Recenzja dysku SSD Hitachi Ultrastar SSD400M Enterprise

Ultrastar SSD400M to próba Hitachi stworzenia poważnego konkurenta w rozwijającym się segmencie korporacyjnych dysków SSD eMLC. Dysk SSD400M oferuje całą gamę produktów, jakich mogą oczekiwać klienci korporacyjni, w tym nie tylko długoletnie doświadczenie Hitachi w branży pamięci masowych, ale także Intela. SSD400M wykorzystuje najwyższej jakości technologię 25 nm eMLC NAND i procesorów SSD firmy Intel, w połączeniu z oprogramowaniem układowym opracowanym wspólnie przez Hitachi i Intel. Powstały w ten sposób dysk SSD400M nosi markę Hitachi, ale jest efektem intensywnego wspólnego rozwoju.

Hitachi oferuje 2.5-calowy dysk Ultrastar SSD400M z interfejsem SAS 6.0 Gb/s, który zapewnia przepustowość do 495 MB/s odczytu, 385 MB/s zapisu, 56 000 losowych operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) odczytu 4K i 24 000 losowych operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) zapisu 4K. W przedsiębiorstwach jednak nie chodzi tylko o szybkość w przypadku dysków SSD, ale również o wyższy całkowity koszt posiadania. Hitachi podaje wartość 8,360 IOPS/Watt, dla tych, którzy biorą pod uwagę zużycie energii przy podejmowaniu decyzji o zakupie pamięci masowej.

Jednak SSD400M to nie tylko wydajność. Inżynieria i kwalifikacje Hitachi zaowocowały powstaniem dysku SSD o wyjątkowej niezawodności, z rocznym wskaźnikiem awaryjności wynoszącym zaledwie 44% (średni czas bezawaryjnej pracy 2 miliony godzin). Pod względem wytrzymałości dysk oferuje zapis do 7.3 PB (pojemność 400 GB), co odpowiada 4 TB zapisu dziennie przez pięć lat, oraz nieograniczoną liczbę odczytów. Inne atuty to standard T10 Data Integrity Field (DIF), rozszerzony kod korekcji błędów (ECC), parzystość Exclusive-OR (XOR) chroniąca przed awarią kości pamięci flash, wewnętrzne ścieżki danych z kontrolą parzystości bez zewnętrznej pamięci podręcznej zapisu oraz funkcja zarządzania danymi w przypadku utraty zasilania, która nie wymaga superkondensatorów.

Hitachi oferuje dyski SSD400M o pojemności 200 GB i 400 GB z opcjonalnym szyfrowaniem TCG. Dyski te są objęte pięcioletnią gwarancją.

Specyfikacja Hitachi Ultrastar SSD400M:

• Możliwości
  • 400GB
    • HUSML4040ASS600
    • HUSML4040ASS601 Szyfrowanie TCG
  • 200GB
    • HUSML4020ASS600
    • HUSML4020ASS601 Szyfrowanie TCG
• Interfejs – dwuportowy SAS 6 Gb/s
• Kontroler Intel EW29AA31AA1
• Pamięć Intel Enterprise Multi-level Cell (MLC) 25 nm NAND x 39 (624 GB + pamięć surowa, 400 GB pamięci użytkowej)
• Hynix H5PS1G83EFR 1Gb x 4 DDR2 SDRAM (512MB)
• Współczynnik kształtu – 2.5 cala, wysokość 15 mm
• Wydajność transferu
  • Przepustowość odczytu (sekwencyjna 64 KB) 495 MB/s maks.
  • Przepustowość zapisu (sekwencyjna 64 KB) 385 MB/s maks.
  • Maksymalny odczyt IOPS (losowe 4K) 56 000
  • Maksymalny IOPS zapisu (losowe 4K) 24 000
• Wytrzymałość (zapis losowy)
  • Pojemność 400 GB, maks. 7.3 PB
  • Pojemność 200 GB, maks. 3.7 PB
• Współczynnik błędów (nieodwracalnych, odczytane bity) – 1 na 10¹⁶
• Średni czas bezawaryjnej pracy – 2.0 mln
• Pobór energii
  • Wydajność w stanie spoczynku 1.7 W
  • Typowe zużycie energii 5.5 W
• Wydajność zużycia energii (IOPS/Watt) – 8,360
• Wymiary (szerokość x głębokość, wysokość mm) – 70.1 x 100.6 x 15
• Waga (maks.) – 206 g (400 GB), 221 g (200 GB)
• Temperatura otoczenia od 0 do 60ºC
• Wstrząs (fala półsinusoidalna) 1000G (0.5 ms), 500G (2 ms)
• Wibracje (losowe G RMS) – 2.16, wszystkie osie, 5 do 700 Hz

Projektowanie i demontaż

Hitachi Ultrastar SSD400M ma gładką obudowę ze stali nierdzewnej, precyzyjnie wytłoczoną w kształcie 2.5-calowego dysku o wysokości 15 mm. Na górze dysk jest oznaczony pojedynczą białą naklejką, zajmującą całą górną powierzchnię, opisującą dysk, aż po certyfikaty i wersję oprogramowania układowego. Na spodzie znajdują się dodatkowe naklejki, powtarzające numer seryjny i numer części dysku. Obudowa jest dość prosta i czysta z zewnątrz, o wadze 205 gramów, z czego większość przypada na wewnętrzne rozpraszanie ciepła. Mając na uwadze projekty chłodzenia centrów danych na otwartej przestrzeni (wykorzystujące powietrze zewnętrzne zamiast chłodzonego lub klimatyzowanego) i dążąc do redukcji kosztów energii związanych z chłodzeniem, Hitachi określiło maksymalną temperaturę pracy Ultrastar SSD400M na 70°C / 158°F.

Profil boczny dysku wyraźnie pokazuje dwie sekcje tworzące obudowę dysku SSD400M. Hitachi wykorzystuje standardowe w branży rozmieszczenie śrub z boku i na spodzie dysku SSD, co umożliwia montaż pionowy lub poziomy.

Na przedniej ściance dysku Ultrastar SSD400M znajduje się wyłącznie złącze SAS dual-link 6.0 Gb/s. Z zewnątrz dysku nie widać żadnych dodatkowych złączy.

Otwarcie dysku ukazuje niektóre z funkcji rozpraszania ciepła dysku Ultrastar SSD400M i wyjaśnia, skąd bierze się jego ciężar. Górna i dolna pokrywa posiadają grube podkładki termiczne, które odprowadzają ciepło z kluczowych podzespołów dysku SSD. Górna pokrywa zawiera dodatkowy radiator, który dodatkowo zwiększa ilość energii, jaką obudowa może absorbować z wewnętrznych płytek drukowanych, które nagrzewają się podczas intensywnego użytkowania. Dysk SSD składa się z dwóch części, z kontrolerem skierowanym do wewnątrz, pomiędzy każdą płytką drukowaną. Biała podkładka w dolnej części obudowy ma za zadanie odprowadzać ciepło od spodu kontrolera, a różowe podkładki termiczne skierowane są na elementy NAND. Obudowa jest wykonana tak płasko, jak to możliwe, aby umożliwić większą powierzchnię styku z wnękami dysków, co pozwala na odprowadzanie ciepła do obudowy serwera i ostatecznie na zewnątrz poprzez wymuszone chłodzenie powietrzem.

Sercem dysku Hitachi Ultrastar SSD400M jest procesor Intel EW29AA31AA1, wykorzystujący oprogramowanie układowe opracowane wspólnie przez Hitachi i Intel. Do przechowywania pamięci podręcznej dysk SSD400M wykorzystuje cztery moduły pamięci Hynix o pojemności 128 MB każdy, co daje łącznie 512 MB.

Na obu płytkach drukowanych rozmieszczono 39 kości pamięci Intel Enterprise MLC NAND. Daje to łącznie ponad 624 GB surowej pamięci NAND, choć tylko 400 GB jest użyteczne. Hitachi stosuje mieszankę różnych rozmiarów pamięci NAND, choć jej wewnętrzne wykorzystanie nie jest określone. Ta zarezerwowana przestrzeń jest najprawdopodobniej wykorzystywana do usuwania śmieci w tle, wyrównywania zużycia i obsługi awarii matryc w sposób, który nie spowolni ani nie wyłączy dysku w trakcie jego eksploatacji.

Sekcje płytki drukowanej skierowane do wewnątrz obejmują kontroler Intel EW29AA31AA1, dodatkową pamięć NAND, a także długi interfejs łączący obie połowy dysku SSD.

Poniżej przedstawiono dwie zewnętrzne sekcje dysku Hitachi Ultrastar SSD400M. Należy zauważyć, że ta konstrukcja dysku SSD nie wykorzystuje ultrakondensatorów. Zamiast nich Hitachi zdecydowało się na jedenaście tantalowych kondensatorów organicznych KEMET (KO-CAP). Kondensatory te charakteryzują się dłuższą żywotnością i nie rozszerzają się ani nie ulegają degradacji tak szybko, jak inne rozwiązania. Podobną konfigurację zastosowano zarówno w dyskach Intel SSD 320 klasy konsumenckiej, jak i Intel SSD 710 klasy korporacyjnej.

Kondensatory te dają napędowi wystarczająco dużo czasu na zapisanie pamięci SDRAM w pamięci NAND, chociaż rzeczywisty czas podtrzymania nie jest określony.

Testy porównawcze przedsiębiorstw

Dysk Hitachi Ultrastar SSD400M wykorzystuje pamięć Intel eMLC NAND 25 nm, kontroler Intel EW29AA31AA1 i interfejs SAS 6.0 Gb/s; nasz egzemplarz testowy ma pojemność 400 GB. Dyski porównawcze użyte w tym teście obejmują następujące ostatnio testowane dyski SSD klasy korporacyjnej: Micron P300 (100 GB, Marvell 9174, Micron 34 nm SLC NAND, SATA), Toshiba MKx001GRZB (400 GB, Marvell 9032, Toshiba 32 nm SLC NAND, SAS) oraz Samsung SM825 (200 GB, Samsung S3C29MAX01-Y330, Samsung 30 nm eMLC NAND, SATA). Wszystkie dyski SSD klasy korporacyjnej zostały przetestowane na naszej platformie testowej opartej na serwerze Lenovo ThinkServer RD240 . Wszystkie wartości IOMeter są wartościami binarnymi i odnoszą się do prędkości w MB/s.

Nasz pierwszy test sprawdza prędkość w środowisku zapisu sekwencyjnego z transferami dużych bloków. W tym konkretnym teście wykorzystano transfer 2 MB z IOMeter, z wyrównaniem sektorów 4k i zmierzono wydajność przy głębokości kolejki 4. W tym scenariuszu Hitachi deklaruje maksymalną prędkość odczytu 495 MB/s i prędkość zapisu 385 MB/s dla swojego 400-gigabajtowego dysku Ultrastar SSD400M.

W naszym teście sekwencyjnego transferu dużych bloków danych dysk Ultrastar SSD400M osiągnął prędkość odczytu 527 MB/s i prędkość zapisu w stanie ustalonym 385 MB/s. Prędkość odczytu była wyższa niż szacunki Hitachi, ale prędkość zapisu była bezbłędna. Te testy porównawcze umieściły dysk SSD400M na szczycie naszego zestawienia.

Przechodząc do profilu dostępu losowego, ale nadal utrzymując duży rozmiar transferu bloku wynoszący 2 MB, zaczynamy dostrzegać różnice w wydajności w środowisku wielodostępnym. Ten test utrzymuje ten sam poziom głębokości kolejki, 4, który zastosowaliśmy w poprzednim teście porównawczym transferu sekwencyjnego.

Dzięki przejściu na losowe transfery dużych bloków dysk Hitachi Ultrastar SSD400M utrzymał pozycję lidera w prędkości odczytu, osiągając 525 MB/s. Jego prędkość zapisu w stanie ustalonym spadła do 153 MB/s, nadal pozostając liderem.

Przechodząc do jeszcze mniejszego rozmiaru transferu z dostępem swobodnym, wynoszącego 4 KB, zbliżamy się do rozmiaru pakietu, jaki można znaleźć w środowisku o dużym natężeniu dostępu swobodnego, takim jak serwer z wieloma maszynami wirtualnymi uzyskującymi dostęp do tej samej macierzy. W pierwszym teście sprawdzamy rozszerzoną wydajność odczytu 4 KB i to, jak skaluje się ona od głębokości kolejki 1 do maksymalnie 64.

Analizując nasz losowy wykres 4K, zauważyliśmy dobrą wydajność dysku Ultrastar SSD400M, który uzyskał niższą od dysku Toshiba eSSD maksymalną prędkość odczytu 4K wynoszącą 57 261 IOPS przy głębokości kolejki 64.

Nasz kolejny test sprawdza wydajność losowego zapisu 4K przy statycznej głębokości kolejki 32, a wyniki są rejestrowane i uśredniane po osiągnięciu przez dyski stanu ustalonego. Chociaż wydajność IOPS jest dobrym wskaźnikiem do pomiaru wydajności w stanie ustalonym, innym kluczowym obszarem zainteresowania są średnie i szczytowe opóźnienia. Wyższe wartości szczytowych opóźnień mogą oznaczać, że niektóre żądania mogą zostać zarchiwizowane przy intensywnym, ciągłym dostępie.

Hitachi deklaruje maksymalną prędkość losowego zapisu 4K na poziomie 24 000 IOPS, która w naszych testach wyniosła 21 525 IOPS w stanie ustalonym. Ta prędkość była najwyższa w naszej grupie, przewyższając wynik dysku Micron P300 opartego na matrycach SLC. W tych warunkach dysk Ultrastar SSD400M osiągnął średnią prędkość 84 MB/s przy średnim czasie reakcji 1.49 ms. Maksymalny czas reakcji był prawdopodobnie najbardziej imponujący i wyniósł zaledwie 34.43 ms.

Nasza ostatnia seria syntetycznych testów porównawczych porównuje oba dyski klasy enterprise w serii mieszanych obciążeń serwerowych ze statyczną głębokością kolejki równą 32. Podobnie jak syntetyczne testy porównawcze na początku tej recenzji, te testy również są przeprowadzane w stanie ustalonym. Każdy z naszych testów profili serwerowych charakteryzuje się silną preferencją w kierunku aktywności odczytu, od 67% odczytu w profilu bazy danych do 100% odczytu w profilu serwera WWW.

Pierwszym z nich jest nasz profil bazy danych, charakteryzujący się rozkładem obciążenia na poziomie 67% odczytu i 33% zapisu, przy czym rozmiary transferów to głównie 8K.

Hitachi Ultrastar SSD400M osiągnął w naszym profilu w bazie danych średnią prędkość transferu na poziomie 15 441 IOPS, tuż obok Samsunga SM825 z technologią eMLC. Oba te dyski znalazły się w gronie odpowiedników SLC: dysków SSD Toshiba i Micron.

Kolejny profil dotyczy serwera plików, przy czym obciążenie odczytem wynosi 80%, a zapisem 20%, rozłożonych na różne rozmiary transferu od 512 bajtów do 64 KB.

W naszym śladzie serwera plików, dysk Hitachi SSD400M zestawił się z dyskiem Samsung SM825, oferując średnią prędkość 14 488 IOPS, w porównaniu do 14 980 IOPS w przypadku Samsunga SM825. Hitachi był o około 25% wolniejszy niż dysk SSD Toshiba SLC.

Nasz profil serwera WWW jest tylko do odczytu, a rozmiary transferu wahają się od 512 bajtów do 512 KB.

Dzięki szybkiemu interfejsowi SAS 6.0 Gb/s, dysk Hitachi Ultrastart SSD400M zaprezentował się znakomicie w naszym profilu serwera WWW, zajmując drugie miejsce za dyskiem SSD Toshiba SLC z prędkością 18 593 IOPS. Dla porównania, dysk Toshiba eSSD osiągnął 24 193 IOPS, Micron P300 16 584 IOPS, a Samsung SM825 12 199 IOPS.

Ostatni profil dotyczy stacji roboczej, przy czym 20% zapisu i 80% odczytu odbywa się przy użyciu transferów 8K.

W naszym profilu stacji roboczej dysk Hitachi SSD400M uzyskał lepszy wynik niż Samsung SM825, osiągając 18 422 IOPS w porównaniu do 6,443 IOPS w przypadku SM825. W tym profilu dysk Toshiba eSSD osiągnął 26 337 IOPS, a Micron P300 średnio 22 926 IOPS.

Zużycie energii w przedsiębiorstwie

Wybierając dyski do centrum danych lub innego środowiska pamięci masowej o dużej gęstości, firmy nie interesują się wyłącznie wydajnością dysków SSD i twardych. W niektórych przypadkach zużycie energii może mieć ogromne znaczenie, dlatego warto wiedzieć, jak dysk będzie się sprawował pod stałym obciążeniem.

W sekcji „Enterprise Power” tej recenzji, sprawdzamy każdy dysk w tych samych warunkach, w jakich testowaliśmy wcześniej prędkości odczytu i zapisu. Obejmuje to sekwencyjne i losowe transfery 2 MB z kolejką o głębokości 4 oraz krótkie losowe transfery 4 KB odczytu i zapisu z kolejką o głębokości 32. Podobnie jak w poprzednich testach, wszystkie wartości mierzymy w stanie ustalonym, aby wystawić dysk na działanie najbardziej energochłonnych warunków.

We wszystkich warunkach, z wyjątkiem rozruchu, dysk Hitachi Ultrastar SSD400M pobierał 5.62 W lub mniej. Najbardziej energochłonną aktywnością dla dysku SSD400M był sekwencyjny zapis QD4 2 MB, zużywający średnio 5.62 W w czasie testu. Drugie miejsce zajął losowy zapis 4K QD32, trzecie sekwencyjny odczyt QD4, a na czwartym miejscu znalazł się stabilny odczyt 4K QD32. Podczas intensywnego zapisu dysk Hitachi Ultrastar SSD400M pobierał niewiele mniej energii niż dysk SAS 6.0 Gb/s Toshiba MKx001GRZB, chociaż pobór mocy szybko spadał do znacznie niższych poziomów, zbliżonych do tych z Micron P300 lub Samsung SM825, przy intensywnym odczycie.

Duży nacisk na dyski SSD eMLC w środowisku centrów danych koncentruje się na koszcie na GB i IOPS/Wat. Obliczyliśmy wartość 19 484 IOPS/Wat w przypadku czystego, losowego odczytu 4K przy głębokości kolejki 32, spadając do 6,150 IOPS/Wat przy stałym, losowym zapisie 4K. Dla porównania, dla dysku SLC Micron P300 wynosi ona 38 481 IOPS/Wat odczytu lub 10 119 IOPS/Wat zapisu, a dla dysku SLC Toshiba MKx001GRZB – 16 385 IOPS/Wat odczytu i 3,082 IOPS/Wat zapisu, a dla dysku eMLC Samsung SM825 – 14 980 IOPS/Wat odczytu i 2,043 IOPS/Wat zapisu. Wszystko sprowadza się do potrzeb firmy, a konkretnie do znalezienia najlepszego połączenia mocy i wydajności (lub po prostu samej wydajności), które należy brać pod uwagę przy zakupie dysku SSD lub twardego.

Wniosek

Dysk Hitachi Ultrastar SSD400M wyposażony jest w kontroler Intel, pamięć Intel NAND oraz oprogramowanie układowe opracowane przez inżynierów Hitachi i Intela. Efekt końcowy jest imponujący i zapewnia wysoką wydajność w naszym środowisku testowym Enterprise. Oparty na pamięciach korporacyjnych MLC lub eMLC NAND, dysk SSD400M oferuje wydajność zbliżoną do dysków SSD SLC, ale przy znacznie korzystniejszej inwestycji w stosunku $/GB lub $/IOPS. W niektórych przypadkach dysk SSD Hitachi eMLC był nawet w stanie przewyższyć niektórych konkurentów SLC, jak miało to miejsce w naszym teście stabilności 4K, gdzie osiągnął rekordowe 21 525 IOPS.

Dysk eMLC Ultrastar SSD400M wyprzedził oba dyski SSD SLC firm Micron i Toshiba pod względem prędkości zapisu w testach pojedynczego obciążenia. Zaoferował najwyższą prędkość sekwencyjnego i losowego transferu danych w dużych blokach, odpowiednio 385 MB/s i 153 MB/s. Zaoferował również najwyższą prędkość w stanie ustalonym 4K spośród całej grupy, wynoszącą 21 525 IOPS lub 84 MB/s. Analizując wydajność przy mieszanym obciążeniu, dysk Hitachi SSD400M zaoferował wysokie prędkości w naszym profilu serwera WWW tylko do odczytu, a także bardzo wysoką wydajność w profilu stacji roboczej w porównaniu z dyskiem Samsung SM825.

Mimo imponujących wyników w testach pojedynczego obciążenia, dysk SSD400M nadal plasował się niżej niż dyski SLC Toshiba MKx001GRZB i Micron P300 w naszych profilach serwerów baz danych i plików, plasując się tuż za dyskiem Samsung SM825. Oznacza to, że w przypadku niektórych obciążeń wymagających dużej liczby operacji zapisu dysk SLC-SSD jest nadal preferowany, jeśli priorytetem jest wydajność. Jednak w zależności od tego, jak ważny jest całkowity koszt posiadania (TCO) w decyzji o zakupie, wydajność eMLC dysku SSD400M może być na tyle zbliżona, że ​​warto rozważyć jego zakup.

Odróżniając się od niektórych innych testowanych przez nas dysków klasy enterprise, Hitachi nie zdecydowało się na zastosowanie ultrakondensatorów w dysku SSD400M, zamiast tego wybierając organiczne kondensatory KEMET. Kondensatory te nie zapewniają takiego samego czasu podtrzymania w przypadku awarii zasilania, ale ich konfiguracja nadal pozwala dyskowi na opróżnienie pamięci podręcznej do pamięci NAND, dzięki czemu dane nie są tracone w pamięci ulotnej. Komponenty te pozwalają na znacznie wyższą temperaturę pracy, wynoszącą 70°C, zamiast 55°C w przypadku modeli Samsung SM825 i Toshiba MKx001GRZB, które wykorzystują ultrakondensatory. W obliczu dążenia centrów danych do obniżania kosztów, możliwość pracy urządzeń w wyższej temperaturze bez zwiększonego ryzyka awarii pozwala na chłodzenie systemów powietrzem z zewnątrz lub na przełączenie systemów HVAC na wyższą temperaturę otoczenia, co pozwala zaoszczędzić na kosztach chłodzenia.

ZALETY

• Wysoka prędkość zapisu sekwencyjnego 2 MB, losowego 2 MB i losowego 4K
• Możliwość pracy w wysokich temperaturach roboczych
• Doskonałe wartości IOPS/Watt dla dysków SSD eMLC

Wady

• Prędkość zapisu spada w scenariuszach o mieszanym obciążeniu

Podsumowanie

W przypadku dysku Ultrastar SSD400M firma Hitachi stworzyła praktycznie poradnik, jak to zrobić we współpracy z partnerem. Wspólnie opracowany przez Hitachi i Intela dysk SSD klasy korporacyjnej jest jednym z najlepszych dysków eMLC na rynku, a w niektórych przypadkach, na przykład pod względem wydajności w trybie stacjonarnym 4K, przewyższa nawet konkurencyjne dyski SLC. Hitachi zaprojektowało również dysk SSD400M z wyższą tolerancją ciepła niż inne dyski, co czyni go przyjaznym dla otwartych centrów danych i ogólnie zmniejsza koszty chłodzenia, co dodatkowo obniża całkowity koszt posiadania (TCO).

Omów tę recenzję