Als NVMe™-Laufwerke zum ersten Mal auf den Markt kamen, wussten wir, dass die Leistung besser sein würde, fragten uns jedoch, wann sie kostenmäßig mit SATA-SSDs vergleichbar sein würden. Aufgrund ihrer Anschaffungskosten wurden NVMe-Laufwerke für Unternehmensanwendungen verwendet, die ihre Hochleistungseigenschaften nutzen mussten. Es dauerte nicht lange, bis NVMe-Laufwerke im Hinblick auf Dollar pro IOPS günstiger wurden als SATA/SAS-SSDs. Mittlerweile sind wir jedoch an einem Punkt angelangt, an dem sie auf Kapazitätsbasis nicht mehr viel teurer sind als SATA/SAS-SSDs. Dieser GB-gegen-Dollar-Vergleich wurde uns deutlich, als wir die Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe SSD zum Leistungstest ins Labor brachten – sie bietet dramatische Leistungsverbesserungen gegenüber SATA/SAS-SSDs und zielt auf den Mainstream-Speichermarkt für Unternehmen ab. Da NVMe-SSDs nun nahezu Kostenparität aufweisen, sehen wir sie als Ersatz für SATA-Laufwerke im Rechenzentrum für Mainstream-Anwendungen, da sie eine bessere Leistung bei geringerem Strombedarf bieten.
Als NVMe™-Laufwerke zum ersten Mal auf den Markt kamen, wussten wir, dass die Leistung besser sein würde, fragten uns jedoch, wann sie kostenmäßig mit SATA-SSDs vergleichbar sein würden. Aufgrund ihrer Anschaffungskosten wurden NVMe-Laufwerke für Unternehmensanwendungen verwendet, die ihre Hochleistungseigenschaften nutzen mussten. Es dauerte nicht lange, bis NVMe-Laufwerke im Hinblick auf Dollar pro IOPS günstiger wurden als SATA/SAS-SSDs. Mittlerweile sind wir jedoch an einem Punkt angelangt, an dem sie auf Kapazitätsbasis nicht mehr viel teurer sind als SATA/SAS-SSDs. Dieser GB-gegen-Dollar-Vergleich wurde uns deutlich, als wir die Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe SSD zum Leistungstest ins Labor brachten – sie bietet dramatische Leistungsverbesserungen gegenüber SATA/SAS-SSDs und zielt auf den Mainstream-Speichermarkt für Unternehmen ab. Da NVMe-SSDs nun nahezu Kostenparität aufweisen, sehen wir sie als Ersatz für SATA-Laufwerke im Rechenzentrum für Mainstream-Anwendungen, da sie eine bessere Leistung bei geringerem Strombedarf bieten.
Bevor wir uns mit den Besonderheiten des Ultrastar SN640 befassen und einen Überblick über die Leistungstests geben, die wir damit durchgeführt haben, werfen wir zunächst einen Blick auf den Hintergrund und die aktuelle Produktpalette von Western Digital mit Flash-Speicher sowie auf die Technologie dahinter SN640, was es zu einem attraktiven Ersatz für SATA/SAS-Laufwerke macht.
Western Digital wurde 1970 gegründet und blickt auf eine lange Geschichte in der Entwicklung und Arbeit mit Halbleitern zurück. Sie produzierten zunächst diskrete Komponenten wie die Chips, die Mitte der 1970er Jahre die Revolution der elektrischen Rechenmaschinen vorantreiben, und dann die Steuerchips für Festplattenlaufwerke; Vor diesem Hintergrund gingen sie logischerweise dazu über, komplette Festplatten zu produzieren. In den 1990er- und frühen 2000er-Jahren führten sie zahlreiche Innovationen ein, die die Leistung und Kapazität ihrer Laufwerke verbesserten.
Im Laufe der Jahre arbeitete Western Digital mit SanDisk® an Flash-Produkten zusammen und erwarb diese im Jahr 2016. SanDisk war ein früher Innovator im Bereich Flash-Speicher und erwies sich im Laufe der Zeit als echter Innovator auf dem Speichermarkt. 1988 stellten sie vor System-Flash für Computerspeicher und arbeitete in den 1990er Jahren mit Western Digital zusammen, um das erste kommerzielle Flash-SSD-Produkt zu entwickeln. Im Laufe der Zeit hat sich SanDisk als echter Innovator auf dem Speichermarkt erwiesen; Sie lieferten die weltweit ersten kommerziellen NANDS-MLC-1-GB-Chips sowie gemeinsam entwickelte microSD™-Karten, Flash-Speicherkarten mit 64 GB X4 (4 Bit pro Zelle) NAND-Flash-Technologie und andere Technologien, die Flash nicht nur technologisch voranbrachten vom Leistungsstandpunkt, aber auch vom Kostenstandpunkt aus gesehen.
Aufbauend auf dieser reichen Geschichte hat Western Digital eine Reihe von Produkten entwickelt, die den spezifischen Anforderungen sowohl kommerzieller als auch geschäftlicher Benutzer gerecht werden, und hat verschiedene Marken verwendet, um den Anforderungen verschiedener Märkte mit einzigartigen Produktangeboten gerecht zu werden. Beispielsweise konzentriert sich die Marke SanDisk auf mobile Speicherprodukte und die Marke G-Technology® auf Laufwerke und Speichersysteme für kreative Profis.
Unter der Marke Western Digital bieten sie Festplatten- und Flash-Laufwerke sowie Speicherlösungen für den Privat- und Unternehmensgebrauch an. Um Benutzern die Auswahl des Laufwerks zu erleichtern, das ihren Anforderungen am besten entspricht, unterteilt Western Digital einige seiner Laufwerke in farbcodierte Klassifizierungen: WD Green-Laufwerke sind für alltägliche Computeranforderungen in Ihrem PC vorgesehen, WD Blue-Laufwerke für den Desktop-Einsatz und WD Purple-Laufwerke für Überwachungsspeicher, WD Red-Laufwerke sind auf Netzwerkspeicher ausgerichtet, und ihre WD Black- und WD Gold-Laufwerke sind respektvoll ihre Hochleistungs-Gaming- und Enterprise-Laufwerke. Für die letzten beiden Farbkategorien gilt eine eingeschränkte Garantie von fünf Jahren, für die anderen gilt eine eingeschränkte Garantie von drei Jahren. Western Digital bietet nicht alle Festplatten-, SATA-, SAS- oder NVMe-Geräte in allen Farben an, sie bieten jedoch die am besten geeignete Speichertechnologie für einen bestimmten Anwendungsfall.
Für Unternehmens- und Rechenzentrumskunden bietet Western Digital eine Reihe von Ultrastar-Laufwerken an. Sie stellen ihren Laufwerken einen zweistelligen Code voran, um den Gerätetyp anzugeben: HC sind Festplattengeräte, SS sind SAS-Laufwerke, SN sind NVMe-Laufwerke, SA sind SA-SATA-Laufwerke und ME sind Speichererweiterungslaufwerke.
Das Laufwerk, das wir uns in diesem Artikel ansehen werden, ist die Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD. Es ist der Nachfolger des Ultrastar DC SN630 mit wesentlichen Leistungsverbesserungen. Beide Laufwerke nutzen die hauseigenen NVMe-Controller von Western Digital mit eigenem NAND und eigener Firmware, die massive Optimierungen ermöglichen, die zu konstant niedrigen Latenzen und hoher Leistung führen. Diese Laufwerke sind für Mainstream-Designs gedacht, das Laufwerk, das Western Digital als Übergangslaufwerk vermarktet, um Unternehmenskunden von SATA/SAS-Flash-Speichertechnologien der letzten Generation weg und hin zu aktuellem NVMe-Flash-Speicher zu bewegen. Western Digital stellt die WD Gold NVMe SSD in kleineren Mengen für den Vertrieb und Online-Händler zur Verfügung, die über viele der gleichen Funktionen wie die Ultrastar SN640 verfügt. Erwähnenswert ist, dass Western Digital auch die Ultrastar DC SN840 NVMe SSD für AFAs mit geschäftskritischen Workloads und HPC-Servern anbietet. Wir freuen uns darauf, dieses Produkt in die Hände zu bekommen.
Die SN640-Reihe von NVMe-Laufwerken ist 2.5 Zoll x 7 mm groß, verfügt über einen U.2-Anschluss und bietet eine Speicherkapazität von 800 GB bis 7.68 TB. Da diese Laufwerke für den Einsatz in Unternehmen und Rechenzentren konzipiert wurden, verfügen sie über eine beschränkte Garantie von fünf Jahren, haben eine MTBF-Bewertung (Mean Time Between Failure) von 2 Millionen Stunden, sind mit 0.8 oder 2.0 DWPD bewertet und verfügen über Secure Erase ( SE) Instant Secure Erase (ISE) oder TCG Ruby-Sicherheitsoptionen. Um die Leistung zu steigern, verwenden SN-Laufwerke den eigenen PCIe Gen 3.1 x 4 (NVMe 1.3)-Controller von Western Digital. Um sie kostenmäßig mit SATA/SAS-SSD-Laufwerken konkurrenzfähig zu machen, verwenden sie außerdem das 96-Layer-BiCS4-3D-TLC-NAND von Western Digital. Western Digital hat diese Laufwerke mit zufälligen Lesevorgängen von bis zu 515 IOPs bewertet und behauptet, dass sie die fünffache Leseleistung bieten und dabei 65 % weniger IOP/Watt verbrauchen als SATA-Laufwerke.
Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD-Spezifikationen:
- Formfaktor: 2 2.5 Zoll, 7 mm
- Kapazität: 800 GB bis 7,680 GB
- NAND: Western Digital BiCS4 3D TLC NAND
- Schnittstelle: PCIe Gen3 x4 (kompatibel mit NVMe 1.3c)
- Leistung: (TCG Ruby-Modell)
- Sequentielle Leseleistung (bis zu): 3340 MB/s
- Sequentielle Schreibleistung (bis zu): 2190 MB/s
- Zufälliger 4-KiB-Lesevorgang (bis zu): 515 IOPS
- Zufälliges 4-KiB-Schreiben (bis zu): 161 IOPS
- Zufällig 70/30 Lesen/Schreiben, 4 KiB (bis zu): 305 IOPS
- Leselatenz (bis zu): 78 us
- Ausdauer und Zuverlässigkeit:
- DW/D: 0.8 (leseintensiv), 2 (gemischte Nutzung)
- Nicht korrigierbare Bitfehlerrate (UBER): 1 von 10 bis 17th
- MTBF: 2 Mio. Stunden
- Power Loss Protection (PLP) und End-to-End-Datenpfadschutz
- Eigenschaften
- 128 NVMe-Namespace-Unterstützung
- Unterstützung variabler Sektorgrößen
- NVMe-MI 1.1 (TCG Ruby-Modell)
- Secure Erase, Instant Secure Erase und TCG Ruby
- Umwelt:
- Betriebsleistungszustand (maximal): 12 W
- Leerlaufleistungszustand (typisch): < 5 W
- Betriebstemperatur: 0 bis 70 °C Umgebungstemperatur mit empfohlenem Luftstrom
- Nicht-Betriebstemperatur: -40° bis 85° C
- 5-Jahres-Garantie
NVMe-Laufwerke gibt es schon seit einiger Zeit auf dem Unternehmensmarkt, und das größte Hindernis für ihre breite Nutzung waren traditionell ihre Kosten, aber das ist nicht mehr der Fall. Der Straßenpreis einer SN640 mit einer Kapazität von 7.68 TB liegt bei 1,400 US-Dollar, eine vergleichbare SATA-SSD liegt bei 1,200 US-Dollar. Ein Laufwerk mit geringerer Kapazität, wie das SN640 960 GB, kostet 300 US-Dollar, während ein vergleichbares SATA-SSD-Laufwerk für Rechenzentren 260 US-Dollar kostet. Mit anderen Worten: Für einen Preisanstieg von etwa 16 % erhalten Sie ein weitaus leistungsfähigeres Laufwerk. Durch den Wechsel zu NVMe-Laufwerken können Server moderne Arbeitslasten bewältigen, die schnelle Reaktionszeiten erfordern. SATA-Laufwerke können aufgrund ihrer begrenzten Bandbreite und viel höheren Latenzzeiten die anspruchsvollen Speicheranforderungen heutiger Anwendungen nicht effizient bewältigen.
Aufgrund ihres hohen Preises wurden NVMe-Laufwerke bei ihrer ersten Veröffentlichung nur in Nischenanwendungen eingesetzt. Mittlerweile sind neuere NVMe-SSDs wie die SN640 jedoch zu einer Speicherlösung für Mainstream-Workloads geworden, etwa als Backup für virtuelle Maschinen (VMs), als Flash-Cache für Software-Defined Storage (SDS) und sogar als Startgeräte. Der einzige Nachteil, von dem wir derzeit glauben, dass er ihre breitere Akzeptanz behindert, besteht darin, dass die Server immer noch Schwierigkeiten haben, mit ihnen Schritt zu halten, und nicht alle Server die Anzahl der NVMe-Ports unterstützen können, mit denen sie gerne ausgestattet würden. Wenn dies tatsächlich der Fall ist, müssen Serverarchitekten diese wertvolle Ressource mit Bedacht einsetzen (nicht unter Kostengesichtspunkten, sondern unter Leistungsgesichtspunkten) und sicherstellen, dass ihre Leistung so sinnvoll wie möglich genutzt wird.
Testdaten
Um die Leistung der Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe-SSDs zu messen, haben wir einen branchenüblichen Dell EMC PowerEdge R740xd-Server verwendet, der mit einer NVMe-kompatiblen Rückwandplatine ausgestattet ist. Diese Serverkonfiguration bot 12 NVMe-Schächte, von denen wir 8 Steckplätze nutzten.
Test Umgebung:
- 8x Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSDs
- 8x Western Digital Ultrastar SA210 SATA SSDs
- Dell EMC PowerEdge R740xd Server mit 12x NVMe-Steckplätzen (8 verwendet)
- CPU 2 x Intel® Scalable Platinum 8280
- DRAM 12 x 32 GB DDR4-2933 MHz
Die Benchmarks, auf die wir uns konzentrierten, waren synthetische Workloads, bei denen es darum geht, die Laufwerke so zu belasten, dass sie ihre maximale Bandbreite oder ihren Durchsatz anzeigen, sowie Anwendungs-Workloads, die realistischere Zahlen darüber zeigen, was Benutzer erwarten können. In diesen beiden Bereichen sind unsere Anwendungs-Workloads darauf ausgerichtet, die Latenzleistung besser in den Blick zu nehmen. Für diese Tests verwenden wir eine CentOS 7-Umgebung mit installiertem VDBench für den synthetischen Abschnitt und VMware ESXi™ 6.7u3 für unsere SQL Server- und MySQL™ Sysbench-VMs.
Um den Vergleich dieser NVMe-Laufwerke mit SATA-SSDs besser einschätzen zu können, haben wir Tests mit Western Digital Ultrastar DC SA210 1.92 TB SATA-Laufwerken durchgeführt und sie mit der 3.84 TB SN640 verglichen.
Die folgende Tabelle zeigt, dass das Western Digital SN640 in jeder Kategorie das SATA-Laufwerk mit großem Abstand übertrifft. Dies reichte von einer 46-prozentigen Verbesserung unserer durchschnittlichen Sysbench-Latenz bis zu einer hervorragenden 875-prozentigen Verbesserung während unseres 4K-70/30-Zufalls-IOPS-Tests.
Die reinen Leistungszahlen waren sehr beeindruckend, aber wir wollten ein Gefühl dafür bekommen, wie sich dies auf reale Bedingungen übertragen lässt. Wir haben zunächst untersucht, wie gut die Laufwerke einem VDI-Bootsturm am Montagmorgen standhalten.
Die Latenz des SATA-Laufwerks verschlechterte sich schnell bis zu dem Punkt, an dem die Reaktion etwa 3 Millisekunden dauerte, während das SN640 mit einem allmählichen Anstieg der Latenz auf knapp über 500 Mikrosekunden weitermachte, bis wir den Test bei etwas über 150,000 IOPS abbrachen.
Anschließend führten wir unsere ersten Anmeldetests durch und auch hier ging dem SATA-Laufwerk schnell die Puste aus, während das Western Digital SN640 während der Dauer unseres Tests nur einen leichten Anstieg der Latenz aufwies.
Für unseren letzten Praxistest führten wir einen 80/20 zufälligen Lese-/Schreibtest auf den Laufwerken durch. Auch hier erreichten die SATA-Laufwerke früh ihren Höhepunkt, während das SN640 über einen breiten IOPS-Bereich eine hervorragende Leistung liefern konnte.
Das SN640 zeigte nicht nur eine außergewöhnlich niedrige Latenz, die bei Belastung durch die IOPS-Anzahl vorhersehbar einen kleinen, allmählichen Anstieg aufwies, sondern das Laufwerk lieferte während unserer Tests auch eine gleichbleibende Servicequalität.
Zusammenfassung
Unsere Tests mit der Ultrastar DC SN640 haben bestätigt, dass Western Digital – unter Verwendung seines neuesten hauseigenen Controllers, 96L-Flash und Firmware – eine Mainstream-NVMe-SSD geliefert hat, die Leistung und Leistung in eine kostengünstige Lösung bringt, um SATA ein für alle Mal zu ersetzen . NVMe-Laufwerke erreichten schnell die Kostenparität pro IOPS und wir gingen davon aus, dass es einen Wendepunkt geben würde, an dem sie in Zukunft auf Kapazitätsbasis kostenmäßig wettbewerbsfähig sein würden, und an diesem Punkt sind wir jetzt angelangt. Bei einem gelegentlichen Preisvergleich haben wir festgestellt, dass der Preis des SN640 gegenüber SATA/SAS-SSDs pro GB nur leicht anstieg. Aus der oben dargestellten Leistungsperspektive gibt es einfach keinen Grund, SATA-SSDs zur Datenspeicherung zu verwenden.
Western Digital ist seit langem ein Innovator und Vorreiter in der Speichertechnologie – und dieser Erfolg erstreckt sich auch auf Flash-Laufwerke. Die unermüdliche Innovation von Western Digital zeigt sich in der SN640-Laufwerksreihe, bei der das Unternehmen seine technischen Fähigkeiten nutzen konnte, um nicht nur eine überlegene Leistung aus dem Gerät herauszuholen, sondern dies auch zu einem sehr attraktiven Preis.
Der Ultrastar SN640 dient als großartiges Gateway-Laufwerk, um Benutzer von Speicher der vorherigen Generation auf NVMe-basierten Flash umzustellen. Die Daten zeigen deutlich, dass NVMe der Weg nach vorn ist, wenn es darum geht, reaktionsschnelle Leistung für die unterschiedlichen Arbeitslasten im Rechenzentrum bereitzustellen. NVMe-Laufwerke steigern nicht nur die Leistung aktueller Arbeitslasten wie Datenbanken und virtualisierte Arbeitslasten, sondern positionieren das Rechenzentrum auch für die anspruchsvolleren Arbeitslasten der nächsten Generation, die auftauchen, wie maschinelles Lernen (ML) und künstliche Intelligenz ( AI), die Speicherlösungen mit extrem geringer Latenz und extrem hoher Bandbreite erfordern.
Western Digital Ultrastar NVMe-Serie
Western Digital SN640 Infografik
