NVMe™ 드라이브가 처음 나왔을 때 우리는 성능이 우수할 것이라는 것을 알고 있었지만 언제 SATA SSD와 비용 비교가 가능할지 의문이 들었습니다. 초기 비용으로 인해 NVMe 드라이브는 고성능 특성을 활용해야 하는 엔터프라이즈 애플리케이션에 사용되었습니다. IOPS당 비용 측면에서 NVMe 드라이브가 SATA/SAS SSD보다 저렴해지는 데 그리 오래 걸리지 않았습니다. 하지만 이제는 용량 기준으로 SATA/SAS SSD보다 훨씬 비싸지 않은 지점에 도달하기 시작했습니다. 성능 테스트를 위해 연구실에서 Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe SSD를 받았을 때 이 GB 대 달러 비교는 우리에게 큰 영향을 미쳤습니다. 이 SSD는 SATA/SAS SSD에 비해 극적인 성능 향상을 제공하고 주류 엔터프라이즈 스토리지 시장을 대상으로 합니다. 이제 NVMe SSD는 비용 패리티에 가깝기 때문에 더 낮은 전력 요구 사항을 가지면서 더 나은 성능을 제공하기 때문에 메인스트림 애플리케이션을 위한 데이터 센터의 SATA 드라이브를 대체하는 것으로 보고 있습니다.
NVMe™ 드라이브가 처음 나왔을 때 우리는 성능이 우수할 것이라는 것을 알고 있었지만 언제 SATA SSD와 비용 비교가 가능할지 의문이 들었습니다. 초기 비용으로 인해 NVMe 드라이브는 고성능 특성을 활용해야 하는 엔터프라이즈 애플리케이션에 사용되었습니다. IOPS당 비용 측면에서 NVMe 드라이브가 SATA/SAS SSD보다 저렴해지는 데 그리 오래 걸리지 않았습니다. 하지만 이제는 용량 기준으로 SATA/SAS SSD보다 훨씬 비싸지 않은 지점에 도달하기 시작했습니다. 성능 테스트를 위해 연구실에서 Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe SSD를 받았을 때 이 GB 대 달러 비교는 우리에게 큰 영향을 미쳤습니다. 이 SSD는 SATA/SAS SSD에 비해 극적인 성능 향상을 제공하고 주류 엔터프라이즈 스토리지 시장을 대상으로 합니다. 이제 NVMe SSD는 비용 패리티에 가깝기 때문에 더 낮은 전력 요구 사항을 가지면서 더 나은 성능을 제공하기 때문에 메인스트림 애플리케이션을 위한 데이터 센터의 SATA 드라이브를 대체하는 것으로 보고 있습니다.
Ultrastar SN640의 세부 사항을 파고들고 우리가 수행한 성능 테스트에 대한 개요를 제공하기 전에 먼저 Western Digital의 배경과 플래시 스토리지의 현재 라인업을 살펴보고 이면 기술을 살펴보겠습니다. SN640은 SATA/SAS 드라이브에 대한 매력적인 대체품입니다.
1970년에 설립된 Western Digital은 반도체 개발 및 작업에 대한 풍부한 역사를 가지고 있습니다. 처음에는 1970년대 중반 전기 계산기 혁명의 원동력이 된 칩과 디스크 드라이브용 제어 칩과 같은 개별 부품을 생산했습니다. 이러한 배경에서 그들은 논리적으로 전체 하드 드라이브 생산으로 마이그레이션했습니다. 1990년대와 2000년대 초반에 그들은 드라이브의 성능과 용량을 향상시키는 많은 혁신을 이루었습니다.
수년 동안 Western Digital은 Flash 제품에 대해 SanDisk®와 협력했으며 2016년에 이를 인수했습니다.SanDisk는 플래시 스토리지의 초기 혁신자였으며 시간이 지남에 따라 스토리지 시장에서 진정한 혁신자임을 입증했습니다. 1988년에 그들이 도입한 시스템 플래시 1990년대에 Western Digital과 협력하여 최초의 상용 Flash SSD 제품을 만들었습니다. 시간이 지남에 따라 SanDisk는 스토리지 시장에서 진정한 혁신가임을 입증했습니다. 그들은 세계 최초의 상용 NANDS MLC 1GB 칩뿐만 아니라 공동 개발한 microSD™ 카드, 64GB X4(셀당 4비트) NAND 플래시 기술이 적용된 플래시 메모리 카드 및 플래시를 발전시킨 기타 기술을 출하했습니다. 성능 측면뿐만 아니라 비용 측면에서도 마찬가지입니다.
이 풍부한 역사를 바탕으로 Western Digital은 상업 및 기업 사용자 모두의 특정 요구 사항을 모두 충족하기 위해 다양한 제품을 개발했으며 고유한 제품 제공으로 다양한 시장의 요구를 충족하기 위해 다양한 브랜드를 사용했습니다. 예를 들어 SanDisk 브랜드는 모바일 스토리지 제품에 중점을 두고 있으며 G-Technology® 브랜드는 창의적인 전문가용으로 설계된 드라이브 및 스토리지 시스템에 중점을 두고 있습니다.
Western Digital 브랜드로 개인 및 기업용 HDD 및 플래시 드라이브와 스토리지 솔루션을 제공합니다. 사용자가 자신의 필요에 가장 적합한 드라이브를 선택할 수 있도록 Western Digital은 일부 드라이브를 색상 코드 분류로 구분합니다. 감시 스토리지, WD Red 드라이브는 네트워크 연결 스토리지에 적합하며 WD Black 및 WD Gold 드라이브는 각각 고성능 게임 및 엔터프라이즈 드라이브입니다. 이 마지막 두 가지 색상 범주에는 XNUMX년 제한 보증이 제공되며 나머지는 XNUMX년 제한 보증이 제공됩니다. Western Digital은 모든 색상의 HDD, SATA, SAS 또는 NVMe 장치를 제공하지 않지만 주어진 사용 사례에 가장 적합한 스토리지 기술을 제공합니다.
엔터프라이즈 및 데이터 센터 고객을 위해 Western Digital은 Ultrastar 드라이브 제품군을 보유하고 있습니다. 장치 유형을 나타내기 위해 드라이브에 XNUMX자리 코드를 접두사로 붙입니다. HC HDD 장치이며, SS SAS 드라이브, SN은 NVMe 드라이브, SA SA SATA 드라이브이며 ME 메모리 확장 드라이브입니다.
이 기사에서 살펴볼 드라이브는 Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD입니다. 성능이 크게 향상된 Ultrastar DC SN630의 후속 제품입니다. 두 드라이브 모두 자체 NAND 및 펌웨어와 함께 Western Digital의 사내 NVMe 컨트롤러를 사용하여 일관된 낮은 대기 시간과 고성능으로 이어지는 대규모 최적화를 제공합니다. 이 드라이브는 Western Digital이 기업 고객을 최신 SATA/SAS 플래시 스토리지 기술에서 현재 NVMe 플래시 스토리지로 전환하기 위한 전환 드라이브로 판매하는 메인스트림 설계용입니다. Western Digital은 Ultrastar SN640과 동일한 기능을 많이 갖춘 WD Gold NVMe SSD를 유통 및 전자 소매업체를 위해 소량으로 제공합니다. Western Digital은 미션 크리티컬 워크로드 및 HPC 서버를 실행하는 AFA를 겨냥한 Ultrastar DC SN840 NVMe SSD도 제공합니다. 우리는 이 제품을 손에 넣기를 기대합니다.
NVMe 드라이브의 SN640 라인은 U.2.5 커넥터가 있는 7" x 2mm 크기이며 800GB에서 7.68TB에 이르는 스토리지 용량을 포함합니다. 이러한 드라이브는 기업 및 데이터 센터용으로 설계되었기 때문에 2년 제한 보증이 제공되고 MTBF(Mean Time Between Failure) 등급이 0.8만 시간이며 등급이 2.0 또는 3.1 DWPD이며 Secure Erase( SE) ISE(Instant Secure Erase) 또는 TCG Ruby 보안 옵션. 성능을 향상시키기 위해 SN 드라이브는 Western Digital의 자체 PCIe Gen 4 x 1.3(NVMe 96) 컨트롤러를 사용합니다. 또한 SATA/SAS SSD 드라이브로 비용 경쟁력을 갖추기 위해 Western Digital의 4단 BiCS3 515D TLC NAND를 사용합니다. Western Digital은 이 드라이브를 최대 65K IOPs 임의 읽기로 평가했으며 SATA 드라이브보다 IOP/Watt를 XNUMX% 적게 사용하면서 읽기 성능은 XNUMX배 더 높다고 주장합니다.
Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD 사양:
- 폼 팩터: 2 2.5", 7mm
- 용량: 800GB~7,680GB
- 낸드: 웨스턴 디지털 BiCS4 3D TLC 낸드
- 인터페이스: PCIe Gen3 x4(NVMe 1.3c 준수)
- 성능: (TCG Ruby 모델)
- 순차 읽기 성능(최대): 3340MB/s
- 순차 쓰기 성능(최대): 2190MB/s
- 임의 4KiB 읽기(최대): 515K IOPS
- 임의 4KiB 쓰기(최대): 161K IOPS
- 무작위 70/30 읽기/쓰기, 4KiB(최대): 305K IOPS
- 읽기 대기 시간(최대): 78us
- 내구성 및 신뢰성:
- DW/D: 0.8(읽기 집약적), 2(혼합 사용)
- 수정할 수 없는 비트 오류율(UBER): 1/10~17th
- MTBF: 2백만 시간
- 전력 손실 보호(PLP) 및 엔드 투 엔드 데이터 경로 보호
- 기능
- 128 NVMe 네임스페이스 지원
- 가변 섹터 크기 지원
- NVMe-MI 1.1(TCG Ruby 모델)
- 보안 삭제, 인스턴트 보안 삭제 및 TCG Ruby
- 환경:
- 작동 전력 상태(최대): 12W
- 유휴 전원 상태(일반): < 5W
- 작동 온도: 0 ~ 70°C 주변 온도(제안된 공기 흐름 포함)
- 비작동 온도: -40° ~ 85° C
- 5 년 제한 보증
NVMe 드라이브는 한동안 엔터프라이즈 시장에 출시되었으며 널리 사용되는 데 있어 전통적으로 가장 큰 장애물은 비용이었지만 더 이상 그렇지 않습니다. 640TB 용량의 SN7.68의 시중가는 $1,400이며, 동급 SATA SSD는 $1,200입니다. SN640 960GB와 같은 저용량 드라이브의 가격은 300달러인 반면 데이터 센터급 SATA SSD 드라이브의 가격은 260달러입니다. 즉, 가격이 약 16% 증가하면 훨씬 더 성능이 뛰어난 드라이브를 얻을 수 있습니다. NVMe 드라이브로 전환하면 서버가 빠른 응답 시간을 요구하는 최신 워크로드를 처리할 수 있습니다. 대역폭이 제한되고 대기 시간이 훨씬 더 긴 SATA 드라이브는 오늘날 응용 프로그램의 까다로운 스토리지 요구 사항을 효율적으로 처리할 수 없습니다.
높은 가격으로 인해 NVMe 드라이브는 처음 출시되었을 때 틈새 사용 사례로 밀려났습니다. 그러나 이제 SN640과 같은 최신 NVMe SSD는 VM(가상 머신) 지원, SDS(소프트웨어 정의 스토리지)용 플래시 캐시 역할, 부팅 장치 역할과 같은 주류 워크로드를 위한 스토리지 솔루션이 되었습니다. 현재 우리가 생각하는 더 광범위한 채택을 방해하는 한 가지 단점은 서버가 여전히 이를 따라잡기 위해 고군분투하고 있으며 모든 서버가 사람들이 채우고 싶어하는 수의 NVMe 포트를 지원할 수 없다는 것입니다. 이것이 사실이라면 서버 설계자는 이 귀중한 리소스를 합리적으로(비용 관점이 아니라 성능 관점에서) 사용하고 성능이 최대한 현명하게 사용되도록 해야 합니다.
테스트 데이터
Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD의 성능을 측정하기 위해 NVMe 호환 백플레인이 장착된 업계 표준 Dell EMC PowerEdge R740xd 서버를 사용했습니다. 이 서버 구성은 12개의 NVMe 베이를 제공했으며 여기에서 8개의 슬롯을 사용했습니다.
테스트 환경:
- 8x Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD
- 8x Western Digital Ultrastar SA210 SATA SSD
- 740x NVMe 슬롯이 있는 Dell EMC PowerEdge R12xd 서버(8개 사용됨)
- CPU 2 x 인텔® 스케일러블 플래티넘 8280
- DRAM 12 x 32GB DDR4-2933MHz
우리가 집중한 벤치마크는 드라이브에 스트레스를 가해 최대 대역폭 또는 처리량 수치를 보여주는 합성 워크로드와 사용자가 기대할 수 있는 실제 수치를 보여주는 애플리케이션 워크로드였습니다. 이 두 영역 중에서 우리의 애플리케이션 워크로드는 대기 시간 성능에 대해 더 나은 렌즈를 제공하도록 맞춰져 있습니다. 이러한 테스트를 위해 가상 섹션용으로 VDBench가 설치된 CentOS 7 환경과 SQL Server 및 MySQL™ Sysbench VM용으로 VMware ESXi™ 6.7u3을 사용합니다.
이러한 NVMe 드라이브를 SATA SSD와 비교하는 방법을 더 잘 이해하기 위해 Western Digital Ultrastar DC SA210 1.92TB SATA 드라이브에서 테스트를 실행하고 3.84TB SN640과 비교했습니다.
아래 차트는 모든 범주에서 Western Digital SN640이 SATA 드라이브를 큰 차이로 압도했음을 보여줍니다. Sysbench 평균 대기 시간이 46% 개선된 것부터 875K 4/70 무작위 IOPS 테스트 중 뛰어난 30% 개선까지 다양했습니다.
원시 성능 수치는 매우 인상적이었지만 이것이 실제 조건으로 어떻게 변환되는지에 대한 느낌을 얻고 싶었습니다. 우리는 먼저 드라이브가 VDI 월요일 아침 부팅 폭풍을 얼마나 잘 처리할 수 있는지 살펴보았습니다.
SATA 드라이브의 대기 시간은 응답하는 데 ~3밀리초가 걸리는 지점까지 급격히 저하되었으며, SN640은 500 IOPS를 약간 넘는 테스트를 중단할 때까지 대기 시간이 최대 150,000마이크로초 이상 점진적으로 증가했습니다.
그런 다음 초기 로그인 테스트를 실행했고 SATA 드라이브가 빠르게 소진된 반면 Western Digital SN640은 테스트 기간 동안 대기 시간이 약간 증가한 것으로 나타났습니다.
최종 실제 테스트를 위해 드라이브에서 80/20 임의 읽기/쓰기 테스트를 실행했습니다. 다시 한 번 SATA 드라이브가 일찍 정점에 도달한 반면 SN640은 광범위한 IOPS를 통해 뛰어난 성능을 제공할 수 있었습니다.
SN640은 IOPS의 수에 의해 스트레스를 받았기 때문에 예상대로 작고 점진적으로 증가하는 현저하게 낮은 대기 시간을 보였을 뿐만 아니라 드라이브는 테스트 중에 일관된 서비스 품질을 제공했습니다.
결론
Ultrastar DC SN640에 대한 테스트에서 Western Digital이 최신 사내 컨트롤러, 96L 플래시 및 펌웨어를 사용하여 SATA를 완전히 대체할 비용 효율적인 솔루션을 위해 성능과 전력의 균형을 맞추는 메인스트림 NVMe SSD를 제공했음을 확인했습니다. . NVMe 드라이브는 IOPS당 비용에서 신속하게 패리티를 달성했으며 향후 용량 기준에서 비용 경쟁력을 갖추게 될 변곡점이 있을 것으로 예측했으며 현재 그 시점에 있습니다. 일반 가격 비교에서 우리는 GB당 기준으로 SATA/SAS SSD에 비해 SN640의 가격이 약간만 상승했음을 발견했습니다. 위에서 설명한 성능 렌즈를 통해 볼 때 데이터 스토리지에 SATA SSD를 사용할 이유가 전혀 없습니다.
Western Digital은 오랫동안 스토리지 기술의 혁신자이자 최전선에 있었으며 이러한 성과는 플래시 드라이브로 확장되었습니다. Western Digital의 끊임없는 혁신은 SN640 드라이브 라인에서 볼 수 있습니다. 여기서 그들은 기술적인 기량을 사용하여 장치에서 우수한 성능을 추출할 뿐만 아니라 매우 매력적인 가격으로 그렇게 할 수 있었습니다.
Ultrastar SN640은 사용자가 이전 세대 스토리지에서 NVMe 기반 플래시로 이동할 수 있는 훌륭한 게이트웨이 드라이브 역할을 합니다. 데이터는 NVMe가 데이터 센터의 다양한 워크로드 세트에 응답 성능을 제공할 때 앞으로 나아가는 길임을 분명히 보여줍니다. NVMe 드라이브는 데이터베이스 및 가상화된 워크로드와 같은 현재 워크로드의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 기계 학습(ML) 및 인공 지능과 같이 나타나기 시작한 더 까다로운 차세대 워크로드를 위해 데이터 센터를 배치합니다. AI), 초저지연 및 초고대역폭의 스토리지 솔루션이 필요합니다.
