W zeszłym tygodniu firma Intel wypuściła procesory Xeon trzeciej generacji , które bazują na ekosystemie Intela, obejmującym dysk SSD Optane w modelu P5800X oraz oczywiście najnowsze moduły pamięci trwałej (PMem) serii 200. Po opublikowaniu pierwszych recenzji pamięci masowej Intela, postanowiliśmy ponownie wykorzystać serwery i technologie pamięci masowej Intela, które mamy w laboratorium. Zainstalowaliśmy system Windows Server 2019, aby porównać ze sobą dyski Optane PMem 200, Optane P5800X SSD oraz TLC NAND P5510 SSD . Celem tej recenzji jest ocena wydajności pamięci masowej Intela w systemie Windows Server, abyśmy mogli lepiej zrozumieć mocne strony każdej z tych technologii w scenariuszu z systemem bez systemu operacyjnego.
Optane PMem vs. Optane SSD vs. NAND SSD
Wciąż istnieje wiele pytań dotyczących tego, która technologia pamięci masowej jest odpowiednia dla danego zastosowania lub przypadku użycia, pomimo od dawna preferowanej piramidy pamięci Intela. Oczywiście, DRAM jest najszybszy, ale niestety jest też drogi. Optane PMem może być używany jak DRAM, zapewniając trwałą pamięć masową, która nie wymaga ponownego nawodnienia po ponownym uruchomieniu. PMem wykorzystuje również tradycyjne gniazda DIMM, dzięki czemu jest łatwy w instalacji. PMem charakteryzuje się również imponującym profilem wydajności w porównaniu z tradycyjnymi dyskami SSD.
Oczywiście mamy też dyski SSD Optane, zoptymalizowane pod kątem absorpcji zapisu, z czym tradycyjne dyski SSD mogą mieć problem. Dlatego są one zazwyczaj używane w wielowarstwowej architekturze pamięci masowej jako pamięć podręczna lub pula warstwowa. Dyski SSD Optane są jednak droższe niż dyski SSD TLC NAND i mają ogromną wadę w postaci pojemności – na przykład dysk P5800X osiąga maksymalnie 1.6 TB.
Idąc dalej, mamy dyski SSD TLC, takie jak Intel P5510 , które idealnie pasują do stosunku wydajności do ceny. Na koniec, w obszarze pamięci flash, mamy dyski SSD QLC. Oferują one największą pojemność i wartość w przeliczeniu na terabajt, ale zdecydowanie preferują środowisko o dużym natężeniu odczytu, a jeszcze lepiej, jeśli znajdują się za pamięcią podręczną lub warstwą, która agreguje zapisy i przekazuje je do dysków SSD QLC w delikatny i czuły sposób. Od tego momentu piramida pamięci masowej rozpada się na gąszcz dysków twardych, napędów taśmowych i kombinacji pamięci masowej w chmurze.
Wydajność pamięci masowej Intel w systemie Windows Server
Aby ocenić wydajność najnowszych technologii pamięci masowej Intel, zależało nam na sytuacji z jak najmniejszym obciążeniem, a jednocześnie na dobrym wsparciu dla PMem, w szczególności dla naszej istniejącej metodologii testowania. Pierwszym kandydatem jest system Microsoft Windows Server 2019. Testy prowadzimy na serwerze OEM firmy Intel, który został zaprojektowany z myślą o zaprezentowaniu najnowszych technologii platformy, takich jak procesory Xeon 3. generacji, PMem 200 oraz obsługa pamięci masowej PCIe Gen4.
Specyfikacje serwerów Intel OEM
- 2 x Intel Xeon Platinum 8380 @ 2.3 GHz 40 rdzeni
- 16 x 32 GB DDR4 3200 MHz
- 16 x 128 GB pamięci trwałej Intel serii 200
- Dysk SSD rozruchowy: Intel 1TB SATA
- System operacyjny: Windows Server 2019
Analiza syntetycznego obciążenia przedsiębiorstwa
Nasz proces testowania współdzielonej pamięci masowej w przedsiębiorstwie wstępnie przygotowuje każde urządzenie do pracy w stanie ustalonym przy takim samym obciążeniu, z jakim będzie ono testowane, przy dużym obciążeniu 16 wątków i kolejce oczekującej na wykonanie 16 wątków na wątek, a następnie testuje je w określonych odstępach czasu w wielu profilach głębokości wątków/kolejek, aby pokazać wydajność przy lekkim i intensywnym obciążeniu. Ponieważ testujemy niewielką, 20% przestrzeń dyskową na każdym urządzeniu, przedstawiamy na wykresie tylko główne sekcje każdego testu.
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)
Nasza analiza obciążenia syntetycznego dla przedsiębiorstwa obejmuje cztery profile oparte na rzeczywistych zadaniach, z obciążeniem 1T/1Q 4K, aby skupić się na wydajności przy niskim obciążeniu. Profile te zostały opracowane, aby ułatwić porównywanie z naszymi poprzednimi testami porównawczymi, a także z powszechnie publikowanymi wartościami, takimi jak maksymalna prędkość odczytu i zapisu 4K oraz 8K 70/30, która jest powszechnie stosowana w dyskach korporacyjnych.
- 4K 1T/1Q
- 100% odczytu lub 100% zapisu
- 100% 4 tys.
- 4K 16T/16Q
- 100% odczytu lub 100% zapisu
- 100% 4 tys.
- 8K 70/30
- 70% czytania, 30% pisania
- 100% 8 tys.
- 8K (sekwencyjnie)
- 100% odczytu lub 100% zapisu
- 100% 8 tys.
- 128K (sekwencyjnie)
- 100% odczytu lub 100% zapisu
- 100% 128 tys.
W ramach naszych testów przyjrzeliśmy się trzem konfiguracjom pamięci masowej w platformie serwerowej Intel 3. generacji. Obejmowały one:
- 16 x 128 GB pamięci trwałej Intel serii 200 w dwóch przestrzeniach nazw (każda o pojemności około 1 TB)
- 2 dyski SSD Intel P5800X Optane o pojemności 800 GB
- 8 dysków SSD Intel P5510 o pojemności 7.68 TB
Każda grupa urządzeń lub przestrzeń nazw została przetestowana bezpośrednio za pomocą zadania FIO, wykorzystując 20% pojemności urządzenia do pomiaru stałej wydajności. Każde urządzenie w grupie otrzymało własne zadanie, a wyniki zostały zagregowane. Na przykład, dla dwóch testowanych urządzeń przypisano obciążenie 1 t/1 kw., czyli łącznie dwa wątki w jednej kolejce dla tego obciążenia. Osiem urządzeń oznaczałoby łącznie osiem wątków w jednej kolejce i tak dalej.
W naszym pierwszym teście skupiliśmy się na losowym obciążeniu odczytu i zapisu z jednym wątkiem i jedną kolejką o głębokości 4 KB. Wydajność w trybie off-line jest ważna dla wielu aplikacji, ponieważ niektóre urządzenia nie potrzebują dużej głębokości kolejki operacji wejścia/wyjścia, aby osiągnąć sukces.
Dyski Intel PMem wykazały znaczną przewagę w zakresie wydajności odczytu, osiągając wynik prawie dwukrotnie lepszy w porównaniu z dwoma dyskami SSD Intel P5800X lub ośmioma dyskami SSD Intel P5510. Pod względem wydajności zapisu, dyski PMem nadal miały przewagę nad dyskami SSD P5800X, ale osiem dysków P5510 zapewniło wyższą przepustowość.
Następnie przyjrzymy się średniemu wpływowi opóźnień w naszym teście odczytu i zapisu 1T/1Q 4K.
Intel PMem zmierzył opóźnienie 10 mikrosekund w losowym odczycie 4K, następnie P5800X z 24 mikrosekundami i dyski SSD P5510 z 81 mikrosekundami. Analizując opóźnienie zapisu, odnotowaliśmy 11 mikrosekund w przypadku PMem, 23 mikrosekundy w przypadku dysków SSD P5800x i 27 ms w przypadku dysków SSD P5510.
Przechodząc do trudniejszej wersji tego samego testu odczytu i zapisu 4K, przyjrzeliśmy się, jakie najlepsze wyniki osiągnął każdy typ urządzenia.
Grupa ośmiu dysków SSD Intel P5510 zaoferowała największą przepustowość odczytu, wynoszącą prawie 4.8 mln IOPS, następnie PMem z 3.2 mln IOPS i dwa dyski SSD P5800X z 1.7 mln IOPS. W losowym zapisie 4K dwa dyski SSD P5800X miały przewagę z 1.91 mln IOPS, a następnie osiem dysków SSD P5510 z 1.78 mln IOPS i dwa dyski SSD PMem z 1.35 mln IOPS.
Chociaż przepustowość ma znaczenie, jednym z najciekawszych aspektów Optane, zarówno w wersji PMem, jak i SSD, jest to, jak dobrze radzi sobie z opóźnieniami w pamięci masowej. Widzimy to również w naszym obciążeniu odczytem i zapisem losowym 4K.
Najniższe opóźnienie odczytu (159 mikrosekund) uzyskały dyski Intel PMem, a następnie dwa dyski SSD P5800X z 296 mikrosekundami i osiem dysków SSD P5510 z 427 mikrosekundami. Opóźnienie zapisu (265 mikrosekund) uzyskały dwa dyski SSD P5800X, a za nimi PMem z 377 mikrosekundami i osiem tradycyjnych dysków SSD P5510 z 1.147 ms.
Przechodząc do naszego obciążenia 8K 70/30, przyglądamy się trzem różnym typom pamięci masowej i temu, jak reagują one na stale rosnącą liczbę wątków i kolejek.
Pod względem wydajności szczytowej, grupa ośmiu dysków SSD Intel P5510 naprawdę się rozkręciła i zaoferowała imponujące wyniki. Na szczycie osiągnęła maksymalną wartość 4.34 mln IOPS przy 16 wątkach/16 kwantach, choć ciekawe jest to, gdzie PMem i dwa dyski P5800X były w stanie nieznacznie wyprzedzić w niektórych niższych punktach wątków i kolejek.
Przechodząc do analizy średniego opóźnienia, widzimy inny obraz w przypadku różnych typów pamięci masowej. Intel PMem, choć nie miał najwyższej przepustowości, zdołał wywalczyć jedne z najniższych średnich opóźnień w tym teście, tuż za nim znalazły się dyski SSD P5800X. Osiem dysków SSD P5510 charakteryzowało się znacznie wyższym (względnie) poziomem opóźnienia niż dwie technologie Optane, mimo że oferowały zdecydowanie najwyższą przepustowość.
Następnie przechodzimy do sekwencyjnych obciążeń, zaczynając od rozmiaru transferu 8K.
Grupa ośmiu dysków SSD Intel P5510 z łatwością wygrała test z wynikiem 4.45 mln IOPS, za nią uplasował się PMem z wynikiem 1.92 mln IOPS, a na drugim miejscu znalazły się dwa dyski SSD P5800X z wynikiem 1.71 mln IOPS. W teście PMem uzyskał najlepszy wynik z wynikiem 1.75 mln IOPS, a następnie osiem dysków SSD P5510 z wynikiem 1.55 mln IOPS i dwa dyski SSD P5800X z wynikiem 1.18 mln IOPS.
W naszym ostatnim teście sprawdziliśmy szczytową przepustowość trzech różnych nośników danych. W przypadku obu typów urządzeń U.2, część ograniczeń wynika z liczby linii dla każdego wdrożenia.
Zaczynając od najwyższego wyniku pod względem przepustowości odczytu, osiem dysków P5510 osiągnęło imponujące 54 GB/s, następnie PMem z dwiema przestrzeniami nazw oferującymi 44 GB/s, a na końcu dwa dyski SSD P5800X z odczytem 14 GB/s. Ciekawe, jak wysokie wyniki może osiągnąć PMem pod względem przepustowości. Przechodząc na zapis dużych bloków, osiem dysków SSD P5510 uzyskało wynik 32.7 GB/s, następnie PMem z 14.3 GB/s, a na końcu dwa dyski SSD P5800X z 11.1 GB/s. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki są bardzo imponujące.
Wniosek
Firma Intel intensywnie pracowała nad technologią Optane przez ostatnie kilka lat, wprowadzając zarówno warianty PMem, jak i SSD. Widać wyraźnie, że ta technologia pamięci masowej ma dla nich fundamentalne znaczenie, ponieważ tworzą oni kompleksową platformę Intela, aby odeprzeć konkurencję ze strony AMD w centrach danych. W przypadku obciążeń o znaczeniu krytycznym wyniki to potwierdzają. Jeśli chodzi o warstwowanie pamięci masowej, P5800X plasuje się na szczycie hierarchii urządzeń NVMe, notując gigantyczny wzrost wydajności w porównaniu z modelem poprzedniej generacji, głównie dzięki PCIe Gen4. Wzrost ten jest tak duży, że zaczyna zbliżać się do przepustowości oferowanej przez PMem, ale nie do przepustowości.
Podczas naszych testów zobaczyliśmy dokładnie to, czego się spodziewaliśmy. PMem wykazał się ogromną wartością wydajnościową pod względem opóźnień i przepustowości przy niskich głębokościach kolejek. Oferuje również ogromny wzrost przepustowości w zakresie wydajności odczytu. Dysk SSD Optane P5800X, nawet w konfiguracji dwustanowiskowej, zaczyna zbliżać się do PMem pod każdym względem. Dzięki temu P5800X doskonale sprawdza się jako uzupełnienie dysków TLC lub QLC w rozwiązaniu, które może wykorzystać je jako pamięć podręczną lub warstwę.
Niezależnie od tego, gdzie spojrzymy na platformę Intel Gen3 Xeon, w kwestii pamięci masowej znajdziemy wiele atutów. Nasze odkrycia potwierdzają ogromną przepustowość odczytu PMem, sięgającą 44 GB/s, oraz opóźnienie rzędu 10 mikrosekund w przypadku losowych odczytów i zapisów 4K z niską głębokością kolejki. P5800X oferuje podobne korzyści w zakresie opóźnień, z szerszym zasięgiem w bardziej popularnej zatoce U.2, osiągając około dwukrotnie wyższe opóźnienie niż Intel PMem przy niskiej liczbie kolejek i wątków. Nawet dyski SSD P5510 pokazały swoją siłę w przypadku obciążeń z wysoką kolejką, osiągając czołowe wyniki w testach porównawczych sekwencyjnych i losowych operacji wejścia/wyjścia.
Podsumowując, najnowsza generacja urządzeń pamięci masowej Intel, zarówno PMem, jak i SSD, poczyniła znaczące postępy w porównaniu z produktami poprzedniej generacji. Jest to szczególnie istotne teraz, gdy Intel jest w stanie dostarczyć szybszą magistralę dla pamięci DRAM i gniazd PCIe Gen4. Dzięki tym danym możemy dostrzec konkretne obszary, w których każda technologia przoduje. Zrozumienie tych danych pozwoli konstruktorom systemów inteligentnie projektować platformy, które pozwolą każdej aplikacji osiągnąć sukces.
Amazon