OCZ Z-Drive R4 SSD-Test

Update vom 09.03.2012: Testbericht zum OCZ Z-Drive R4 Enterprise

Die OCZ Z-Drive R4 wurde Anfang August als Update der Enterprise-PCIe-SSDs von OCZ angekündigt. Sie funktioniert wie ihre Vorgänger: Bis zu acht SandForce SF-2282 SSDs mit SLC- oder MLC-NAND-Speicher sind auf einer PCI-Express-Karte verbaut und per Hardware und Software verbunden, um höchste Leistung in Server- und High-Performance-Computing-Umgebungen zu erzielen. Konkret bedeutet dies maximale Lese- und Schreibgeschwindigkeiten von 2,800 MB/s bei 4-KB-Random-Write-IOPS von 440,000.

Im zunehmend wettbewerbsintensiven Markt für PCIe-SSDs im Enterprise-Bereich steht die Geschwindigkeit im Vordergrund, doch auch andere wichtige Faktoren spielen eine Rolle. OCZ bietet einige entscheidende Vorteile, die die Z-Drive R4 von vornherein von anderen Lösungen abheben. Der offensichtlichste ist der Preis. Wir haben kürzlich die Fusion-io ioDrive Duo getestet , die auch in unseren untenstehenden Tabellen aufgeführt ist. Obwohl es sich um ein leistungsstarkes Laufwerk handelt, liegt der Preis pro GB bei über 20 US-Dollar, während OCZ einen Preis von nur einem Drittel davon, nämlich 7 US-Dollar/GB, angibt.

Das Z-Drive R4 ist außerdem bootfähig, was angesichts seiner geplanten Verwendung als Hauptlaufwerk in Serversystemen eine nette Geste ist; Viele PCIe-SSD-Lösungen sind nicht bootfähig. OCZ bietet auch mit dem Laufwerk ein enormes Maß an Flexibilität: Es gibt sowohl Optionen mit voller als auch mit halber Höhe, wobei das R4 mit voller Höhe in Kapazitäten von 800 GB, 1.6 TB und 3.2 TB erhältlich ist und gleichzeitig acht SandForce-Controller nutzt. Der halbhohe R4 ist in den Kapazitäten 300 GB, 600 GB und 1.2 TB erhältlich, nutzt vier SandForce-Controller und ist größtenteils für den Einsatz in 1U-Servern konzipiert. 

Auf der Softwareseite hat OCZ eine Menge Geheimtipps im Spiel, um nicht nur die Leistung der SSD zu steigern, sondern auch den Overhead wie CPU-Auslastung und Stromverbrauch zu reduzieren. OCZ behauptet, dass ihr SuperScale-Speicherbeschleuniger die Host-CPU-Last im Vergleich zu konkurrierenden PCIe-Angeboten reduziert. Dies ermöglicht auch einen optimierteren Datenpfad, was den Nebeneffekt einer höheren Speicherleistung hat. Der Z-Drive R4 nutzt außerdem ein effizientes Energieverwaltungssystem, das weniger Kühlung (90 vs. 300 LFM) und weniger Strom benötigt. Das Z-Drive arbeitet innerhalb der 26-W-Leistungsgrenzen von PCIe, selbst bei Spitzenleistungen, während einige konkurrierende Laufwerke zusätzliche Leistung benötigen oder die Schreibgeschwindigkeit gedrosselt wird.

RM88 (volle Höhe) Spezifikationen:

• Erhältlich in den Konfigurationen 800 GB, 1.6 TB und 3.2 TB
• PCI Express Gen. 2 x8
• PCIe-kompatibel mit voller Höhe und 3/4-Länge
• OCZ SuperScale-Speichercontroller
• NAND-Controller: 8 x SandForce SF-2200 SSD-Prozessoren
• Abmessungen (L x B x H): 242 x 98.4 x 17.14 mm
• Gewicht: 283g
• Stromverbrauch: 23 W im Leerlauf, 26 W aktiv

RM84 (Halbhöhe) Spezifikationen

• Erhältlich in den Konfigurationen 300 GB, 600 GB und 1.2 TB
• PCI Express Gen. 2 x8
• PCIe-kompatibel mit halber Höhe und halber Länge
• OCZ SuperScale-Speichercontroller
• NAND-Controller: 4 x SandForce SF-2200 SSD-Prozessoren
• Abmessungen (L x B x H): 168.55 x 68.91 x 17.14 mm
• Gewicht: 131g
• Stromverbrauch: 14.5 W im Leerlauf, 16 W aktiv

Weitere technische Daten

• MLC NAND-Blitz
• OCZ VCA 2.0-Architektur
• TRIM/SCSI-Zuordnung aufheben (erfordert Betriebssystemunterstützung)
• Schutz vor Stromausfällen mit DataWrite Assurance-Technologie
• Verschlüsselung: 128-Bit- und 256-Bit-AES-konform
• ECC-Wiederherstellung
• SMART-Unterstützung mit Enterprise-Attributen
• MTBF: 2,000,000 Stunden
• 3 Jahre Produktgarantie
• Kompatibel mit Windows 7, Windows Server 2008, Linux Red Hat Enterprise 6.1
• Betriebstemperatur: 0 ° C ~ 70 ° C
• Lagertemperatur: -45 ° C ~ 85 ° C

Designen und Bauen

Das 1.6 TB große OCZ Z-Drive R4, das wir zum Test erhalten haben, ist eine PCIe-x3-Karte voller Höhe und 4/8-Länge mit Tochterplatine. Basierend auf acht SandForce SF-2200-Prozessoren, der OCZ VCA 2.0-Architektur und 1.6 TB NAND ist auf dieser Karte außer den Laufwerksmaterialien kaum noch Platz übrig.

OCZ hat beim Design hervorragende Arbeit geleistet und die Komponenten innerhalb der Kartengrenzen platziert, um Interferenzen mit anderen im Computer installierten Geräten zu minimieren. Ein weiteres Merkmal (oder eher dessen Fehlen) ist, dass die Z-Drive R4 ihre gesamte Stromversorgung über den PCIe-Steckplatz selbst bezieht und keine externe Stromversorgung benötigt. Dadurch werden zusätzliche Bauteile und potenzielle Fehlerquellen minimiert, und die R4 zeichnet sich zudem durch einen relativ geringen Stromverbrauch aus. Das zuvor getestete Fusion-io-Laufwerk benötigt hingegen für volle Leistung eine zusätzliche Stromversorgung.

Die Kühlung erfolgt beim Z-Drive R4 vollständig passiv, wobei Kühlluft aus dem Gehäuse selbst genutzt wird, Luft von der Vorderseite der Karte über das NAND und die Controller und aus dem Gitter gedrückt wird, das Teil der PCIe-Montagehalterung ist. Bei einem maximalen Stromverbrauch von 26 W ist der R4 für nur 90 LFM Luft ausgelegt, um unter Last innerhalb seines Betriebstemperaturbereichs zu bleiben.

Demontage

Die Innenteile des OCZ Z-Drive R4 sind nahezu vollständig sichtbar, ohne dass das Laufwerk selbst zerlegt werden muss. Angesichts des hohen Preises dieses Artikels haben wir uns dafür entschieden, die Tochterplatine angeschlossen zu lassen, da wir aufgrund der symmetrischen Anordnung der Teile selbst teilweise verdeckte Elektronik auf der Platine leicht erkennen konnten.

Im Grunde besteht das R4 im Wesentlichen aus acht SSDs, die auf derselben Platine montiert sind. Die 1.6 TB große Benutzerkapazität des R4 besteht aus 2,048 GB rohem NAND, aufgeteilt auf 128 16 GB Intel IMFT 25 nm NAND-Stücke, davon sechzehn pro SandForce SF-2282-Prozessor.

Synthetische Benchmarks

Angesichts der höheren Leistungsfähigkeit einer PCIe-SSD wie der OCZ Z-Drive R4 haben wir unsere Standardtestmethoden über die Art und Weise, wie wir einzelne Enterprise-SSDs einem Stresstest unterziehen, leicht geändert. Um die Karte vollständig auszulasten, mussten wir die I/O-Last durch mehrere Manager und Worker in IOMeter erhöhen, andernfalls sehen wir möglicherweise nicht das volle Potenzial dieses Laufwerks. Die von uns entwickelte Methode, die es uns ermöglichte, weiterhin mit dem Laufwerk in einem unformatierten Setup zu arbeiten, bestand darin, zwei Manager und zwei Arbeiter mit demselben 5-GB-LBA-Segment zu verbinden. Dies ermöglichte es uns, den Z-Drive R4 vollständig auszulasten und Geschwindigkeiten zu erreichen, für die das Laufwerk beworben wurde.

Wir haben den synthetischen IOMeter-Testteil dieser Rezension in zwei Teile aufgeteilt. Der erste sind unsere standardmäßigen Tests mit geringer Warteschlangentiefe, die bei einem QD=1-Level auf einzelnen Laufwerken und auf PCI-e-SSDs auf einem QD=4-Level bei gegebener Manager/Worker-Thread-Anzahl durchgeführt werden. Die ersten Tests entsprechen eher Einzelbenutzerumgebungen, wohingegen höhere Warteschlangentiefenbereiche in der zweiten Hälfte eher dem entsprechen, was die Karte in einem Server-Setup mit gestapelten E/A-Anfragen sehen würde.

OCZ bietet zwei Versionen des Z-Drive R4 an; eine in voller Höhe und eine in halber Höhe. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Modellen ist neben der physischen Kartenhöhe die Anzahl der SandForce SF-2200-Prozessoren. Der RM88 Z-Drive R4 mit voller Bauhöhe verfügt über acht Prozessoren, während sein kleinerer RM84-Bruder mit halber Bauhöhe nur über vier verfügt. Zwischen diesen beiden Modellen ist zwar mit einem Leistungsabfall zu rechnen, dieser ist aber glücklicherweise nicht linear. Der RM88 erreicht Spitzenwerte bei 2,800 MB/s sequentiellem Schreiben und 410,000 IOPS zufälligem 4K-Schreiben, während der RM84 bei 2,000 MB/s und 250,000 IOPS abfällt. Unter der Haube steckt zwar die Hälfte der SandForce-Leistung, die sequenzielle Schreibgeschwindigkeit sinkt jedoch nur um 28 % und die zufällige 39K-Schreibgeschwindigkeit um 4 %, was zum großen Teil der SuperScale-Speicherbeschleunigertechnologie von OCZ zu verdanken ist.

RM88 Max. Leistungsdaten

• Lesen: Bis zu 2,800 MB/s
• Schreiben: Bis zu 2,800 MB/s
• Zufälliges 4K-Schreiben: 410,000 IOPS
• Maximale IOPS: 500,000

RM84 Maximale Leistung

• Lesen: Bis zu 2,000 MB/s (28 % niedriger als RM88)
• Schreiben: Bis zu 2,000 MB/s 
• Zufälliges 4K-Schreiben: 250,000 IOPS (39 % niedriger als RM88)
• Maximale IOPS: 260,000

Mit beworbenen sequenziellen Lese- und Schreibgeschwindigkeiten von 2,800 MB/s ist die OCZ Z-Drive R4 ein wahres Kraftpaket mit NAND-Speicher. Unser bisher schnellstes Modell war die Fusion-io ioDrive Duo mit einer maximalen Lesegeschwindigkeit von 1,550 MB/s; die Z-Drive R4 ist also in puncto sequenzieller Bandbreite fast doppelt so schnell. Um die Leistung im linearen Datenverkehr zu testen, verwendeten wir IOMeter mit einem 4K-ausgerichteten sequenziellen 2-MB-Übertragungstest bei einer effektiven Warteschlangenlänge von 4.

Wir haben auf dem R2,883 eine Höchstgeschwindigkeit von 2,634 MB/s beim Lesen und 4 MB/s beim Schreiben gemessen, womit es sowohl bei sich wiederholenden als auch bei inkomprimierbaren Datentests deutlich an der Spitze vor dem ioDrive Duo liegt. Die Lesegeschwindigkeit wurde sogar um 83 MB/s übertroffen, obwohl die Schreibgeschwindigkeit um 166 MB/s zurückblieb.

Unser nächster Test befasst sich mit zufälligen Übertragungen großer Blöcke, behält aber weiterhin die Übertragungsgröße von 2 MB bei. Aufgrund des Fehlens interner beweglicher Teile bei SSDs ändern sich diese Werte über unseren sequentiellen Übertragungstest hinaus kaum.

Im zufälligen 2-MB-Übertragungstest schaffte das OCZ Z-Drive R4 immer noch beeindruckende 2,836 MB/s beim Lesen und 2,613 MB/s beim Schreiben gegenüber den 1,528 MB/s beim Lesen und 1,017 MB/s beim Schreiben des ioDrive Duo.

Unser nächster Test befasst sich sowohl mit 4K-Zufallslese-/schreibvorgängen mit geringer Warteschlangentiefe als auch mit Spitzenwerten für die Warteschlangentiefe aller PCI-e-SSDs, die wir in unserem Labor getestet haben.

Bei einem QD=4-Startpunkt hatte das ioDrive Duo einen Vorsprung von nahezu 100 % vor dem Z-Drive R4. Seien Sie jedoch noch nicht zu voreilig, einen Spitzenreiter zu nennen, da der Z-Drive R4 zu diesem Zeitpunkt gerade erst aufgewärmt wird. In der 4K MAX IOPS-Tabelle unten hat der R4 die Spitzenleistung des ioDrive Duo mit einer Spitzengeschwindigkeit von 308 IOPS beim Lesen und 297 IOPS beim Schreiben mehr als verdoppelt, gegenüber nur 116 IOPS beim Lesen und 225 IOPS beim Schreiben.

Ein interessanter Bereich, den man sich beim OCZ Z-Drive R4 ansehen sollte, ist die Geschwindigkeit seiner zufälligen 4K-Leistung bei Spitzenlast von QD=64 (QD=265 mit Manager/Worker-Verteilung). Vielleicht fragen Sie sich zunächst, warum die Leistung erst bei 300 lag. Die Antwort ist, dass sie so schnell war, dass sie die Obergrenze dessen erreichte, was der Intel Core i5-2300-Prozessor in unserem Intel-Testgerät verarbeiten konnte. Da ein einzelnes Laufwerk endlich in der Lage ist, die Grenzen unserer Prüfstandshardware zu erweitern, arbeiten wir jetzt an Plänen für ein neues Rig der Enterprise-Klasse für High-End-Geräte wie das Z-Drive in zukünftigen Tests.

Angesichts der starken QD=4-Leistung des ioDrive Duo war es keine Überraschung, in unserer Tabelle niedrigere Latenzwerte als beim Z-Drive R4 zu sehen. Die Unterschiede in der Spitzenlatenz können wahrscheinlich auf NAND- und Controller-Unterschiede zurückgeführt werden, insbesondere da der R4 über acht SandForce-Prozessoren verfügt, die miteinander synchronisiert werden müssen, im Vergleich zu nur zwei Controllern beim ioDrive Duo.

Wir haben uns außerdem entschieden, die CrystalDiskMark-Ergebnisse auf jedem dieser Laufwerkstests mit randomisierten Daten anzuzeigen. Diese Art von Benchmark ist eindeutig nicht der optimale Test für eine Unternehmens-SSD, die in einer Multithread-Umgebung erfolgreich ist, aber es macht trotzdem Spaß, sie beim Vergleich der Ergebnisse mit Client-Laufwerken zu verwenden.

Die nächste Hälfte unserer synthetischen Benchmarks sind Rampentests, die die Leistung von frühen Warteschlangentiefen bis zu einem Maximum von 64 (QD=256) oder 128 (QD=512) abdecken. In diesem Abschnitt finden Sie auch unsere Serverprofiltests, die von Anfang an zeigen sollen, wie gut Enterprise-Produkte unter anspruchsvollen gemischten Serverlasten funktionieren.

Der Unterschied zwischen dem Z-Drive R4 und dem ioDrive Duo wird im erweiterten zufälligen 4K-Lese- und Schreibtest deutlich. In den unteren Warteschlangentiefenbereichen liegt das Duo über dem R4, obwohl der Kreuzungspunkt, an dem das R4 oben herauskommt, beim oder während des Wechsels von QD=2 zu QD=4 liegt. Danach erreicht der R4 schnell seine höchste aufgezeichnete Geschwindigkeit.

Im nächsten Abschnitt betrachten wir unsere Serverprofiltests, die im Gegensatz zum Test mit zufälligen Lese-/Schreibzugriffen auf 4K gemischte Arbeitslastprofile umfassen. In jedem dieser Szenarien ist das Z-Drive R4 dem ioDrive Duo und dem älteren LSI WarpDrive SLP-300 so weit überlegen , dass man sie kaum als vergleichbar wahrnimmt.

Benchmarks aus der Praxis

Wenn Sie neu bei StorageReview sind, konzentrieren wir uns vor allem auf die Leistung eines bestimmten Laufwerks unter realen Bedingungen. Um wirklich zu sehen, wie Laufwerke unter normaler Arbeitslast funktionieren, müssen Sie den genauen Datenverkehr aufzeichnen, der zum und vom Gerät weitergeleitet wird, und diesen dann zum Vergleich der Laufwerke miteinander verwenden. Aus diesem Grund haben wir uns an unsere StorageMark 2010-Traces gewandt, die Consumer-Traces für HTPC-, Produktivitäts- und Gaming-Szenarien und jetzt auch Business-Traces beginnend mit einem neuen Mailserver-Szenario umfassen, um unseren Lesern dabei zu helfen, herauszufinden, wie gut ein Laufwerk unter ihnen funktionieren könnte Bedingungen. Wir haben auch einen neuen Enterprise-Trace, den wir nach den kundenorientierten Tests einführen werden.

Für unsere realen Benchmarks haben wir die gleichen Laufwerke in der Aufstellung belassen, obwohl unser Mailserver-Trace nach der Überprüfung des LSI WarpDrive veröffentlicht wurde und dieser nicht in diesen Test einbezogen wurde.

Der erste reale Test ist unser HTPC-Szenario. In diesem Test umfassen wir: die Wiedergabe eines 720P-HD-Films im Media Player Classic, die Wiedergabe eines 480P-SD-Films in VLC, das gleichzeitige Herunterladen von drei Filmen über iTunes und die Aufzeichnung eines 1080i-HDTV-Streams über einen Zeitraum von 15 Minuten über Windows Media Center. Höhere IOps- und MB/s-Raten mit geringeren Latenzzeiten werden bevorzugt. In dieser Ablaufverfolgung haben wir aufgezeichnet, dass 2,986 MB auf das Laufwerk geschrieben und 1,924 MB gelesen wurden.

Das OCZ Z-Drive R4 hatte keine Probleme, in unserem HTPC-Trace an der Spitze zu bleiben. Mit einer fast doppelt so hohen Geschwindigkeit wie das ioDrive Duo erzielte das R4 eine beeindruckende Durchschnittsgeschwindigkeit von 1,254 MB/s.

Unser zweiter realer Test befasst sich mit der Festplattenaktivität in einem Produktivitätsszenario. Im Grunde genommen zeigt dieser Test die Laufwerksleistung bei normaler täglicher Aktivität für die meisten Benutzer. Dieser Test umfasst: einen dreistündigen Zeitraum in einer Büroproduktivitätsumgebung mit 32-Bit-Vista mit Outlook 2007, verbunden mit einem Exchange-Server, Surfen im Internet mit Chrome und IE8, Bearbeiten von Dateien in Office 2007, Anzeigen von PDFs in Adobe Reader und eine Stunde lokale Musikwiedergabe mit zwei Stunden zusätzlicher Online-Musik über Pandora. In dieser Ablaufverfolgung haben wir aufgezeichnet, dass 4,830 MB auf das Laufwerk geschrieben und 2,758 MB gelesen wurden.

Der R4 hat in unserem Produktivitätstest durchschnittlich 854 MB/s gemessen und hatte keinerlei Probleme, über dem Durchschnitt zu bleiben.

Unser dritter clientbasierter Praxistest deckt die Festplattenaktivität in einer Spieleumgebung ab. Im Gegensatz zum HTPC- oder Produktivitäts-Trace hängt dieser stark von der Leseleistung eines Laufwerks ab. Um eine einfache Aufschlüsselung der Lese-/Schreibprozentsätze zu geben: Der HTPC-Test umfasst 64 % Schreiben, 36 % Lesen, der Produktivitätstest 59 % Schreiben und 41 % Lesen, während der Gaming-Trace 6 % Schreiben und 94 % Lesen umfasst. Der Test besteht aus einem mit Steam vorkonfigurierten Windows 7 Ultimate 64-Bit-System, auf dem Grand Theft Auto 4, Left 4 Dead 2 und Mass Effect 2 bereits heruntergeladen und installiert sind. Der Trace erfasst die starke Leseaktivität jedes Spiels, das von Anfang an geladen wird, sowie Texturen im Verlauf des Spiels. In dieser Ablaufverfolgung haben wir aufgezeichnet, dass 426 MB auf das Laufwerk geschrieben und 7,235 MB gelesen wurden.

Bei unserem letzten clientbasierten Festplatten-Trace hatte das Z-Drive R4 mit durchschnittlich 1,184 MB/s erneut einen starken Vorsprung, während das gestreifte ioDrive Duo mit 898 MB/s dahinter lag.

Unser erster Enterprise-Trace deckt eine Microsoft Exchange-Mailserverumgebung ab. Wir haben die Aktivität unseres StorageReview-Mailservers über einen Zeitraum von einigen Tagen erfasst. Diese Serverhardware besteht aus einem Dell PowerEdge 2970 mit Windows Server 2003 R2-Umgebung, der mit drei 73 GB 10 SAS-Festplatten in RAID5 auf dem integrierten Dell Perc 5/I-Controller betrieben wird. Der Trace besteht aus vielen kleinen Übertragungsanfragen mit einer starken Leselast von 95 % und 5 % Schreibverkehr.

In unserem Mailserver-Trace scheint es, dass sich der Vorteil, den das OCZ Z-Drive R4 in den ersten Trace-Wiedergabeszenarien hatte, geändert hat, wobei das ioDrive Duo sowohl in Single- als auch in Stripeset-Konfigurationen einen starken Vorsprung hat.

Fazit

Das OCZ Z-Drive R4 hat uns die ganze Zeit, in der wir es in unserem Labor hatten, einfach nur beeindruckt, denn es hat im wahrsten Sinne des Wortes so gut funktioniert, dass es unser System kaputt gemacht hat und uns dazu gezwungen hat, die Art und Weise, wie wir künftig Unternehmens-PCIe-Lösungen testen, zu überdenken. Es hat die Konkurrenz in fast jedem Test deutlich hinter sich gelassen, eine ziemliche Leistung, wenn man bedenkt, dass das Z-Drive R4 35–40 % weniger kostet als das Fusion-io ioDrive Duo. Das Z-Drive R4 setzte sich auch gegen die LSI-Enterprise-PCIe-Lösung durch, die über SandForce-Prozessoren verfügt, die eine Generation alt sind, aber immer noch etwa viermal so viel pro GB kosten.

Hier zeigt OCZ seine Brillanz – das Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten. OCZ hat sich für kostengünstigeres MLC NAND entschieden und die neuesten SandForce SF-2282-Prozessoren mit Software wie dem SuperScale-Speicherbeschleuniger eingebaut, der die CPU-Auslastung und den Stromverbrauch reduziert und gleichzeitig den wirklich unübertroffenen Durchsatz steigert. 

Als ob OCZ noch mehr Pfeile im Köcher bräuchte, ist das Z-Drive R4 mit riesigen Kapazitäten erhältlich, bis zu 3.2 TB in der Full-Size-Karte und 1.2 TB in der Half-Height-Karte – was die meisten anderen Unternehmen nicht einmal anbieten. Das Laufwerk ist außerdem bootfähig, sodass kein zusätzliches Systemlaufwerk erforderlich ist und es ist keine sekundäre Stromquelle für die volle Leistung erforderlich, wie dies bei einigen anderen PCIe-SSDs für Unternehmen der Fall ist. 

Vorteile

• Unglaublich schnell, in manchen Szenarien mehr als doppelt so schnell wie die Konkurrenz
• Der Preis ist mit 7 $/GB sehr konkurrenzfähig
• Keine externe Stromversorgung erforderlich
• Bootfähig

Nachteile

• Einige Verlangsamungen in nicht für 4K optimierten Situationen

Fazit

Der OCZ Z-Drive R4 ist einfach unglaublich. Das Preis-Leistungs-Verhältnis ist unschlagbar, keine andere Enterprise-PCIe-SSD kann bei dieser Messung auch nur mit der OCZ Z-Drive R4 mithalten. OCZ hat die Kunst der Kombination von Hardware und Software für eine meisterhafte Enterprise-SSD neu definiert. 

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