Die Seagate Enterprise Turbo SSHD ist eine 2.5-Zoll-15K-SAS-Festplatte mit 32 GB eMLC-Flash, die sich auf außergewöhnliche Dollar-zu-IOPS-Leistung und Kapazität konzentriert. Mit einer geschätzten Leistungssteigerung von 300 % gegenüber einer Festplatte mit 15,000 U/min ist die Enterprise Turbo SSHD spezialisiert in geschäftskritischen Transaktionsumgebungen (OLTP, VDI, SAP HANA) und ist gleichzeitig deutlich kostengünstiger als eine vergleichbare SSD-Lösung. Die Vorteile einer Verbindung zwischen HDD und SSD werden mit der Enterprise Turbo SSHD deutlich: die Leistung und Geschwindigkeitssteigerungen, die man von einer SSD erwarten würde, bei Preis und Kapazität einer Festplatte.
Der eigentliche Beweggrund für die gesteigerte Leistung der Seagate Enterprise Turbo SSHD ist ihr NAND-Caching. Mit 32 GB eMLC-Lesecache ist der Enterprise Turbo in der Lage, „heiße“ Daten im NAND zu speichern und so eine schnellere Bereitstellung zu ermöglichen, die sonst von den Platten möglich wäre. Seagate möchte außerdem Leistungsengpässe beheben, indem es das Caching auf I/O-Ebene durchführt, während sein AMT-Algorithmus dafür sorgt, dass heiße Daten intelligent und korrekt für das Caching identifiziert werden. Zusätzliche 8 MB NVC-gestützter Schreibcache (nichtflüchtiger Cache) tragen zur weiteren Verbesserung der Leistung bei und sind vor unerwartetem Stromausfall geschützt. Im Falle eines solchen Stromausfalls nutzt das Laufwerk die Energie des Spindelmotors, um ausstehende Schreibvorgänge in den NV-Speicher zu löschen. Seagate versichert, dass der Verschleiß des NAND in diesem Fall vernachlässigbar sein wird, da Stromausfälle in einem Unternehmensumfeld äußerst selten sind.
Die Integration der Enterprise Turbos von Seagate in die bestehende Infrastruktur erfordert lediglich die Installation der Laufwerke. Es sind keine zusätzlichen Treiber, Software oder Konfiguration erforderlich. Zur einfachen Bereitstellung passt auch eine beeindruckende Reihe an Sicherheitsfunktionen. Die Turbo-Laufwerke sind ohne Verschlüsselung, mit Verschlüsselung oder mit FIPS erhältlich. Für die Laufwerke gilt außerdem eine fünfjährige Garantie.
Seagate hat die Technologie für Hybrid-Festplatten – oder Solid-State-Hybrid-Festplatten, wie Seagate sie nennt – klar im Griff. Um den Gesamtnutzen von Turbo zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, wie diese in den Markt für Unternehmensspeicher insgesamt passen. Seagate bietet bereits Standardfestplatten mit 10 und 15 U/min an. Dieser Markt steht jedoch unter starkem Druck von SSDs, insbesondere im Bereich der 15-U/min-Festplatten, da SSDs massive Verbesserungen bei Leistung, Betriebskosten und Speicherkapazität bieten. Tatsächlich zielen große Anbieter von Arrays gezielt auf den Bereich der Hochgeschwindigkeits-Spindel-Festplatten ab, indem sie diese durch Flash-Speicher ersetzen und so die gleiche Leistung bei allen genannten Vorteilen erzielen. Dell Compellent ist in diesem Bereich wohl einer der prominentesten Anbieter , aber andere ziehen nach.
Das bedeutet jedoch nicht, dass die 10k/15k-Festplattenklasse sofort verschwinden wird, denn es gibt weiterhin viele Gründe, sie zu produzieren. In den meisten Unternehmensanwendungen bieten diese Festplatten ausreichend Leistung zu einem im Vergleich zu Flash-Speichern günstigen Preis pro GB, und ihre Lebensdauer ist unbestritten. Die Vorteile der 10k-Klasse sind aufgrund der Innovationen in Leistung und Speicherdichte weiterhin etwas stärker. Die Savvio 10K.7 beispielsweise übertraf die Vorgängergeneration um 33 % in der Kapazität und bietet eine hervorragende Kombination aus Durchsatz und Latenz bei einer Kapazität von 1.2 TB. Die Argumente für die 15k-Klasse sind hingegen schwieriger zu vertreten, da die Kapazität begrenzt ist, ein höherer Preis anfällt und branchenweit weniger in Innovationen für diese Plattformen investiert wird.
Es gibt jedoch noch eine weitere Überlegung, wenn man über den Platz von Flash und Festplatten im Rechenzentrum nachdenkt: Caching-Lösungen. Abgesehen von Array-Anbietern, die eine integrierte Tiering- oder Caching-Lösung anbieten, gibt es scheinbar ein endloses Angebot an hostinternen oder verteilten serverseitigen Caching-Lösungen, die irgendeine Form von Software und Flash vor einem herkömmlichen Platter-basierten Array nutzen. Der Trick dabei ist jedoch, dass fast alle dieser Lösungen nur Lese-Cache verwenden und diejenigen, die Schreib-Caching betreiben, dies auf eine Weise tun, die gelinde gesagt unkonventionell sein kann. Es besteht auch die Notwendigkeit, die Lizenzierung, die Installation von Software/Hardware und die Einbindung von Flash bis zu einem gewissen Grad in jeden Rechenknoten/Server zu klären.
Diese Übersicht über die wichtigsten Aspekte von Hochleistungsspeichern hilft dabei, die Position der Enterprise Turbo im Speichermarkt zu verdeutlichen. Die Turbo basiert auf einer bekannten Plattform, der Seagate 15K 600GB-Festplatte, und ist mit langlebigkeitsoptimiertem eMLC-NAND ausgestattet, um eine integrierte Lösung für das Lesecaching zu bieten. Die Integration ist der Schlüssel: Die Festplatten lassen sich einfach in jedes kompatible System einbauen, und das System profitiert von einer deutlich höheren Leistung. Wer uns auf Twitter folgt , weiß bereits aus unseren ersten Einschätzungen, dass dies in manchen Fällen eine mehr als doppelt so hohe Leistung bedeutet. Angesichts der geringen NAND-Speicherkapazität ist das beachtlich. Das ist natürlich nur ein kleiner Vorgeschmack. Detaillierte Ergebnisse und Vergleiche mit den gängigen 10K-Festplatten von Seagate folgen weiter unten.
Der Turbo wird mit Kapazitäten von 300 GB, 450 GB und 600 GB geliefert. Unsere Testgeräte umfassen sechzehn der 600-GB-Kapazität. OEM-Muster des Enterprise Turbo werden jetzt ausgeliefert und die Massenproduktion wird Mitte 2014 beginnen.
Enterprise Turbo SSHD-Spezifikationen
- Kapazitäten
- 600 GB (ST600MX0004)
- 450 GB (ST450MX0004)
- 300 GB (ST300MX0004)
- Formfaktor: 2.5", 15 mm
- Schnittstelle: SAS 6 Gbit/s
- Verschlüsselung: Keine, Standardverschlüsselung oder FIPS
- SSD-Cache: 32 GB eMLC-Lesecache, 8 MB NVC-gestützter Schreibcache
- Puffer: 128 MB DRAM
- U/min: 15,000
- IOPS: Bis zu 900
- MTBF/AFR: 2 Millionen, 44 %
- Garantie: 5 Jahr
Designen und Bauen
Oberflächlich betrachtet sieht die Seagate Turbo SSHD aus wie jede andere Standard-Enterprise-Festplatte. Natürlich hat es noch viel mehr zu bieten, da der 32 GB NAND-Cache auf der Platine versteckt ist. Der Turbo folgt dem traditionellen 2.5-Zoll-Formfaktor mit 15 mm Z-Höhe und ist daher mit allen Systemen kompatibel, die für die Verwendung von Enterprise-Festplatten konzipiert sind.
Im Inneren der Seagate Turbo SSHD ist der primäre Controller ein Marvell-Chipsatz mit dem großen 32-GB-Samsung-eMLC-NAND-Paket.
Hintergrund und Vergleiche testen
SAS-Enterprise-HDD-Vergleichswerte für diesen Test:
- HGST Ultrastar C10K900 900 GB
- Seagate Savvio 10K.6 900 GB
- Seagate Savvio 10K.7 1.2 TB
- Toshiba MBF2600RC 600 GB
- Toshiba MK01GRRB 147 GB
Alle Enterprise-HDDs werden für jeden Test auf derselben Testplattform bewertet.
Für unsere synthetischen FIO-Tests verwenden wir unseren ThinkServer RD240, konfiguriert mit:
- 2 x Intel Xeon X5650 (2.66 GHz, 12 MB Cache)
- Windows Server 2008 Standard Edition R2 SP1 64-Bit und CentOS 6.2 64-Bit
- Intel 5500+ ICH10R Chipsatz
- Speicher – 8 GB (2 x 4 GB) 1333 MHz DDR3 registrierte RDIMMs
- LSI 9211 SAS/SATA 6.0 Gbit/s HBA
Die Anwendungstests laufen jeweils in einer eigenen Umgebung ab, die auf der jeweiligen Benchmark-Seite detailliert beschrieben wird . Bei Tests mit 16 Laufwerken wurde der Umgebung ein iXsystems Titan 316J JBOD hinzugefügt und über ein externes SAS-Kabel mit dem entsprechenden Cluster verbunden.
Analyse der Anwendungsleistung
Im Enterprise-Markt besteht ein erheblicher Unterschied zwischen den Leistungsangaben auf dem Papier und der tatsächlichen Performance in einer produktiven Umgebung. Wir wissen, wie wichtig die Bewertung von Speicherlösungen als Komponente größerer Systeme ist, insbesondere im Hinblick auf deren Reaktionsfähigkeit bei der Interaktion mit wichtigen Unternehmensanwendungen. Zu diesem Zweck haben wir Anwendungstests eingeführt, darunter unseren proprietären MarkLogic NoSQL Database Storage Benchmark , MySQL-Performance-Tests mit SysBench , SQL-Server-Performance-Tests mit Benchmark Factory sowie VMmark-Virtualisierungs-Performance-Tests von VMware.
In der MarkLogic NoSQL-Datenbankumgebung testen wir schnelle Speicherlösungen mit einer nutzbaren Kapazität größer oder gleich 700 GB. Unsere NoSQL-Datenbank benötigt zum Arbeiten etwa 650 GB freien Speicherplatz, der gleichmäßig auf vier Datenbankknoten verteilt ist. In unserer Testumgebung verwenden wir einen SCST-Host und präsentieren jedes Gerät in JBOD, wobei jedem Datenbankknoten ein Gerät oder eine Partition zugewiesen ist. Der Test wiederholt sich über 24 Intervalle und erfordert insgesamt zwischen 36 und 48 Stunden für die Fahrten in dieser Kategorie. Bei der Messung der von der MarkLogic-Software erkannten internen Latenzen zeichnen wir sowohl die gesamte durchschnittliche Latenz als auch die Intervalllatenz für jedes Laufwerk auf.
Im Vergleich der durchschnittlichen Latenz der Seagate Turbo SSHD im RAID10-Verbund mit zwei herkömmlichen 10K- und 15K-SAS-Festplatten bietet die Turbo eine deutlich höhere Leistung. Würde man in diesem Szenario eine herkömmliche 15K-SAS-Festplatte verwenden, stiege die Latenz um 64 %; bei einer 10K-SAS-Festplatte sogar um 148 %. Auch in unserem MarkLogic NoSQL-Benchmark-Ranking aller getesteten Geräte schneidet die Seagate Turbo SSHD besser ab als einige vergleichbare SSDs.
Betrachtet man die detaillierte Latenzansicht der Seagate Turbo SSHD in unserem NoSQL-Benchmark, konnten die Hybridlaufwerke eine enge und konsistente Spanne beibehalten, selbst als der Test sich über zwei Tage hinzog.
Beim Übergang zu einem herkömmlichen 15-KByte-SAS-Laufwerk in RAID10 verbesserte sich die Latenzansicht in jedem Testintervall erheblich.
Bei herkömmlichen 10K-SAS-Laufwerken in RAID10 wird das Gesamtbild der Latenz sogar noch schlimmer, wenn sich die Zeiten mehr als verdoppeln.
Unser nächster Anwendungstest besteht aus einem Percona MySQL-Datenbanktest mit SysBench , der die OLTP-Performance misst. In dieser Testkonfiguration verwenden wir mehrere Lenovo ThinkServer RD630 und laden eine Datenbankumgebung auf ein einzelnes SATA-, SAS- oder PCIe-Laufwerk oder auf mehrere HDDs mithilfe einer LSI 9286-8e RAID-Karte. Dieser Test misst die durchschnittliche Transaktionsrate (TPS), die durchschnittliche Latenz sowie die durchschnittliche Latenz im 99. Perzentil über einen Bereich von 2 bis 32 Threads. Percona und MariaDB nutzen in den neuesten Versionen ihrer Datenbanken die Fusion-io-Flash-fähigen Anwendungs-APIs. Für diesen Vergleich testen wir jedoch jedes Gerät im herkömmlichen Block-Storage-Modus.
Bei einem funktionierenden Datenbank-Footprint von etwa 260 GB haben wir die Leistung sowohl in RAID10 als auch in RAID00 mit der Seagate Turbo SSHD untersucht. Obwohl wir RAID00 niemals für eine Produktionsumgebung empfehlen würden, wurde seine Verwendung gewählt, um zu zeigen, wie die Leistung von RAID10 mit einer größeren Festplattengruppe von 32 Laufwerken sein könnte. Mit 32 GB eMLC pro Festplatte waren in unserer RAID256-Konfiguration etwa 10 GB und in unserer RAID512-Konfiguration etwa 00 GB nutzbar. Im Vergleich zur Seagate Savvio 10K.7 1.2 TB 10K SAS-Festplatte konnte die Seagate Turbo SSHD einen deutlich höheren Durchsatz bieten und erreichte einen Spitzenwert von 1,267 TPS in RAID00 oder 959 TPS in RAID10, verglichen mit der 10K SAS, die einen Spitzendurchsatz von 401 TPS erreichte.
Bei der Messung der durchschnittlichen Latenz in unserem Sysbench-MySQL-Test skalierte die Seagate Turbo SSHD von 17.36 ms bei 2 Threads auf 33.35 ms bei RAID10, während RAID00 von 13.19 ms auf 25.25 ms skalierte.
Beim Vergleich der 99. Perzentil-Latenz während des TPC-C-Sysbench-Tests konnte die Seagate Turbo SSHD die Dinge deutlich ruhiger halten als das herkömmliche 10K-SAS-Array.
Unser nächster Datenbanktest befasst sich mit der Leistung in der SQL Server-Umgebung von Microsoft, die eine SQL Server-Datenbank mit 685 GB (Maßstab 3,000) nutzt und die Transaktionsleistung und Latenz mit einer VU-Last von 30,000 misst. Wir beziehen auch Ergebnisse aus einer kleineren SQL Server-Datenbank mit 333 GB (Maßstab 1,500) ein, um den Cache besser an die Arbeitslast anzupassen.
Betrachtet man die Transaktionsleistung jeder Laufwerkskonfiguration, ist der Leistungsfortschritt zwischen dem Savvio 10k.7 und dem Turbo SSHD nur 14 % höher, obwohl der Unterschied, wie wir weiter unten bei der Betrachtung der Latenz sehen werden, viel größer ist.
Beim Vergleich der durchschnittlichen Latenz zwischen den einzelnen Speicherkonfigurationen bot die Seagate Turbo SSHD in RAID10, wie oben gezeigt, einen leichten TPS-Anstieg, obwohl der Latenzabfall viel dramatischer ausfiel. Die durchschnittliche Latenz sank im Vergleich zum 37-KByte-SAS-Laufwerk um 10 %, und wenn man sich auf die RAID00-Konfiguration konzentrierte, sank die Latenz um erstaunliche 88 %.
Beim Übergang zu einer kleineren Datenbankgröße, die besser zur NAND-Cache-Größe in unserer RAID10-Konfiguration der Turbo SSHD passt, sehen wir den TPS-Unterschied zwischen Turbo RAID00 und RAID10, und Savvio 10K.7 RAID10 ist nicht so groß, wenn auch wieder die meisten Der Unterschied hinter den Kulissen liegt im Aspekt der Latenz.
Beim Vergleich der durchschnittlichen Latenz in unserem SQL Server TPC-C-Benchmark mit einer Last von 15,000 VU bot die Seagate Turbo SSHD eine Verbesserung von 17 % im Vergleich zum 10K.7 RAID10-Speicherpool oder 80 % bei Konfiguration in RAID00.
Unser VMmark-Protokoll verwendet eine Reihe von Untertests, die auf allgemeinen Virtualisierungs-Workloads und Verwaltungsaufgaben basieren. Die Ergebnisse werden mithilfe einer kachelbasierten Einheit gemessen, die der Fähigkeit des Systems entspricht, eine Vielzahl virtueller Workloads wie das Klonen und Bereitstellen von VMs durchzuführen. Automatischer VM-Lastausgleich über ein Rechenzentrum, VM-Live-Migration (vMotion) und dynamische Datenspeicherverschiebung (Storage vMotion).
Für beide VMmark-Benchmarks vergleichen wir die Leistung der Seagate Turbo SSHD mit der Seagate Savvio 10K.7 1.2 TB HDD, beide in einem RAID10-Speicherpool konfiguriert und über einen Windows Server 2012 R2-Speicherhost als Netzwerkspeicher dargestellt. Als RAID-Karte haben wir die neue Serie 8 8160ZQ von Adaptec genutzt, die in unserem Lenovo ThinkServer RD630 installiert ist.
Beim Vergleich der normalisierten VMmark 2.5.1-Leistung konnten die Seagate Turbo SSHDs eine Auslastung von bis zu 4 Kacheln erreichen, während die Seagate Savvio 10K.7 die Leistung bei 2 Kacheln erreichte. Bei den von beiden ausgeführten Lasten hatten die Turbos aufgrund der geringeren QoS-Latenz während der Ausführung einen Leistungsvorteil.
Synthetische Workload-Analyse für Unternehmen
Die Flash- und Cache-Leistung variiert während der Vorkonditionierungsphase jedes Speichergeräts. Unser Enterprise-Storage-Benchmark-Prozess beginnt mit einer Analyse der Leistung des Laufwerks während einer gründlichen Vorkonditionierungsphase. Jedes der vergleichbaren Laufwerke wird mit der gleichen Arbeitslast, mit der das Gerät getestet wird, unter einer hohen Last von 16 Threads mit einer ausstehenden Warteschlange von 16 pro Thread in den stationären Zustand vorkonditioniert und dann in festgelegten Intervallen in mehreren Thread-/Warteschlangentiefenprofilen getestet um Leistung bei leichter und starker Beanspruchung zu zeigen.
Vorkonditionierung und primäre stationäre Tests:
- Durchsatz (Lese- und Schreib-IOPS-Aggregat)
- Durchschnittliche Latenz (Lese- und Schreiblatenz insgesamt gemittelt)
- Maximale Latenz (Spitzen-Lese- oder Schreiblatenz)
- Latenz-Standardabweichung (Lese- und Schreib-Standardabweichung insgesamt gemittelt)
Unsere komprimierte synthetische Workload-Analyse für Unternehmen umfasst ein Profil, das darauf ausgelegt ist, zufällige I/O-Spitzenwerte von jedem Gerät anzuzeigen. Dieses Profil soll als Basis dienen, die mit Herstellerangaben zu zufälligen Übertragungsgeschwindigkeiten vergleichbar ist.
- 4k
- 100 % Lesen oder 100 % Schreiben
- 100 % 4
In unserem 100 % zufälligen 4K-Lese- und Schreibtest, bei dem die Leistung über das gesamte LBA-Spektrum der Seagate Turbo SSHD gemessen wurde (mit der Basisgeschwindigkeit von 15 KB), haben wir 593 IOPS beim Lesen und 457 IOPS beim Schreiben gemessen. Dies im Vergleich zu 442 IOPS beim Lesen und 363 IOPS beim Schreiben bei seinem Bruder mit höherer Kapazität und langsamerer Spindel, dem Savvio 10K.7.
Mit der höchsten Spindelgeschwindigkeit in der Gruppe bot die Seagate Turbo SSHD mit 16 ms Lese- und 16 ms Schreibzeit die niedrigste durchschnittliche Latenz in unserer hohen 431T/590Q-Arbeitslast.
Während die Seagate Turbo SSHD den höheren Durchsatz und die niedrigste durchschnittliche Latenz bot, lag ihre Spitzenlatenz beim Lesen eher in der oberen Mitte des Pakets und beim Schreiben am unteren Ende des Pakets.
Ähnlich wie bei den Spitzenlatenzwerten im zufälligen 4K-Test lag die Standardabweichung der Seagate Turbo SSHD bei der Leseaktivität im Spitzenfeld, blieb jedoch bei der Schreibaktivität zurück.
Fazit
Seagate erhebt mit der Enterprise Turbo SSHD den kühnen Anspruch, „die schnellste Festplatte der Welt“ zu sein. Normalerweise verwenden Speicherunternehmen im Rahmen ihrer Marketingaussagen gerne ein wenig Tapferkeit, aber „World's Fastest“ zu sagen, ist ziemlich stark. Aber hier ist die Sache: Sie haben Recht. Der Turbo brennt absolut und die Ergebnisse übertrafen die von Seagate eigenen 10K-SAS-Laufwerke, die in einigen Fällen über 200 % Zuwächse verbuchten. Für Unternehmen, die ein Array aktualisieren möchten, aber nicht über das Budget oder den IOPS-/Latenzbedarf für eine All-Flash-Lösung verfügen, ist Turbo die bessere Wahl.
Als wir uns eingehender mit der Leistung befassten, stellten wir enorme Zuwächse bei allen Workloads unserer Unternehmensanwendungen fest. In unserem MarkLogic NoSQL-Datenbank-Benchmark bot die Seagate Turbo SSHD enorme Vorteile im Vergleich zu 10K- und 15K-SAS-Festplatten und übertraf sogar einige der bisher getesteten SSDs. Auch bei TPC-C-Workloads konnten wir sowohl in unseren CentOS MySQL- als auch in unseren Windows Server 2012 SQL Server-Umgebungen starke Verbesserungen feststellen. Zu guter Letzt zeigte unser VMware VMmark 2.5.1-Benchmark eine doppelt so hohe Leistung im Vergleich zu herkömmlichen 10K-SAS-Festplatten. Im Großen und Ganzen sind wir auf keine einzige Anwendungsumgebung gestoßen, die nicht von der Seagate Turbo SSHD profitiert hätte.
Es ist schwer, am Turbo etwas auszusetzen. Das Laufwerk bietet Plug-and-Play-Kompatibilität, verschiedene Verschlüsselungsmodelle und kommt mit fünf Jahren Garantie und einer mittleren Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) von 2 Millionen Stunden. Die Speicherkapazität von 600 GB ist so ziemlich der einzige Kritikpunkt, was aber an der 15-U/min-Plattform liegt. Diese ist vorteilhaft, wenn die Daten letztendlich auf die Festplatte geschrieben werden müssen. Es ist jedoch anzunehmen, dass Seagate die Technologie bald auch für 10,000-U/min-Enterprise-Laufwerke verfügbar machen wird und dabei möglicherweise den Cache vergrößert, um die doppelte Kapazität der Seagate 10-U/min-Laufwerke auszugleichen. 10-U/min-Hybride gibt es natürlich schon: Seagate bietet beispielsweise die IBM 600 GB 10 U/min 6 Gbit/s SAS 2.5-Zoll-Hybridfestplatte an . Obwohl ein 10-U/min-Hybrid die 15-U/min-Versionen kannibalisiert, ist die 10-U/min-Plattform langfristig aus Kosten-Nutzen-Sicht die beste Wahl.
Vorteile
- Führende Anwendungsleistung auf ganzer Linie
- Plug-and-Play-Leistungssteigerung, keine Software erforderlich
- Datenschutz bei unerwartetem Stromausfall
Nachteile
- Die Kapazität ist in der aktuellen Iteration auf 600 GB begrenzt
- Die SSD-Preise sinken weiter und setzen die Turbo-Preise unter Druck
Fazit
Seagate beschreibt die Enterprise Turbo SSHD treffend als die schnellste Festplatte der Welt. Turbo ist bei wichtigen Arbeitslasten wie Virtualisierung und OLTP mehr als doppelt so schnell wie 2K-Festplatten. Für jedes Unternehmen, das die bestmögliche Festplatte haben möchte, ist Enterprise Turbo die Antwort.
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