HGST Ultrastar SN100 シリーズ AIC NVMe SSD レビュー

by StorageReview エンタープライズラボ on 2015 年 12 月 21 日

Enterprise ◇ SSD

Ultrastar SN100 シリーズのエンタープライズ SSD は、HGST が NVMe ドライブに初めて進出したもので、これまでの取り組みは SAS インターフェースを中心に行ってきました。ドライブファミリは 100 つのカテゴリに分類されます。SN2.5 は 150 インチフォームファクタを指し、SN100 はハーフハイトハーフレングスのアドインカード (AIC) フォームファクタを意味します。どちらの形状のドライブも、クラウド、ハイパースケール、エンタープライズアプリケーションに重点を置いて、最も要求の厳しいワークロードを満たすように設計されています。 SN3.2 シリーズは最大 3 TB の容量があり、最大 128GB/秒 (シーケンス 743,000k) の読み取りスループットと、それぞれ 140,000 と XNUMX のランダム読み取りおよび書き込み IOPS を提供します。

SN150 AIC ドライブは 1.6 TB と 3.2 TB の容量があり、2.5 インチフォームファクタでは 800 GB の容量も追加されます。すべてのドライブは、高品質のエンタープライズフラッシュソリューションを提供してきた HGST の長い歴史に基づいて構築されており、以下が含まれます。 UEFI ブートのサポート、高度な電源管理、フラッシュ対応 RAID、エンドツーエンドのデータパス保護、高度な ECC、停電保護などの機能によるエンタープライズグレードの信頼性。ドライブには XNUMX 年間の保証が付いており、XNUMX 日あたり XNUMX 回のドライブ書き込みという耐久性をサポートします。

私たちのレビューユニットは、SN3.2 AIC の 150TB 容量です。

HGST Ultrastar SN100 シリーズ NVMe SSD 仕様

インターフェース: PCIe 3.0 x4:
フォームファクタ：
- HH-HLアドインカード
- SFF 2.5 インチドライブ
容量 (GB):
- 3200 /1600(AIC)
- 800（2.5インチ）
パフォーマンス
- 読み取りスループット (最大 MB/秒、シーケンシャル 128k): 3000
- 書き込みスループット (最大 MB/秒、シーケンシャル 128k): 1600
- 読み取り IOPS (最大 IOPS、ランダム 4K): 743,000
- 書き込み IOPS (最大 IOPS、ランダム 4K): 140,000
- 混合 IOPS (70/30 R/W、ランダム 4K): 310,000
- 読み取り IOPS (最大 IOPS、ランダム 8K): 385,000
- 書き込み IOPS (最大 IOPS、ランダム 8K): 75,000
- レイテンシ 512B (μs): 20
信頼性の向上
- MTBF (M 時間): 2
- 年間故障率 (AFR): 0.44%
- 耐久力: 3 DW/D
消費電力 (アクティブ/アイドル): 25 ワット / 8 ワット
動作温度：0°〜55°C
非動作温度: -40° ～ 70°C
エアフロー (LFM): 300
保証：5年

設計と構築

HGST Ultrastar SN150 は、ハーフハイト、ハーフレングスの PCIe x4 フォームファクターです。カード自体にはブランド名は使用されておらず、表面にはドライブ情報がありません。

ヒートシンクはドライブの大部分を覆っています。この設計では、カードから発生する熱は強制対流によって放散されます。 HGST は、空気の流れがカードのブラケット端に向かって排出されることを示します。さらに、SN150 には複数のオンボード温度センサーがあり、ドライブの重要なコンポーネントを監視します。問題が検出された場合は、過熱による損傷を防ぐためにサーマルスロットルシステムがトリガーされます。

PCIe 3.0 x4 インターフェイスは、SN150 AIC の底部に沿って配置されています。

ヒートシンクの反対側には、デバイス情報が記載されたステッカーの下に、それぞれ A19nm eMLC NAND テクノロジーを活用した XNUMX つの NAND パッケージが見えます。 Micron DRAMも見えます。

テストの背景と比較対象

StorageReviewのエンタープライズテストラボは、実際の導入環境で管理者が遭遇する状況に匹敵する環境で、エンタープライズストレージデバイスのベンチマークテストを実施するための柔軟なアーキテクチャを提供します。このエンタープライズテストラボには、さまざまなサーバー、ネットワーク機器、電源調整装置、その他のネットワークインフラストラクチャが組み込まれており、当社のスタッフが実際の使用環境に近い状況を作り出し、レビュー中にパフォーマンスを正確に評価することができます。

ラボ環境とプロトコルに関するこれらの詳細情報をレビューに盛り込むことで、IT担当者やストレージ調達担当者が、当社が以下の結果を達成した条件を理解できるようにしています。当社のレビューは、テスト対象機器のメーカーから報酬を受け取ったり、メーカーの監督を受けたりすることはありません。StorageReviewエンタープライズテストラボの詳細およびネットワーク機能の概要については、それぞれのページをご覧ください。

HGST SN100 を次の他の AIC NVMe SSD と比較しながらテストしました。

メンブレイズ PBlaze4 3.2TB
インテル DC P3608 1.6TB
ファーウェイ ES3000v2 3.2TB
ファーウェイ ES3000v1 1.6TB

アプリケーションのワークロード分析

エンタープライズストレージデバイスのパフォーマンス特性を理解するためには、実際の運用環境におけるインフラストラクチャとアプリケーションワークロードをモデル化することが不可欠です。そこで、HGST Ultrastar SN100の最初のベンチマークとして、SysBenchによるMySQL OLTPパフォーマンスと、 TCP-CワークロードをシミュレートしたMicrosoft SQL Server OLTPパフォーマンスを測定しました。アプリケーションワークロードについては、各ドライブ上で同一構成の仮想マシンを2～4台実行します。

StorageReviewのMicrosoft SQL Server OLTPテストプロトコルでは、トランザクション処理パフォーマンス評議会（TPC）のベンチマークC（TPC-C）の最新ドラフトを採用しています。TPC-Cは、複雑なアプリケーション環境で発生するアクティビティをシミュレートするオンライン・トランザクション処理ベンチマークです。TPC-Cベンチマークは、合成パフォーマンスベンチマークよりも、データベース環境におけるストレージインフラストラクチャのパフォーマンスの強みとボトルネックをより正確に評価できます。今回のレビューで使用するSQL Server VMの各インスタンスは、333GB（1,500スケール）のSQL Serverデータベースを使用し、15,000人の仮想ユーザーの負荷下でトランザクションパフォーマンスとレイテンシを測定します。

SQL Server の出力を見ると、HGST ドライブはリーダーボードの最下位に結果を示し、最高 TPS は 3,152.13、合計は 3,149.97 TPS でした。

15 ユーザーの SQL Server ベンチマーク中の平均遅延の結果を見ると、HGST ドライブが SanDisk、Memblaze、Huawei SSD (すべて 7.0 ミリ秒を記録) とともにリーダーボードのトップにあることがわかりました。

次のアプリケーションベンチマークは、SysBench 経由で測定される Percona MySQL OLTP データベースで構成されます。このテストでは、平均 TPS (99 秒あたりのトランザクション数)、平均レイテンシ、および平均 XNUMX パーセンタイルレイテンシを測定します。 Percona と MariaDB は、データベースの最新リリースで Fusion-io フラッシュ対応アプリケーション API を使用していますが、この比較の目的で、各デバイスを「レガシー」ブロックストレージモードでテストしています。

5,853.6 秒あたりの平均トランザクション数ベンチマークでは、HGST はリーダーボードのトップ付近にあり、合計 1,477.3 TPS で Memblaze ドライブと Intel ドライブのすぐ後ろにありました。個々の VM の範囲は 1,448.0 TPS ～ XNUMX TPS でした。

平均レイテンシの結果を見ると、HGST はかなり良好な結果を示し、個々の VM は 21.66 ミリ秒から 22.10 ミリ秒の間で実行され、合計レイテンシは 21.87 ミリ秒でした。

最悪の MySQL レイテンシーシナリオ (99 パーセンタイルレイテンシー) に関して、HGST は VM が 49.62 ミリ秒から 50.07 ミリ秒 (合計 49.81 ミリ秒) で実行されているのに対し、最高パフォーマンスの SanDisk ドライブはわずか 41.92 ミリ秒という驚異的な合計時間を誇っていました。

エンタープライズ総合ワークロード分析

フラッシュストレージのパフォーマンスは、ワークロードに応じて変化するため、ベンチマークの精度を確保するには、 fioの合成ベンチマークを実行する前に必ずフラッシュストレージを事前調整する必要があります。比較対象となる各ドライブは、ベンダーのツールを使用してセキュア消去され、16スレッドの高負荷と、スレッドあたり16の未処理キューによって定常状態に事前調整されます。

プレコンディショニングおよび一次定常状態テスト:
スループット (読み取り+書き込み IOPS 合計)
平均レイテンシ (読み取りと書き込みのレイテンシを合わせて平均)
最大遅延 (ピーク読み取りまたは書き込み遅延)
レイテンシの標準偏差 (読み取りと書き込みの標準偏差を合わせて平均)

プリコンディショニングが完了すると、各デバイスは複数のスレッド/キューの深さプロファイルにわたって一定の間隔でテストされ、軽い使用状況と重い使用状況でのパフォーマンスが示されます。 Memblaze PBlaze4 の合成ワークロード分析では、メーカーの仕様やベンチマークで広く使用されている 100 つのプロファイルを使用します。合成ワークロードは、本番環境のワークロードで見られるアクティビティを XNUMX% 表すことはなく、ある意味、現実世界では発生しないシナリオのドライブを不正確に表現していることを考慮することが重要です。

4k
- 100% 読み取りおよび 100% 書き込み
8k
- 70% 読み取り/30% 書き込み

スループット 4k 書き込みプリコンディショニングテストでは、HGST は約 440,000 IOPS で開始し、約 160,000 IOPS マークである程度の定常状態に達しました。ここで全体的に最高のパフォーマンスを発揮したドライブは、Huawei 3.2TB ドライブでした。

次に平均レイテンシを調べます。テストの大部分でレイテンシのスパイクが最も大きかったため、最も一貫性の低いドライブは主に HGST でした。ここでもトップのドライブは Huawei 3.2TB で、定常状態の測定値は 1.0 ミリ秒強でした。

最大レイテンシを測定したところ、HGST はテスト中のいくつかのポイントで重大なスパイクが発生したため、最も一貫性のないドライブの 2 つでした (ただし、最終的には XNUMX 番目に低いレイテンシとなりました)。全体として、Intel ドライブが最高のパフォーマンスを示しました。

標準偏差の計算は、SSD レイテンシーのパフォーマンス結果の一貫性を簡単に視覚化できるように設計されています。このシナリオでは、測定値は全体的にかなり一貫性がありませんでした。途中でいくつかの顕著なスパイクがありましたが、実際には、テストの終わりまでに HGST の遅延が最高でした。 Intel は全体的に最も安定した結果を示し、安定状態では 1.6 ミリ秒未満で推移しました。

ドライブの事前調整が完了したので、主要な 4K 合成ベンチマークを見ていきます。スループットでは、HGST は読み取り 706,394 IOPS と書き込み 144,933 IOPS で中程度の結果を示しました。 Intel ドライブが 851,693 IOPS (書き込み 157,940 IOPS に達する) という驚異的なパフォーマンスで読み取り列のトップパフォーマンスを示しましたが、Huawei 3.2TB ドライブは 229,914 IOPS で最高の書き込みパフォーマンスを示しました。

平均レイテンシーを確認すると、HGST ドライブの読み取りが 0.36 ミリ秒、書き込みが 1.76 ミリ秒であることがわかりました。 Intel は読み取りの平均レイテンシーが 0.30 ミリ秒で最高であり、ファーウェイ 3.2TB ドライブは書き込みレイテンシーが 1.11 ミリ秒で最高でした。

最大遅延では、HGST ドライブは読み取り 4.9 ミリ秒、書き込み 33.4 ミリ秒という素晴らしい結果を示しました。読み取りのトップパフォーマンスは Memblaze ドライブで 4.6 ミリ秒でした。ただし、書き込みレイテンシーが大幅に長くなりました。

標準偏差を見ると、HGST が再び印象的な結果を示し、読み取り 0.146 ミリ秒と書き込み 1.584 ミリ秒を誇り、後者はテストしたドライブの中で最高の書き込み遅延でした。読み取りで最高のパフォーマンスを発揮したのは Memblaze ドライブで、読み取り速度は 0.107 ミリ秒でした。

次のワークロードは、8% の読み取り操作と 70% の書き込み操作の比率で 30 の転送を使用します。繰り返しになりますが、メインのテストに移る前に、事前調整の結果から始めます。スループットに関しては、HGST ドライブは 80 分時点で一貫性のないパフォーマンスを示し、バースト速度は約 460,000 IOPS に達しました。最終的には 187,000 IOPS 付近である程度の定常状態になり、ほとんどのドライブも同様に終了しました。これまでのところ最も安定したドライブは Memblaze でした。

次に、平均遅延を調べます。最も一貫性の低いドライブは HGST でしたが、テスト終了時点では 3.2 番目に優れた平均遅延を示していました。ここでもトップドライブは Huawei 1.0TB で、端末の平均遅延は XNUMX ミリ秒未満でした。

最大遅延を測定したとき、HGST は最も一貫性のないドライブの 1 つであり、テスト全体を通じて大きなスパイクが発生しました。ただし、全体としては、Memblaze ドライブの結果が最も安定せず、Huawei ドライブと Intel ドライブが最高のパフォーマンスを示しました。

標準偏差の計算は、SSD レイテンシーのパフォーマンス結果の一貫性を簡単に視覚化できるように設計されています。このシナリオでは、HGST はテストの開始時から約 70 分のマークまで、一連の大きなスパイクを発生しました。 Huawei 3.2TB は最も安定した結果を示し、安定状態では 1.0 ミリ秒未満で推移しました。

HGST ドライブを完全に事前調整した後、メインの 8k 70/30 テストを実行しました。スループットに関しては、Huawei 3.2TB を除いて、ほとんどのドライブがほぼ同等のパフォーマンスを誇っていました。例外は、Huawei 170,000TB でした。 HGST は、最終的にターミナルで約 XNUMX IOPS になりました。

平均遅延は非常に似た結果を示し、Intel、Memblaze、HGST、および 1.6TB Huawei ドライブは、最後のキューの深さまで首尾一貫したパフォーマンスを示しました。ここで最高のパフォーマンスを発揮したドライブは、やはり 3.2TB Huawei ドライブで、最終的には 0.9T/16Q で 16 ミリ秒未満でした。

最大遅延を確認すると、HGST ドライブがかなり一貫した結果を示していますが、テストの終わり近くで急上昇し始めました。 Intel と Huawei のドライブが全体的に最高のパフォーマンスを示しました。

標準偏差は、すべてのドライブのパフォーマンス（最大/平均レイテンシ）の傾向が非常に似ていることを示しました。ここでは、Huawei 3.2TB ドライブが 8T8Q マーク付近を引き離し、0.9 ミリ秒強で全体的に最高の結果を記録しました。

結論

HGST には、優れたエンタープライズフラッシュストレージソリューションを作成してきた長い歴史があり、新しい SN100 シリーズの NVMe SSD も例外ではありません。UEFI ブートサポート、高度な電源管理、フラッシュ対応 RAID などの機能によるエンタープライズグレードの信頼性を備えています。 - エンドツーエンドのデータパス保護、高度な ECC、停電保護。 HGST ファミリは、AIC (SN150) と 2.5 インチ (SN100) の両方のフォームファクタで利用できます。前者は、事実上すべての最新のサーバーでシームレスな導入でそのタイプのカードを処理できるため、導入が容易です。

パフォーマンスに注目すると、HGST Ultrastar SN100 シリーズは、テストしたベンチマーク全体で優れたパフォーマンスを示し、いくつかのカテゴリでトップでした。最初のアプリケーションワークロード分析では、HGST ドライブは、SQL Server 出力テストで最高 TPS 3,152.13、合計 3,149.97 TPS というリーダーボードの最下位の結果を示し、平均遅延は 7.0 ミリ秒に達しました。 Sysbench テストでは、HGST ドライブの全体的なパフォーマンスが良好であることがわかりました。 100 秒あたりの平均トランザクションベンチマークでは、HGST Ultrastar SN5,853.6 シリーズは合計 21.66 TPS を測定しましたが、これは Intel ドライブと Memblaze ドライブの両方よりわずかに低い値でした。平均レイテンシの結果を見ると、HGST では個々の VM が 22.10 ミリ秒から 21.87 ミリ秒の間で実行され、合計レイテンシは 49.62 ミリ秒でした。最悪の MySQL 遅延シナリオに関して、HGST は、VM が 50.07 ミリ秒から 49.81 ミリ秒の間で実行され、合計 XNUMX ミリ秒であることを示し、テストした AIC SSD の中でランキングの中間に位置しました。

合成ベンチマーク中、HGST Ultrastar は 4K スループットが読み取り 706,933 IOPS、書き込み 229,914 IOPS というかなり良好な数値を記録しました。比較すると、Intel ドライブは読み取り 851,693 IOPS で最高の結果を誇り、書き込みは 197,940 IOPS に達しました。平均遅延は、読み取り 0.36 ミリ秒、書き込み 1.76 ミリ秒 (Intel ドライブのすぐ後ろ) という素晴らしい結果を示しました。 8k 転送 (読み取り操作 70%、書き込み操作 30% の比率で構成される) では、HGST は 173,022 IOPS で最高に達し、Intel モデルを上回りましたが、4 IOPS を測定した Memblaze PBlaze173,275 のすぐ下に来ました。

メリット