Recenzja dysku SSD Memblaze PBlaze4 2.5″ NVMe

by StorageReview Enterprise Lab on December 11, 2015

Enterprise ◇ SSD

Platforma dysków SSD klasy enterprise PBlaze4 to nowa generacja pamięci flash PCIe firmy Memblaze, zbudowana z kontrolerów PMC Flashtec NVMe i pamięci Toshiba MLC NAND. Ten profil sprzętowy napędza technologie optymalizacji dysków SSD MemSpeed i MemSolid firmy Memblaze, tworząc rozwiązanie SSD zgodne ze standardem NVMe, o parametrach wydajności i wytrzymałości ukierunkowanych na centra danych o dużej skali i inne aplikacje korporacyjne. Podobnie jak PBlaze3, ta rodzina dysków jest w stanie odciążyć wiele procesów obsługiwanych przez procesory hosta w innych architekturach SSD.

Dyski PBlaze4 są dostępne w pojemnościach od 800 GB do 3.2 TB, zarówno w formacie 2.5 cala, jak i w formacie karty rozszerzeń (AIC). Dysk AIC o pojemności 6.4 TB (8 TB pojemności fizycznej) to największy dostępny dysk PBlaze4. Nasza recenzja skupi się na jednym 2.5-calowym dysku NVMe PBlaze4 oraz jednym wariancie karty krawędziowej NVMe. 2.5-calowy dysk PBlaze4 obsługuje technologię hot plug, hot removal i hot swap. Seria PBlaze4 zawiera również kondensator strat mocy, który chroni dane w czasie transferu, gwarantując integralność danych na nośnikach nieulotnych NAND i zapisach w pamięci podręcznej.

PBlaze4 jest zgodny ze standardem Non-Volatile Memory Express (NMVe) 1.1b i PCIe Gen3, zapewniając natywną obsługę sterowników w wielu popularnych systemach operacyjnych, w tym w najnowszych wersjach systemów Windows, Linux i VMware. Płyty główne z interfejsem UEFI mogą również uruchamiać się z dysków PBlaze4. PBlaze4 wykorzystuje tryb zarządzania pamięcią Pseudo-SLC (pSLC), który został opracowany tak, aby umożliwić MLC emulację szybkości i trwałości SLC. Dyski PBlaze4 oznaczają części pamięci przeznaczone na metadane jako pSLC, co zapewnia lepszą ochronę metadanych i niezawodność. Dwa inne kluczowe systemy techniczne oferowane przez PBlaze4 to MemSpeed i MemSolid, które mają na celu poprawę wydajności, niezawodności i jakości usług (QoS) dysków SSD PCIe.

Specyfikacje Memblaze PBlaze4

Pojemność użytkownika: 800 GB, 1.2 TB, 1.6 TB, 2.4 TB, 3.2 TB, 6.4 TB
Odczyt sekwencyjny (128 kb): 2.2 GB/s, 2.8 GB/s, 2.8 GB/s, 2.8 GB/s, 2.8 GB/s, 3.4 GB/s
Zapis sekwencyjny (128 kb): 700 MB/s, 1.4 GB/s, 1.4 GB/s, 2.2 GB/s, 2.2 GB/s, 2.5 GB/s
Ciągły losowy odczyt (4 kb) IOPS: 600 k, 740 k, 750 k, 730 k, 740 k, 800 k
Utrzymywany losowy zapis (94 kb) IOPS (zakres 100%): 60 kB, 240 kB, 150 kB, 320 kB, 200 kB, 250 kB
Dożywotnia wytrzymałość (ilość wymazań dysku dziennie): 3, 4, 3, 4, 3, 3
Opóźnienie odczytu/zapisu: 90us/20us
Niekorygowany współczynnik błędów bitowych: < 1 sektor na 10^17 odczytanych bitów
Średni czas między awariami: 2 miliony godzin
Współczynnik kształtu: 2.5” HHHL (FHHL dla wersji 6.4 TB)
Interfejs: PCIe 3.0 x 4 (PCIe 3.0 x 8 dla wersji 6.4 TB)
Protokół: NVME
Pamięć flash NAND: MLC
System operacyjny: RHEL, SLES, CentOS, Ubuntu, Windows Server, VMware ESXi
Pobór mocy: <25 W (<35 W dla wersji 6.4 TB)
Temperatura pracy:
- AIC: temperatura otoczenia 0–55℃ z sugerowanym przepływem powietrza
- 2.5'': temperatura otoczenia 0–35℃ z sugerowanym przepływem powietrza, temperatura obudowy 0–70℃
Przepływ powietrza (LFM): 300 przy 25°C (450 przy 25°C dla wersji 6.4 TB)
Wsparcie oprogramowania: narzędzie do zarządzania CLI, sterownik wbudowany w system operacyjny

Zaprojektuj i zbuduj

Memblaze PBlaze4 to dysk SSD NVMe o formacie 2.5 cala i wysokości 15 mm. Jest grubszy niż inne dyski SSD, ale nadal zmieści się w większości macierzy, ponieważ wiele z nich jest zaprojektowanych do obsługi dysków twardych 3.5 cala, a także grubszych dysków twardych 2.5 cala. Obudowa zewnętrzna wykonana jest ze szczotkowanego metalu z naklejką z logo na górze. Dysk ma również kilka rowków wzdłuż naklejki, które poprawiają odprowadzanie ciepła. Na górze znajdują się cztery śruby mocujące obudowę.

Wzdłuż boku napędu znajdują się otwory montażowe (po 2 z każdej strony) oraz naklejka z numerem modelu/seryjnym.

W dolnej części dysku znajdują się rowki biegnące przez całą powierzchnię, które odprowadzają ciepło. Znajdują się tam 4 otwory montażowe. Na dole widać również interfejs PCIe, który, choć wygląda podobnie do interfejsu SAS, zapewnia znacznie wyższą wydajność.

Po otwarciu napędu widać podwójną płytkę drukowaną połączoną taśmą. Wewnątrz widać, że PBlaze4 wykorzystuje kontroler PMC Flashtec NVMe i pamięć MLC NAND.

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 Memblaze, porównując go z następującymi innymi dyskami SSD NVMe:

Dysk SSD Samsung XS1715 Enterprise NVMe
Dysk SSD Intel DC P3700

Analiza obciążenia aplikacji

Aby zrozumieć charakterystykę wydajności urządzeń pamięci masowej klasy enterprise, niezbędne jest modelowanie infrastruktury i obciążeń aplikacji w rzeczywistych środowiskach produkcyjnych. Nasze pierwsze testy porównawcze dla Memblaze PBlaze4 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.

Analizując dane wyjściowe SQL Server, dysk Memblaze osiągnął najwyższą wartość TPS na poziomie 3,157.235, a łączna wartość TPS wyniosła 3,157.112. Najskuteczniejszym dyskiem był dysk Intel DC SSD P3700, który osiągnął łączną wartość 3,157.341 TPS.

Analiza średnich opóźnień podczas testu porównawczego SQL Server z udziałem 15 tys. użytkowników wykazała, że dysk Memblaze jest nieznacznie gorszy od dysków SSD Samsung i Intel (oba odnotowały opóźnienie na poziomie 7.0 ms), osiągając łącznie 7.5 ms.

Kolejny test porównawczy aplikacji dotyczy bazy danych Percona MySQL OLTP, mierzonej 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 teście średniej liczby transakcji na sekundę, dysk Memblaze nieznacznie wyprzedził dysk Intel SSD DC P3700. Najwyższa wydajność Memblaze dla pojedynczej maszyny wirtualnej wyniosła 5,717.2 TPS, choć łączna wydajność wyniosła 1,429.8, podczas gdy dysk Intel SSD DC P3700 osiągnął najlepsze wyniki z łączną wydajnością 5,779.7 TPS.

Patrząc na średnie opóźnienia, Memblaze ponownie znalazł się w tyle za Intelem, z indywidualnymi maszynami wirtualnymi działającymi w przedziale od 22.34 ms do 22.42 ms i łącznym opóźnieniem 22.38 ms. Dysk Intela znalazł się na szczycie tabeli liderów z łącznym opóźnieniem 22.15 ms.

W naszym najgorszym scenariuszu opóźnień MySQL (opóźnienie na poziomie 99. percentyla) Memblaze pokazał maszyny wirtualne działające z opóźnieniem od 58.03 ms do 58.00 ms, podczas gdy najwydajniejszy dysk Intel osiągnął imponujący łączny wynik zaledwie 45.97 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 z przepustowością, dysk Memblaze był zdecydowanie najbardziej stabilny, startując z prędkością około 160 000 IOPS i osiągając stan ustalony z podobną prędkością. Zarówno dyski Samsunga, jak i Intela wykazały znaczne skoki na początku testu.

Następnie przyjrzyjmy się średniemu opóźnieniu. Ponownie, dysk Memblaze był najbardziej stabilny, jednak nadal pozostawał w tyle za dyskiem Intela, gdy osiągnął stan ustalony.

Podczas pomiaru maksymalnego opóźnienia, Memblaze wykazywał znaczne skoki przez cały czas trwania testu. Dysk SSD Intel okazał się najstabilniejszym dyskiem, z zauważalną przewagą, utrzymując opóźnienie na poziomie 25 ms przez cały test i bez większych skoków.

Obliczenia odchylenia standardowego mają na celu ułatwienie wizualizacji spójności wyników dotyczących opóźnień dysków SSD. W tym scenariuszu dysk Intel początkowo radził sobie dobrze, choć około 22. minuty odnotował znaczny wzrost opóźnień. Później pozostał dość stabilny, zajmując pierwsze miejsce i osiągając opóźnienie nieco poniżej 1.5 ms.

Podczas podstawowego syntetycznego testu porównawczego 4k, dysk Memblaze okazał się zdecydowanie najlepszy w kategorii odczytu, osiągając imponujący wynik 717 172 IOPS (osiągając 148 111 IOPS w zapisie), podczas gdy dysk Intel wykazał się najlepszą wydajnością zapisu, osiągając 172 672 IOPS.

Wyniki były mniej więcej takie same, jeśli chodzi o średnie opóźnienie – Memblzae może pochwalić się imponującymi wynikami odczytu 0.36 ms i zapisu 1.73 ms. Dysk Intel plasuje się tuż za Memblaze z odczytem 0.56 ms i zapisem 1.48 ms.

Jeśli chodzi o maksymalne opóźnienie, dysk Memblaze znalazł się tuż za dyskiem Samsunga w przypadku odczytu, który wyniósł zaledwie 6.9 ms, natomiast maksymalne opóźnienie zapisu było znacznie wyższe i wyniosło 128.2 ms, co pozwoliło mu wyprzedzić go ze znaczną przewagą.

Analiza odchylenia standardowego pokazuje te same wyniki, przy czym dysk Memblaze osiągnął średnie opóźnienie zapisu na poziomie 2.848 i średnie opóźnienie odczytu na poziomie 0.195 ms. Najlepszą pozycję zajął dysk Samsung z czasem odczytu 0.08 ms.

Nasze kolejne obciążenie wykorzystuje transfery 8k ze stosunkiem 70% operacji odczytu do 30% operacji zapisu. Ponownie, zaczniemy od wyników wstępnego kondycjonowania, zanim przejdziemy do testów głównych. Pod względem przepustowości, dysk Memblaze na początku testu wykazał średnią wydajność, a na koniec, w stanie ustalonym, osiągnął ponad 176 000 IOPS, co plasuje go na pierwszym miejscu wśród porównywalnych urządzeń.

Średnie opóźnienie przedstawiało podobny obraz – Memblaze na początku testu wykazywał 0.8 ms, a po osiągnięciu stanu stabilnego około 1.5 ms zajął pierwsze miejsce w tabeli wyników. Dysk Intela niewiele odstawał, osiągając 1.6 ms.

Patrząc na maksymalne opóźnienie, dysk Memblaze był zdecydowanie najmniej stabilny, wykazując ogromne skoki opóźnienia, podobne do tych, jakie uzyskaliśmy w naszych wynikach wstępnego kondycjonowania 4K. Najbardziej stabilnym dyskiem okazał się tutaj Intel P3700.

Odchylenie standardowe wykazało dość niespójne wyniki w całej rozciągłości w pierwszej części testu. Ponownie, Intel P3700 osiągnął najlepsze wyniki, przekraczając 1.2 ms tylko w kilku przypadkach, podczas gdy Memblaze radził sobie dość blisko (ale nieco lepiej) niż dysk Samsunga przez większość testu.

Po pełnym przygotowaniu dysku Intel P3700, poddaliśmy go głównemu testowi 8k 70/30. Pod względem przepustowości, dysk Intel wykazał się najlepszą przepustowością przez większość testu, ale w ostatnim przekroczeniu głębokości kolejki wypadł gorzej od Memblaze, przekraczając 166 250 IOPS.

Średnie opóźnienie odzwierciedlało wyniki przepustowości — dyski Intel i Memblaze pracowały łeb w łeb aż do ostatniego punktu, po którym Memblaze znów wysunął się na prowadzenie.

Analiza maksymalnego opóźnienia wykazała, że Memblaze miał najniższe opóźnienie, przekraczające 70 ms w kolejce terminali. Dysk Intel uzyskał najlepsze wyniki, przekraczając granicę 20 ms tylko w kilku przypadkach. Samsung XS1715 charakteryzował się jednak najbardziej spójnymi wynikami i najmniejszą liczbą skoków opóźnienia.

Odchylenie standardowe wykazało niemal identyczną wydajność dysków Intel i Memblaze aż do końca testu; jednak dysk Intela wyprzedził go mniej więcej w okolicach 16T8Q, osiągając najlepszy ogólny wynik.

Wniosek

Nazwa PBlaze jest znana jako platforma, na której Memblaze rozpoczyna pracę z kontrolerami innych firm i pamięcią NAND, aby skupić własne wysiłki inżynieryjne na opatentowanych technologiach wydajności, niezawodności i odciążania procesora hosta. W tym przypadku kontrolery PMC Flashtec i pamięć NAND MLC Toshiba zapewniają podstawowy interfejs NVMe i komponenty pamięci masowej dla PBlaze4. Dzięki funkcji wymiany pamięci na gorąco (w wersji 2.5-calowej) i solidnej ochronie przed utratą zasilania, PBlaze4 oferuje ochronę danych, jakiej oczekują klienci centrów danych i przedsiębiorstw. Funkcja ograniczania temperatury i nowa funkcja zarządzania poza pasmem Memblaze dodatkowo zwiększają różnorodność możliwych zastosowań na dużą skalę.

Dysk Memblaze PBlaze4 z pewnością wypadł dobrze w większości testowanych obciążeń, porównując go z dyskami SSD Samsung XS1715 o pojemności 1.6 TB i Intel SSD DC P3700 NVMe. W naszym teście SQL Server dysk Memblaze osiągnął 3,157.235 TPS, a także łączny wynik 3,157.112 TPS, co plasowało go nieznacznie poniżej dysków SSD Samsung i Intel (oba z wynikiem 7.0 ms) z łącznym czasem 7.5 ms. W naszych testach Sysbench zaobserwowaliśmy imponującą wydajność z maksymalnym wynikiem 5,717.2 TPS, łącznym średnim opóźnieniem 22.38 ms i najgorszym przypadkiem (99. percentyl) dla maszyn wirtualnych, który wynosił od 58.03 ms do 58.00 ms.

Podczas naszych głównych testów syntetycznych dysk Memblaze osiągnął imponującą przepustowość 4k na poziomie 717 172 IOPS (osiągając jednocześnie 148 111 IOPS przy zapisie). Patrząc na średnie opóźnienie, Memblzae osiągnął imponujące 0.36 ms przy odczycie i 1.73 ms przy zapisie, a jednocześnie był liderem pod względem maksymalnego opóźnienia/odchylenia standardowego odczytu, odpowiednio 6.9 ms przy odczycie i 0.195 ms przy odczycie. Wydajność pozostała bardzo dobra podczas naszych obciążeń 8k 70/30, charakteryzując się szczytową przepustowością przekraczającą 166 250 IOPS, a także najlepszym średnim opóźnieniem spośród testowanych dysków; jednak wypadł słabo w odczytach maksymalnego opóźnienia.

ZALETY