Recenzja dysku SSD HGST Ultrastar serii SN100 AIC NVMe

by StorageReview Enterprise Lab on December 21, 2015

Enterprise ◇ SSD

Seria dysków SSD Ultrastar SN100 klasy enterprise to pierwsze podejście firmy HGST do napędów NVMe. Wcześniejsze prace firmy koncentrowały się na interfejsie SAS. Rodzina dysków dzieli się na dwie kategorie: SN100 odnosi się do formatu 2.5″, a SN150 oznacza format karty rozszerzeń (AIC) o połowie wysokości i połowie długości. W obu formatach dyski zostały zaprojektowane z myślą o najbardziej wymagających obciążeniach, ze szczególnym uwzględnieniem aplikacji chmurowych, hiperskalowalnych i korporacyjnych. Seria SN100 oferuje pojemności do 3.2 TB i oferuje przepustowość odczytu do 3 GB/s (sekw. 128 kB) oraz losowy odczyt i zapis IOPS odpowiednio na poziomie 743 000 i 140 000.

Dyski SN150 AIC są dostępne w pojemnościach 1.6 TB i 3.2 TB, a format 2.5″ oferuje dodatkowo pojemność 800 GB. Wszystkie dyski bazują na bogatej historii firmy HGST w dostarczaniu wysokiej jakości rozwiązań flash dla przedsiębiorstw i oferują: obsługę rozruchu UEFI, zaawansowane zarządzanie energią oraz niezawodność klasy korporacyjnej dzięki takim funkcjom, jak RAID z obsługą pamięci flash, kompleksowa ochrona ścieżki danych, zaawansowana korekcja błędów ECC i ochrona przed awarią zasilania. Dyski objęte są pięcioletnią gwarancją i zapewniają wytrzymałość na poziomie trzech zapisów dziennie.

Testowanym przez nas egzemplarzem jest SN150 AIC o pojemności 3.2 TB.

Specyfikacja dysków SSD NVMe HGST Ultrastar serii SN100

Interfejs: PCIe 3.0 x4:
Współczynnik kształtu:
- Karta rozszerzeń HH-HL
- Napęd SFF 2.5 cala
Pojemności (GB):
- 3200 / 1600 (AIC)
- 800 (2.5 cali)
Wydajność
- Przepustowość odczytu (maks. MB/s, sekwencyjnie 128 kB): 3000
- Przepustowość zapisu (maks. MB/s, sekwencyjnie 128 kB): 1600
- Odczyt IOPS (maks. IOPS, losowe 4k): 385 000
- Zapis IOPS (maks. IOPS, losowe 4k): 75 000
- Mieszane IOPS (70/30 R/W, losowe 4k): 310 000
- Odczyt IOPS (maks. IOPS, losowe 8k): 385 000
- Zapis IOPS (maks. IOPS, losowe 8k): 75 000
- Opóźnienie 512B (µs): 20
Niezawodność
- Średni czas między awariami (M godzin): 2
- Roczny wskaźnik awaryjności (AFR): 0.44%
- Wytrzymałość: 3 DW/D
Pobór mocy (aktywność/bezczynność): 25 W / 8 W
Temperatura pracy: 0° do 55°C
Temperatura podczas przechowywania: od -40° do 70°C
Przepływ powietrza (LFM): 300
rok 5: Gwarancja

Projektowanie i budowa

Karta HGST Ultrastar SN150 ma format PCIe x4 o połowie wysokości i długości. Sama karta nie posiada żadnych oznaczeń i nie ma żadnych informacji o napędzie na przednim panelu.

Radiator pokrywa większość dysku; dzięki tej konstrukcji ciepło generowane przez kartę będzie rozpraszane poprzez wymuszoną konwekcję. HGST oznacza, że przepływ powietrza powinien być skierowany w stronę końca karty, przy jej uchwycie. Dodatkowo, SN150 posiada wiele wbudowanych czujników temperatury, które monitorują krytyczne podzespoły dysku. W przypadku wykrycia problemu, uruchamiany jest system ograniczania termicznego, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym przegrzaniem.

Interfejs PCIe 3.0 x4 znajduje się u dołu karty SN150 AIC.

Po drugiej stronie radiatora widzimy cztery pakiety NAND, z których każdy wykorzystuje technologię A19 nm eMLC NAND, pod naklejką z informacjami o urządzeniu. Widać również pamięć DRAM Micron.

Testowanie tła i porównań

Laboratorium testowe StorageReview Enterprise oferuje elastyczną architekturę do przeprowadzania testów porównawczych urządzeń pamięci masowej klasy enterprise w środowisku porównywalnym z tym, z jakim administratorzy spotykają się w rzeczywistych wdrożeniach. Laboratorium testowe Enterprise obejmuje różnorodne serwery, sieci, urządzenia do kondycjonowania zasilania i inną infrastrukturę sieciową, co pozwala naszym pracownikom na stworzenie rzeczywistych warunków i dokładną ocenę wydajności podczas testów.

Uwzględniamy te informacje dotyczące środowiska laboratoryjnego i protokołów w recenzjach, aby specjaliści IT i osoby odpowiedzialne za pozyskiwanie pamięci masowej mogli zrozumieć warunki, w jakich osiągnęliśmy poniższe rezultaty. Żadna z naszych recenzji nie jest opłacana ani nadzorowana przez producenta testowanego sprzętu. Dodatkowe informacje na temat laboratorium testowego StorageReview Enterprise Test Lab oraz przegląd jego możliwości sieciowych są dostępne na odpowiednich stronach.

Przetestowaliśmy dysk HGST SN100, porównując go z następującymi innymi dyskami SSD AIC NVMe:

Memblaze PBlaze4 3.2 TB
Intel DC P3608 1.6 TB
Huawei ES3000v2 3.2 TB
Huawei ES3000v1 1.6 TB

Analiza obciążenia aplikacji

Aby zrozumieć charakterystykę wydajności korporacyjnych urządzeń pamięci masowej, niezbędne jest modelowanie infrastruktury i obciążeń aplikacji występujących w rzeczywistych środowiskach produkcyjnych. Nasze pierwsze testy porównawcze dla HGST Ultrastar SN100 to wydajność MySQL OLTP w SysBench oraz wydajność Microsoft SQL Server OLTP z symulowanym obciążeniem TCP-C. W przypadku obciążeń aplikacji, każdy dysk będzie obsługiwał 2–4 identycznie skonfigurowane maszyny wirtualne.

Protokół testowania OLTP dla Microsoft SQL Server firmy StorageReview wykorzystuje aktualną wersję roboczą testu Benchmark C (TPC-C) opracowanego przez Transaction Processing Performance Council – internetowego testu porównawczego przetwarzania transakcji, który symuluje działania występujące w złożonych środowiskach aplikacji. Test TPC-C jest bliższy niż syntetyczne testy wydajnościowe, jeśli chodzi o ocenę mocnych stron i wąskich gardeł infrastruktury pamięci masowej w środowiskach baz danych. Każda instancja maszyny wirtualnej SQL Server, którą testujemy w ramach tego testu, korzysta z bazy danych SQL Server o pojemności 333 GB (w skali 1,500) i mierzy wydajność transakcyjną oraz opóźnienia przy obciążeniu 15 000 użytkowników wirtualnych.

Jeśli chodzi o dane wyjściowe programu SQL Server, dysk HGST znalazł się na dole tabeli wyników, osiągając najwyższy TPS wynoszący 3,152.13 przy łącznej wartości 3,149.97 TPS.

Analiza średnich wartości opóźnień podczas testu porównawczego SQL Server z udziałem 15 tys. użytkowników wykazała, że dysk HGST znalazł się na szczycie tabeli, obok dysków SSD SanDisk, Memblaze i Huawei (wszystkie osiągnęły opóźnienie 7.0 ms).

Kolejny test porównawczy aplikacji obejmuje bazę danych Percona MySQL OLTP, mierzoną za pomocą SysBench. Test ten mierzy średnią liczbę transakcji na sekundę (TSP), średnie opóźnienie oraz średnie opóźnienie na poziomie 99. percentyla. Percona i MariaDB korzystają z interfejsów API aplikacji obsługujących pamięć flash Fusion-io w najnowszych wersjach swoich baz danych, jednak na potrzeby tego porównania testujemy każde urządzenie w jego „starszych” trybach blokowej pamięci masowej.

W benchmarku średniej liczby transakcji na sekundę, HGST znalazł się blisko czołówki rankingu, tuż za dyskami Memblaze i Intel, z łącznym wynikiem 5,853.6 TPS. Dla poszczególnych maszyn wirtualnych wartość ta wahała się od 1,477.3 TPS do 1,448.0 TPS.

Jeśli chodzi o średnie opóźnienia, HGST osiągnął całkiem dobre rezultaty: poszczególne maszyny wirtualne działały z opóźnieniem od 21.66 ms do 22.10 ms, a łączne opóźnienie wyniosło 21.87 ms.

Jeśli chodzi o najgorszy scenariusz opóźnień MySQL (opóźnienie na 99. percentylu), HGST pokazał maszyny wirtualne działające z opóźnieniem od 49.62 ms do 50.07 ms (ze łącznym wynikiem 49.81 ms), podczas gdy dysk SanDisk o najlepszych parametrach osiągnął imponujący łączny wynik zaledwie 41.92 ms.

Analiza syntetycznego obciążenia przedsiębiorstwa

Wydajność pamięci flash zmienia się w miarę dostosowywania dysku do obciążenia, co oznacza, że pamięć flash musi zostać wstępnie przygotowana przed każdym syntetycznym testem porównawczym fio , aby zapewnić dokładność testów. Każdy z porównywalnych dysków jest bezpiecznie kasowany za pomocą narzędzi producenta i wstępnie przygotowywany do stanu stabilnego z dużym obciążeniem 16 wątków i kolejką oczekujących 16 wątków na wątek.

Wstępne kondycjonowanie i podstawowe testy stanu stacjonarnego:
Przepustowość (łączna liczba operacji wejścia/wyjścia na sekundę odczytu i zapisu)
Średnie opóźnienie (średnie opóźnienie odczytu i zapisu)
Maksymalne opóźnienie (maksymalne opóźnienie odczytu lub zapisu)
Odchylenie standardowe opóźnienia (uśrednione odchylenie standardowe odczytu i zapisu)

Po zakończeniu wstępnego kondycjonowania, każde urządzenie jest testowane w odstępach czasu na wielu profilach głębokości wątków/kolejek, aby pokazać wydajność przy lekkim i intensywnym użytkowaniu. Nasza analiza obciążenia syntetycznego dla Memblaze PBlaze4 wykorzystuje dwa profile, które są szeroko stosowane w specyfikacjach producentów i testach porównawczych. Należy pamiętać, że obciążenia syntetyczne nigdy nie odzwierciedlą w 100% aktywności obserwowanej w obciążeniach produkcyjnych i pod pewnymi względami niedokładnie obrazują dysk w scenariuszach, które nie wystąpiłyby w rzeczywistości.

4k
- 100% odczytu i 100% zapisu
8k
- 70% odczytu/30% zapisu

W naszym teście wstępnego przygotowania zapisu 4k, HGST wystartował z wynikiem około 440 000 IOPS, osiągając w stanie stabilnym około 160 000 IOPS. Najwydajniejszym dyskiem okazał się dysk Huawei o pojemności 3.2 TB.

Następnie przyjrzymy się średniemu opóźnieniu, gdzie najmniej stabilnym dyskiem był głównie dysk HGST, który charakteryzował się największymi skokami opóźnienia przez większość testu. Najlepszym dyskiem okazał się ponownie dysk Huawei 3.2 TB, którego czas w stanie ustalonym wyniósł nieco ponad 1.0 ms.

Podczas pomiaru maksymalnego opóźnienia, dysk HGST był jednym z dysków o najbardziej niespójnych wynikach ze względu na poważne skoki w kilku momentach testu (choć ostatecznie uzyskał drugie najniższe opóźnienie). Ogólnie rzecz biorąc, dysk Intela wykazał się najlepszą wydajnością.

Obliczenia odchylenia standardowego mają na celu ułatwienie wizualizacji spójności wyników dotyczących opóźnień dysków SSD. W tym scenariuszu odczyty były dość niespójne w całym zakresie. Pomimo kilku zauważalnych skoków, HGST osiągnął najlepsze opóźnienie pod koniec testu. Dysk Intel uzyskał najbardziej stabilne wyniki, utrzymując się poniżej 1.6 ms w stanie stabilnym.

Po wstępnym przygotowaniu dysków, przyjrzymy się podstawowemu syntetycznemu benchmarkowi 4k. Pod względem przepustowości, test HGST plasował się w czołówce, osiągając 706 394 IOPS przy odczycie i 144 933 IOPS przy zapisie. Dysk Intela był liderem w kategorii odczytu z imponującym wynikiem 851 693 IOPS (osiągając 157 940 IOPS przy zapisie), a dysk Huawei o pojemności 3.2 TB uzyskał najlepszą wydajność zapisu z wynikiem 229 914 IOPS.

Analiza średniego opóźnienia wykazała, że dysk HGST uzyskał 0.36 ms dla odczytu i 1.76 ms dla zapisu. Dysk Intel odnotował najlepsze średnie opóźnienie odczytu – 0.30 ms, a dysk Huawei 3.2 TB – najlepsze opóźnienie zapisu – 1.11 ms.

W przypadku maksymalnego opóźnienia dysk HGST osiągnął imponujące wyniki: odczyt 4.9 ms i zapis 33.4 ms. Najszybciej pod względem odczytu radził sobie dysk Memblaze z opóźnieniem 4.6 ms; jednak miał on znacznie wyższe opóźnienie zapisu.

Analiza odchylenia standardowego pokazuje, że HGST ponownie osiągnął imponujące wyniki, osiągając 0.146 ms dla odczytu i 1.584 ms dla zapisu, co stanowiło najwyższe opóźnienie zapisu wśród testowanych dysków. Najszybciej w odczytach wypadł dysk Memblaze, który osiągnął wynik 0.107 ms.

Nasze kolejne obciążenie wykorzystuje transfery 8k z proporcją 70% operacji odczytu i 30% operacji zapisu. Ponownie, zaczniemy od wyników wstępnego kondycjonowania, zanim przejdziemy do testów głównych. Pod względem przepustowości, dysk HGST wykazywał niestabilną wydajność przez 80 minut, osiągając prędkości szczytowe rzędu 460 000 IOPS. Ostatecznie osiągnął stan stabilny na poziomie około 187 000 IOPS, co również miało miejsce w przypadku większości dysków. Zdecydowanie najstabilniejszym dyskiem był Memblaze.

Następnie przyjrzymy się średniemu opóźnieniu, gdzie najmniej spójnym dyskiem był HGST, choć pod koniec testu miał drugie najlepsze średnie opóźnienie. Najlepszym dyskiem w tym teście okazał się ponownie dysk Huawei 3.2 TB ze średnim opóźnieniem końcowym wynoszącym nieco poniżej 1.0 ms.

Podczas pomiaru maksymalnego opóźnienia, dysk HGST był jednym z dysków o najbardziej niespójnych wynikach, charakteryzujących się dużymi skokami napięcia przez cały czas trwania testu. Ogólnie rzecz biorąc, dysk Memblaze uzyskał najmniej spójne wyniki, podczas gdy dyski Huawei i Intel wykazały się najlepszą wydajnością.

Obliczenia odchylenia standardowego mają na celu ułatwienie wizualizacji spójności wyników dotyczących opóźnień dysków SSD. W tym scenariuszu test HGST charakteryzował się serią skoków na początku testu, aż do około 70. minuty. Dysk Huawei 3.2 TB uzyskał najbardziej stabilne wyniki, utrzymujące się poniżej 1.0 ms w stanie stabilnym.

Po pełnym przygotowaniu dysku HGST, poddaliśmy go głównemu testowi 8k 70/30. Pod względem przepustowości większość dysków osiągnęła niemal identyczną wydajność, z wyjątkiem dysku Huawei 3.2 TB, który odskoczył. HGST osiągnął w terminalu prawie 170 000 IOPS.

Średnie opóźnienie wykazało bardzo podobne wyniki – dyski Intel, Memblaze, HGST i Huawei o pojemności 1.6 TB działały łeb w łeb aż do ostatniej kolejki. Najszybszym dyskiem okazał się ponownie dysk Huawei o pojemności 3.2 TB, który przy 16 t/16 kwantach uzyskał wynik nieco poniżej 0.9 ms.

Analiza maksymalnego opóźnienia wykazała, że dysk HGST osiągnął dość spójne wyniki, choć pod koniec testu jego wartość zaczęła gwałtownie rosnąć. Dyski Intel i Huawei wykazały się najlepszą ogólną wydajnością.

Odchylenie standardowe wykazało bardzo podobny trend w wydajności (maksymalne/średnie opóźnienie) między wszystkimi dyskami. W tym przypadku dysk Huawei 3.2 TB wyprzedził dysk 8T8Q, uzyskując najlepszy wynik ogólny z czasem nieco ponad 0.9 ms.

Wniosek

Firma HGST ma długą historię tworzenia doskonałych rozwiązań pamięci masowej flash dla przedsiębiorstw, a nowa seria dysków SSD NVMe SN100 nie jest wyjątkiem. Oferuje ona obsługę rozruchu UEFI, zaawansowane zarządzanie energią i niezawodność klasy korporacyjnej dzięki takim funkcjom, jak RAID z obsługą pamięci flash, kompleksowa ochrona ścieżki danych, zaawansowana korekcja błędów (ECC) i ochrona przed awariami zasilania. Rodzina dysków HGST jest dostępna w formatach AIC (SN150) i 2.5” (SN100). Ten pierwszy jest łatwiejszy we wdrożeniu, ponieważ praktycznie każdy nowoczesny serwer obsługuje ten typ karty bezproblemowo.

Analizując wydajność, seria HGST Ultrastar SN100 wykazała się dobrą wydajnością w testach porównawczych, a nawet prowadziła w kilku kategoriach. W naszej pierwszej analizie obciążenia aplikacji, dysk HGST znalazł się na dole tabeli liderów z najwyższym TPS wynoszącym 3,152.13 i łącznym TPS wynoszącym 3,149.97 w teście SQL Server Output, osiągając jednocześnie 7.0 ms w średnim opóźnieniu. W naszych testach Sysbench zaobserwowaliśmy przyzwoitą ogólną wydajność dysku HGST. W teście średniej liczby transakcji na sekundę, seria HGST Ultrastar SN100 zmierzyła łączną wartość 5,853.6 TPS, co było nieznacznie mniej niż w przypadku dysków Intel i Memblaze. Analizując średnie opóźnienia, HGST miał poszczególne maszyny wirtualne działające z opóźnieniem od 21.66 ms do 22.10 ms i łącznym opóźnieniem wynoszącym 21.87 ms. W najgorszym scenariuszu dotyczącym opóźnień MySQL, HGST pokazał, że maszyny wirtualne działały w czasie od 49.62 ms do 50.07 ms, a łączna wartość opóźnienia wyniosła 49.81 ms, co plasuje je w środku rankingu wśród testowanych przez nas dysków SSD AIC.

Podczas naszych syntetycznych testów porównawczych, dysk HGST Ultrastar osiągnął całkiem niezłe wyniki, osiągając przepustowość 4k na poziomie 706 933 IOPS przy odczycie i 229 914 IOPS przy zapisie. Dla porównania, dysk Intel osiągnął najlepsze wyniki z 851 693 IOPS przy odczycie i 197 940 IOPS przy zapisie. Średnie opóźnienie okazało się świetne, z czasem odczytu 0.36 ms i czasem zapisu 1.76 ms (tuż za dyskiem Intel). W naszych transferach 8k (na które składa się 70% operacji odczytu i 30% operacji zapisu), dysk HGST osiągnął 173 022 IOPS, wyprzedzając model Intel, ale plasując się tuż za Memblaze PBlaze4, który uzyskał 173 275 IOPS.

ZALETY