Memblaze PBlaze4 2.5インチ NVMe SSD レビュー

by StorageReview エンタープライズラボ on 2015 年 12 月 11 日

Enterprise ◇ SSD

PBlaze4 エンタープライズ SSD プラットフォームは、Memblaze の新世代の PCIe フラッシュストレージで、PMC の Flashtec NVMe コントローラーと東芝 MLC NAND で構築されています。このハードウェアプロファイルは、ハイパースケールデータセンターやその他のエンタープライズアプリケーション向けのパフォーマンスと耐久性仕様を備えた NVMe 準拠の SSD ソリューションとして、Memblaze の MemSpeed および MemSolid SSD 最適化テクノロジーを強化します。 PBlaze3 と同様に、このドライブファミリは、他の SSD アーキテクチャを備えたホスト CPU によって処理されるプロセスの多くをオフロードできます。

PBlaze4 ドライブは、800 インチとアドインカード (AIC) フォームファクターの両方で、3.2 GB ～ 2.5 TB の容量で利用できます。 6.4TB (未フォーマット容量 8TB) AIC は、利用可能な最大の PBlaze4 ドライブです。私たちのレビューでは、2.5 つの 4 インチ NVMe PBlaze4 と 2.5 つの NVMe エッジカードバリアントに焦点を当てます。 PBlaze4 XNUMX インチフォームファクタは、ホットプラグ、ホットリムーバブル、およびホットスワップに準拠しています。 PBlazeXNUMX シリーズには、移行中のデータを保存するための電力損失コンデンサも組み込まれており、不揮発性 NAND メディア内のデータおよびキャッシュされた書き込みのデータ整合性が保証されます。

PBlaze4 は Non-Volatile Memory Express (NMVe) 1.1b および PCIe Gen3 に準拠しており、Windows、Linux、VMware の最新バージョンを含む多くの一般的なオペレーティングシステムにわたってネイティブドライバーサポートを提供します。 UEFI マザーボードは PBlaze4 ドライブから起動することもできます。 PBlaze4 は、MLC が SLC の速度と耐久性をエミュレートできるように設計された擬似 SLC (pSLC) メモリ管理モードを利用します。 PBlaze4 ドライブは、メタデータの保護と信頼性を高めるために、メタデータに使用されるメモリの部分を pSLC として指定します。 PBlaze4 が提供する他の XNUMX つの主要な技術システムは、PCIe SSD のパフォーマンス、信頼性、QoS を向上させるように設計された MemSpeed と MemSolid です。

Memblaze PBlaze4 仕様

ユーザー容量: 800GB、1.2TB、1.6TB、2.4TB、3.2TB、6.4TB
シーケンシャル読み取り (128kb): 2.2 GB/秒、2.8 GB/秒、2.8 GB/秒、2.8 GB/秒、2.8 GB/秒、3.4 GB/秒
シーケンシャル書き込み (128kb): 700 MB/秒、1.4 GB/秒、1.4 GB/秒、2.2 GB/秒、2.2 GB/秒、2.5 GB/秒
持続ランダム読み取り (4kb) IOPS: 600k、740k、750k、730k、740k、800k
持続ランダム書き込み (94kb) IOPS (100% スパン): 60k、240k、150k、320k、200k、250k
生涯耐久性 (3 日あたりのドライブワイプ): 4、3、4、3、3、XNUMX
レイテンシー読み取り/書き込み: 90us/20us
訂正不能ビットエラー率: 1^10 ビット読み取りあたり 17 セクター未満
平均故障間隔: 2万時間
フォームファクター: 2.5 インチ HHHL (6.4TB バージョンの場合は FHHL)
インターフェイス: PCIe 3.0 x 4 (3.0TB バージョンの場合は PCIe 8 x 6.4)
プロトコル: NVME
NANDフラッシュメモリ：MLC
オペレーティングシステム: RHEL、SLES、CentOS、Ubuntu、Windows Server、VMware ESXi
消費電力: <25w (35TB バージョンの場合は <6.4w)
動作温度：
- AIC: 周囲温度 0 ～ 55℃、推奨エアフロー
- 2.5 インチ: 周囲温度 0 ～ 35℃、推奨エアフロー、ケース温度 0 ～ 70℃
エアフロー (LFM): 300@25℃ (450TB バージョンの場合は 25@6.4℃)
ソフトウェアサポート: CLI管理ツール、OSインボックスドライバー

設計と構築

Memblaze PBlaze4 は、2.5mm Z 高さの 15 インチフォームファクタを備えた NVMe SSD です。他の SSD よりも厚いですが、多くは 3.5 インチ HDD だけでなく、より厚い 2.5 インチ HDD も収容できるように設計されているため、ほとんどのアレイに収まります。外側のハウジングはブラッシュメタルで、上部にブランドのステッカーが貼られています。ドライブには、熱放散を改善するために、ステッカーに沿ったいくつかの溝もあります。上部にはケースを固定するネジがXNUMX本あります。

ドライブの側面に沿って、取り付け穴 (各側面に 2 つ) と、モデル/シリアル番号が記載されたステッカーがあります。

ドライブの底面には放熱のための溝が全面に施されています。取り付け用の穴が4つあります。下部には、SAS インターフェイスに似ていますが、はるかに高いパフォーマンスを実現する PCIe インターフェイスも表示されます。

ドライブを開けると、リボンケーブルで接続されたデュアル PCB が見えます。内部では、PBlaze4 が PMC Flashtec NVMe コントローラーと MLC NAND を使用していることがわかります。

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。

以下の他の NVMe SSD と比較しながら、Memblaze をテストしました。

Samsung XS1715 エンタープライズ NVMe SSD
インテル SSD DC P3700

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、Memblaze PBlaze4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、Memblaze ドライブの最高 TPS は 3,157.235 で、合計は 3,157.112 TPS でした。ここでのトップパフォーマンスは Intel DC SSD P3700 で、合計 3,157.341 TPS を記録しました。

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、Memblaze ドライブは Samsung および Intel SSD (どちらも 7.0 ミリ秒を記録) よりもわずかに遅れており、合計 7.5 ミリ秒で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。

3700 秒あたりの平均トランザクション数のベンチマークでは、Memblaze が Intel SSD DC P5,717.2 をわずかに上回りました。 Memblaze の単一 VM の最高パフォーマンスは 1,429.8 TPS でしたが、その合計は 3700 でした。一方、Intel SSD DC P5,779.7 は合計 XNUMX TPS で最高の結果を示しました。

平均レイテンシの結果を見ると、Memblaze は再び Intel に遅れをとっており、個々の VM は 22.34 ミリ秒から 22.42 ミリ秒の間で実行され、合計レイテンシは 22.38 ミリ秒でした。 Intel ドライブは合計 22.15 ミリ秒でリーダーボードのトップにランクされました。

最悪の MySQL レイテンシシナリオ (99 パーセンタイルレイテンシ) に関しては、Memblaze では VM が 58.03 ミリ秒から 58.00 ミリ秒で実行されていることが示されましたが、最高パフォーマンスの Intel ドライブはわずか 45.97 ミリ秒という驚異的な合計値を誇っていました。

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、運用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、Memblaze が最も安定したドライブであることは間違いなく、約 160,000 IOPS で開始し、ほぼ同じ速度で定常状態に達しました。 Samsung と Intel の両方のドライブは、テストの開始近くに大きなスパイクを示しました。

次に平均レイテンシーを見ていきます。繰り返しになりますが、Memblaze が最も安定したドライブでした。ただし、定常状態に達した時点では、依然として Intel ドライブよりも遅れて終了しました。

最大遅延を測定すると、Memblaze はテスト全体を通じて大きなスパイクを示しました。 Intel SSD は顕著な差を付けて最も安定したドライブであり、テスト全体を通じて 25 ミリ秒の遅延マーク付近を推移しており、大きなスパイクはありませんでした。

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、Intel ドライブは最初は好調でしたが、22 分あたりで遅延が大幅に急増しました。その後もかなり安定し、トップの座を獲得し、最後までに 1.5 ミリ秒弱で終了しました。

主要な 4K 合成ベンチマークでは、Memblaze ドライブが 717,172 IOPS (書き込み 148,111 IOPS に達する) という驚異的な結果で読み取り列で断然トップのパフォーマンスを示しましたが、Intel ドライブは 172,672 IOPS で最高の書き込みパフォーマンスを示しました。

平均レイテンシを見ると結果はほぼ同じで、Memblzae は読み取り 0.36 ミリ秒、書き込み 1.73 ミリ秒という驚異的な結果を誇っていました。 Intel ドライブは、読み取り 0.56 ミリ秒、書き込み 1.48 ミリ秒で、Memblaze のすぐ後ろに位置します。

最大遅延では、Memblaze ドライブは読み取りでわずか 6.9 ミリ秒で Samsung に次ぐ結果となりましたが、最大書き込み遅延は 128.2 ミリ秒とはるかに高く、大幅な差で最下位となりました。

標準偏差を見ると同じランキングが示されており、Memblaze ドライブの平均書き込みレイテンシは 2.848 ミリ秒、平均読み取りレイテンシは 0.195 ミリ秒でした。ここでのトップパフォーマンスは、読み取り時間が 0.08 ミリ秒の Samsung ドライブでした。

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、Memblaze ドライブはテストの開始時に中程度のパフォーマンスを示しましたが、最終的には、比較可能なドライブの中で最初に 176,000 IOPS を超える定常状態を達成しました。

平均レイテンシーも同様で、Memblaze はテスト開始時に 0.8 ミリ秒を示し、約 1.5 ミリ秒で定常状態に達し、リーダーボードのトップの座を獲得しました。 Intel ドライブも 1.6 ミリ秒で、それほど遅れていませんでした。

最大レイテンシーに注目すると、Memblaze ドライブは最も安定性の低いドライブであり、4K プリコンディショニングの結果と同様に、全体的にレイテンシーの大幅なスパイクが見られました。ここで最も安定したドライブは Intel P3700 でした。

標準偏差は、テストの最初の部分で全体的にかなり一貫性のない結果を示しました。繰り返しになりますが、Intel P3700 は 1.2 ミリ秒を超えるピークが数回だけあったため、最高の結果を示しましたが、Memblaze はほとんどのテストで Samsung ドライブにかなり近い (ただし、少し優れた) パフォーマンスを示しました。

Intel P3700 ドライブを完全に事前調整した後、メインの 8k 70/30 テストを実施しました。スループットでは、Intel ドライブはテストの大部分を通じて最高のスループットを示しましたが、最後のキューの深さで 166,250 IOPS を超えた時点で Memblaze に遅れをとりました。

平均遅延はスループットの結果を反映しており、Intel ドライブと Memblaze ドライブは互角まで互角のパフォーマンスを発揮しましたが、Memblaze がターミナルで再び引き離してリードを奪いました。

最大レイテンシを確認すると、Memblaze のレイテンシが最も遅く、ターミナルキューの深さのピークが 70 ミリ秒を超えていることがわかりました。 Intel ドライブは、20 ミリ秒のマークを超えたのは数回だけであったため、全体的な結果が最も優れていました。ただし、Samsung XS1715 は、遅延のスパイクが最小限で、最も安定した結果を誇っていました。

標準偏差は、テストの最後まで、Intel ドライブと Memblaze ドライブの間でほぼ同一のパフォーマンスを示しました。ただし、Intel ドライブは 16T8Q マーク付近で引き離し、全体的に最高の結果を記録しました。

結論

PBlaze の名前は、Memblaze が独自のパフォーマンス、信頼性、およびホスト CPU オフロードテクノロジに独自のエンジニアリング努力を集中するために、サードパーティ製コントローラと NAND から始める手段として知られています。この場合、PMC Flashtec コントローラーと東芝 MLC NAND は、PBlaze4 の基本的な NVMe インターフェイスとストレージコンポーネントを提供します。 PBlaze2.5 は、ホットスワップ機能 (4 インチバージョンの場合) と堅牢な電源損失保護を全面的に備えており、データセンターや企業のクライアントが期待する種類のデータ保護を備えています。また、サーマルスロットルと新しい Memblaze 帯域外管理機能により、大規模なアプリケーションの多様性が高まります。

Memblaze PBlaze4 は、Samsung XS1715 1.6TB および Intel SSD DC P3700 NVMe SSD と比較した場合、テストしたワークロードのほとんどの部分で確かに良好な結果を示しました。 SQL Server テストでは、Memblaze ドライブは 3,157.235 TPS と合計 3,157.112 TPS を誇りましたが、Memblaze ドライブは合計 7.0 ミリ秒で Samsung および Intel SSD (どちらも 7.5 ミリ秒を記録) にわずかに及ばないことを示しました。 Sysbench テストでは、最高 TPS が 5,717.2 TPS、総平均レイテンシが 22.38 ミリ秒、ワーストケース (99 パーセンタイル) の VM が 58.03 ミリ秒から 58.00 ミリ秒の間で実行されるという優れたパフォーマンスが確認されました。

主要な合成ベンチマーク中、Memblaze ドライブは 4 IOPS という素晴らしい 717,172k スループットを記録しました (書き込みは 148,111 IOPS に達しました)。平均レイテンシを見ると、Memblzae は読み取り 0.36 ミリ秒、書き込み 1.73 ミリ秒という驚異的な性能を誇り、最大レイテンシ/標準偏差読み取りパフォーマンスではそれぞれ読み取り 6.9 ミリ秒、読み取り 0.195 ミリ秒を誇りました。 8k 70/30 ワークロード中もパフォーマンスは非常に良好で、166,250 IOPS を超えるピークスループットと、テストしたドライブの中で最高の平均レイテンシを誇りました。ただし、最大レイテンシの読み取り値ではパフォーマンスが低下しました。

メリット