshiba MKx001GRZB in unserem intensivierten 4K-Test und schreibgeschützten Webserver-Test

Fazit

Die Hitachi Ultrastar SSD400S.B bietet eine hervorragende Leistung bei gemischter Arbeitslast und schneidet im Vergleich zu anderen SLC-Enterprise-SSDs an oder nahe der Spitze ab. Zusammen mit den Enterprise-SSD-Funktionen, der Laufwerkstradition und dem geringen Stromverbrauch bietet Hitachi ein umfassendes Angebot, das für den intensiven Einsatz in Unternehmen geeignet ist.

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