Lorsque les disques NVMe™ sont sortis pour la première fois, nous savions que les performances seraient supérieures, mais nous nous demandions quand ils seraient comparables en termes de coût aux SSD SATA. En raison de leur coût initial, les disques NVMe étaient utilisés pour les applications d'entreprise qui devaient tirer parti de leurs caractéristiques de haute performance. Il n'a pas fallu très longtemps pour que les disques NVMe deviennent moins chers que les SSD SATA/SAS en termes de dollars par IOPS. Mais maintenant, nous commençons à atteindre le point où ils ne sont pas beaucoup plus chers que les SSD SATA/SAS en termes de capacité. Cette comparaison Go vs dollar nous a été rappelée lorsque nous avons reçu le SSD Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe en laboratoire pour des tests de performances - il offre des améliorations de performances spectaculaires par rapport aux SSD SATA/SAS et cible le marché du stockage d'entreprise grand public. Maintenant que les SSD NVMe sont proches de la parité des coûts, nous les considérons comme un remplacement des disques SATA dans le centre de données pour les applications grand public, car ils offrent de meilleures performances tout en ayant des besoins en énergie inférieurs.
Avant d'approfondir les spécificités de l'Ultrastar SN640 et de donner un aperçu des tests de performances que nous avons effectués, examinons d'abord les antécédents de Western Digital et la gamme actuelle de stockage Flash, ainsi que la technologie derrière le SN640 qui en fait un remplacement si attrayant des disques SATA/SAS.
Fondée en 1970, Western Digital a une riche histoire de développement et de travail avec les semi-conducteurs. Ils ont d'abord produit des composants discrets tels que les puces qui ont alimenté la révolution des calculatrices électriques au milieu des années 1970, puis les puces de contrôle pour les lecteurs de disque ; à partir de ce contexte, ils ont logiquement migré vers la production de disques durs entiers. Dans les années 1990 et au début des années 2000, ils ont créé de nombreuses innovations qui ont amélioré les performances et la capacité de leurs disques.
Au fil des ans, Western Digital a collaboré avec SanDisk® sur les produits Flash, avant de faire son acquisition en 2016. SanDisk a été un pionnier du stockage Flash et s'est imposé comme un acteur majeur du marché. En 1988, l'entreprise a lancé System Flash pour le stockage informatique et a collaboré avec Western Digital dans les années 1990 pour créer le premier SSD Flash commercial. SanDisk a démontré son esprit d'innovation sur le marché du stockage : l'entreprise a commercialisé les premières puces NAND MLC de 1 Go au monde et a développé conjointement des cartes microSD™, des cartes mémoire Flash avec la technologie NAND Flash 64 Go x4 (4 bits par cellule), ainsi que d'autres technologies qui ont fait progresser la mémoire Flash, tant sur le plan technologique et des performances que sur celui du coût.
S'appuyant sur cette riche histoire, Western Digital a développé une gamme de produits pour répondre aux exigences spécifiques des utilisateurs commerciaux et des entreprises et a utilisé différentes marques pour répondre aux besoins de différents marchés avec des offres de produits uniques. Par exemple, la marque SanDisk se concentre sur les produits de stockage mobiles, et la marque G-Technology® se concentre sur les disques et les systèmes de stockage conçus pour les professionnels de la création.
Sous la marque Western Digital, ils proposent des disques durs et des lecteurs Flash, ainsi que des solutions de stockage à usage personnel et professionnel. Pour aider les utilisateurs à sélectionner le disque qui répond le mieux à leurs besoins, Western Digital divise certains de leurs disques en classifications codées par couleur : les disques WD Green sont destinés aux besoins informatiques quotidiens de votre PC, les disques WD Blue sont destinés à une utilisation de bureau, les disques WD Purple sont destinés à stockage de surveillance, les disques WD Red sont orientés vers le stockage en réseau, et leurs disques WD Black et WD Gold sont respectueusement leurs disques de jeu et d'entreprise hautes performances. Ces deux dernières catégories de couleurs sont assorties d'une garantie limitée de cinq ans, tandis que les autres sont assorties d'une garantie limitée de trois ans. Western Digital ne propose pas de périphériques HDD, SATA, SAS ou NVMe dans toutes leurs couleurs, mais ils proposent la technologie de stockage la plus appropriée pour un cas d'utilisation donné.
Pour les entreprises et les centres de données, Western Digital propose une gamme de disques Ultrastar. Ces disques sont préfixés d'un code à deux caractères indiquant leur type : HC pour les disques durs (HDD), SS pour les disques SAS, SN pour les disques NVMe, SA pour les disques SATA SA et ME pour les disques d'extension de mémoire.
Le lecteur que nous examinerons dans cet article est le SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe. Il est le successeur de l'Ultrastar DC SN630 avec des améliorations clés en termes de performances. Les deux disques utilisent les contrôleurs NVMe internes de Western Digital avec leur propre NAND et micrologiciel qui fournissent des optimisations massives conduisant à de faibles latences constantes et à des performances élevées. Ces disques sont destinés aux conceptions grand public, c'est-à-dire le disque que Western Digital commercialise en tant que disque de transition pour éloigner les clients des entreprises des technologies de stockage Flash SATA/SAS de dernière génération et vers le stockage Flash NVMe actuel. Western Digital met à disposition en plus petites quantités pour la distribution et les e-commerçants, le SSD WD Gold NVMe qui possède bon nombre des mêmes capacités que l'Ultrastar SN640. Il convient de noter que Western Digital propose également le SSD Ultrastar DC SN840 NVMe destiné aux AFA exécutant des charges de travail critiques et des serveurs HPC. Nous avons hâte de mettre la main sur ce produit.
La gamme SN640 de disques NVMe mesure 2.5" x 7 mm avec un connecteur U.2 et contient une capacité de stockage allant de 800 Go à 7.68 To. Étant donné que ces disques ont été conçus pour une utilisation en entreprise et dans les centres de données, ils sont accompagnés d'une garantie limitée de cinq ans, ont un temps moyen entre pannes (MTBF) de 2 millions d'heures, sont évalués à 0.8 ou 2.0 DWPD et disposent d'un effacement sécurisé ( SE) Instant Secure Erase (ISE) ou options de sécurité TCG Ruby. Pour améliorer les performances, les disques SN utilisent le propre contrôleur PCIe Gen 3.1 x 4 (NVMe 1.3) de Western Digital. De plus, pour les rendre compétitifs par rapport aux disques SSD SATA/SAS, ils utilisent la NAND BiCS96 4D TLC à 3 couches de Western Digital. Western Digital a évalué ces disques à des lectures aléatoires allant jusqu'à 515 65 IOP et affirme qu'ils offrent cinq fois les performances de lecture tout en utilisant XNUMX % moins d'IOP/Watt que les disques SATA.
Spécifications du SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe :
- Facteur de forme : 2 2.5", 7 mm
- Capacité : 800 Go à 7,680 XNUMX Go
- NAND : Western Digital BiCS4 3D TLC NAND
- Interface : PCIe Gen3 x4 (conforme à NVMe 1.3c)
- Performances : (modèle TCG Ruby)
- Performances de lecture séquentielle (jusqu'à) : 3340 Mo/s
- Performances d'écriture séquentielle (jusqu'à) : 2190 Mo/s
- Lecture aléatoire de 4 Ko (jusqu'à) : 515 XNUMX IOPS
- Écriture aléatoire de 4 Kio (jusqu'à) : 161 XNUMX IOPS
- Lecture/écriture aléatoire 70/30, 4 Ko (jusqu'à) : 305 XNUMX IOPS
- Latence de lecture (jusqu'à): 78 us
- Endurance et fiabilité :
- DW/D : 0.8 (lecture intensive), 2 (utilisation mixte)
- Taux d'erreur binaire non corrigible (UBER) : 1 sur 10 à 17th
- MTBF : 2 M heures
- Power Loss Protection (PLP) et protection du chemin de données de bout en bout
- Fonctionnalité
- 128 Prise en charge de l'espace de noms NVMe
- Prise en charge de taille de secteur variable
- NVMe-MI 1.1 (modèle TCG Ruby)
- Effacement sécurisé, effacement sécurisé instantané et TCG Ruby
- Environnement:
- État de puissance de fonctionnement (max): 12W
- État d'alimentation inactif (typique) : < 5 W
- Température de fonctionnement : température ambiante de 0 à 70 °C avec débit d'air suggéré
- Température hors fonctionnement : -40° à 85° C
- 5 ans de garantie limitée
Les disques NVMe sont sur le marché des entreprises depuis un certain temps maintenant, et le plus grand obstacle à leur utilisation généralisée a toujours été leur coût, mais ce n'est plus le cas. Le prix public d'un SN640 d'une capacité de 7.68 To est de 1,400 1,200 $, et un SSD SATA comparable coûte 640 960 $. Un disque de capacité inférieure, tel que le SN300 260 Go, coûte 16 $, tandis qu'un disque SSD SATA comparable de centre de données coûte XNUMX $. En d'autres termes, pour une augmentation de prix d'environ XNUMX %, vous obtenez un lecteur beaucoup plus performant. En passant aux disques NVMe, les serveurs peuvent gérer les charges de travail modernes qui exigent des temps de réponse rapides. Les disques SATA, avec leur bande passante limitée et leurs latences beaucoup plus élevées, ne peuvent pas gérer efficacement les exigences de stockage exigeantes des applications d'aujourd'hui.
En raison de leur prix élevé, les disques NVMe ont été relégués à des cas d'utilisation de niche lors de leur sortie initiale. Aujourd'hui, cependant, les nouveaux SSD NVMe comme le SN640 sont devenus une solution de stockage pour les charges de travail courantes, telles que la sauvegarde des machines virtuelles (VM), servant de cache Flash pour le stockage défini par logiciel (SDS) et agissant même comme périphériques de démarrage. Le seul inconvénient qui, selon nous, entrave actuellement leur adoption plus généralisée est que les serveurs ont encore du mal à les rattraper, et tous les serveurs ne peuvent pas prendre en charge le nombre de ports NVMe avec lesquels les gens aimeraient les remplir. Si tel est effectivement le cas, les architectes de serveurs doivent utiliser cette précieuse ressource de manière judicieuse (pas du point de vue des coûts, mais du point de vue des performances) et s'assurer que leurs performances sont utilisées aussi judicieusement que possible.
Données de test
Pour mesurer les performances des SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe, nous avons utilisé un serveur standard Dell EMC PowerEdge R740xd équipé d'un fond de panier compatible NVMe. Cette configuration de serveur offrait 12 baies NVMe, dont nous avons utilisé 8 slots.
Environnement de test :
- 8x SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe
- 8x SSD Western Digital Ultrastar SA210 SATA
- Serveur Dell EMC PowerEdge R740xd avec 12 emplacements NVMe (8 utilisés)
- Processeur 2 x Intel® Scalable Platinum 8280
- DRAM 12 x 32 Go DDR4-2933 MHz
Les références sur lesquelles nous nous sommes concentrés étaient des charges de travail synthétiques, qui cherchent à forcer les disques à afficher leur bande passante ou leur débit de pointe, ainsi que des charges de travail d'application qui affichent des chiffres plus réels sur ce à quoi les utilisateurs peuvent s'attendre. Parmi ces deux domaines, nos charges de travail applicatives sont conçues pour mieux évaluer les performances de latence. Pour ces tests, nous utilisons un environnement CentOS 7 avec VDBench installé pour la section synthétique et VMware ESXi™ 6.7u3 pour nos VM SQL Server et MySQL™ Sysbench.
Pour mieux comprendre comment ces disques NVMe se comparent aux SSD SATA, nous avons effectué des tests sur les disques Western Digital Ultrastar DC SA210 1.92 To SATA et les avons comparés avec le SN3.84 640 To.
Le tableau ci-dessous montre que dans chaque catégorie, le Western Digital SN640 a battu le disque SATA par une large marge. Cela allait d'une amélioration de 46 % de la latence moyenne de notre Sysbench à une amélioration exceptionnelle de 875 % lors de nos tests IOPS aléatoires 4K 70/30.
Les chiffres de performance bruts étaient très impressionnants, mais nous voulions avoir une idée de la façon dont cela se traduirait dans des conditions réelles. Nous avons d'abord examiné dans quelle mesure les disques pouvaient gérer une tempête de démarrage VDI le lundi matin.
La latence du disque SATA s'est dégradée rapidement au point qu'il a fallu environ 3 millisecondes pour répondre tandis que le SN640 continuait avec une augmentation progressive de la latence jusqu'à un peu plus de 500 microsecondes jusqu'à ce que nous arrêtions les tests à un peu plus de 150,000 XNUMX IOPS.
Nous avons ensuite effectué nos tests de connexion initiaux et encore une fois, le disque SATA s'est rapidement essoufflé tandis que le Western Digital SN640 n'a montré qu'une légère augmentation de la latence pendant la durée de nos tests.
Pour notre test final dans le monde réel, nous avons effectué un test de lecture/écriture aléatoire 80/20 sur les disques. Encore une fois, les disques SATA ont culminé tôt, tandis que le SN640 a pu offrir des performances exceptionnelles grâce à une large gamme d'IOPS.
Non seulement le SN640 a montré une latence exceptionnellement faible qui a eu une petite augmentation prévisible et progressive car il était stressé par le nombre d'IOPS, mais le lecteur a également fourni une qualité de service constante lors de nos tests.
Conclusion
Nos tests sur l'Ultrastar DC SN640 ont confirmé que Western Digital, en utilisant son dernier contrôleur interne, son flash 96L et son micrologiciel, a fourni un SSD NVMe grand public qui équilibre les performances et la puissance pour une solution rentable pour remplacer SATA une fois pour toutes. . Les disques NVMe ont rapidement atteint la parité du coût par IOPS et nous avons prédit qu'il y aurait un point d'inflexion où ils seraient compétitifs en termes de capacité à l'avenir, et nous en sommes maintenant à ce point. Dans une comparaison de prix occasionnelle, nous avons constaté qu'il n'y avait qu'une légère augmentation du prix du SN640 par rapport aux SSD SATA/SAS par Go. Vu à travers l'objectif de performance comme illustré ci-dessus, il n'y a tout simplement aucune raison d'utiliser des SSD SATA pour le stockage de données.
Western Digital est depuis longtemps un innovateur et à la pointe de la technologie de stockage - et cette réussite s'étend aux clés USB. L'innovation incessante de Western Digital peut être vue dans sa gamme de disques SN640 où ils ont pu utiliser leurs prouesses techniques non seulement pour extraire des performances supérieures de l'appareil, mais aussi pour le faire à un prix très attractif.
L'Ultrastar SN640 sert d'excellent lecteur de passerelle pour permettre aux utilisateurs de quitter le stockage de la génération précédente et d'accéder au flash basé sur NVMe. Les données montrent clairement que NVMe est la voie à suivre lorsqu'il s'agit de fournir des performances réactives à l'ensemble diversifié de charges de travail dans le centre de données. Non seulement les disques NVMe augmenteront les performances des charges de travail actuelles, telles que les bases de données et les charges de travail virtualisées, mais ils positionneront le centre de données pour les charges de travail de nouvelle génération plus exigeantes qui commencent à apparaître, telles que l'apprentissage automatique (ML) et l'intelligence artificielle ( AI), qui nécessitent des solutions de stockage avec une latence ultra-faible et une bande passante ultra-élevée.
Amazon