SK Hynix to nie tylko trzecia co do wielkości firma półprzewodnikowa na świecie i drugi co do wielkości producent układów pamięci, ale także firma wykorzystująca swoją wiedzę technologiczną do tworzenia cenionej linii urządzeń pamięci flash SATA i NVMe. W tym artykule przedstawimy przegląd PE8010, najnowszego dysku PCIe Gen4 Non-Volatile Memory Express (NVMe) firmy SK Hynix, i podkreślimy jego imponującą wydajność. Najpierw przedstawimy tło i wyjaśnimy, dlaczego dyski wykorzystujące interfejs PCIe Gen4 tak znacząco zmieniają oblicze centrów danych.
W czerwcu 2019 roku firma SK Hynix ogłosiła wprowadzenie na rynek dysku PE6011, swojego najnowszego dysku SSD NVMe klasy korporacyjnej, który testowaliśmy . PE6011 to energooszczędny dysk NVMe z 72-warstwową pamięcią flash TLC 3D NAND i kontrolerem NVMe SK Hynix, zaprojektowany z myślą o rynku korporacyjnym. Chociaż PE6011 nie jest najwydajniejszym dyskiem porównywalnych producentów, uzyskał dobre wyniki pod każdym względem i stwierdziliśmy, że oferuje dobry balans między zużyciem energii, wydajnością i ceną.
Dyski NVMe SK hynix PE8000
W kwietniu 2020 roku firma SK Hynix ogłosiła dostępność serii dysków SSD NVMe PE8000. Każdy z nich ma maksymalną pojemność 8 TB i wykorzystuje 96-warstwową pamięć flash 4D NAND z komórkami trójpoziomowymi (TLC) oraz kontroler opracowany wewnętrznie. Obecnie w tej serii dostępne są dwa dyski: PE8010, przeznaczony do obciążeń o dużej intensywności odczytu, oraz PE8030, przeznaczony do obciążeń mieszanych. Najciekawszą cechą tych dwóch dysków jest to, że oba posiadają interfejs PCIe Gen4 i są kompatybilne z formatami U.2 i nowszymi U.3.
Innowacyjność jest podstawą działalności SK Hynix. Firma od dawna koncentruje się na inżynierii. Planuje ona ciągłe dostosowywanie się do zmieniających się wymagań branży poprzez wdrażanie nowych technologii NAND. W planach jest kilka produktów, takich jak PE8110 – rodzina dysków SSD wykorzystująca 128-warstwową pamięć NAND o pojemności 512 GB. Ponadto SK Hynix pracuje również nad dyskami M.2 i E1.S (EDSFF Short) z wykorzystaniem tej technologii NAND.
Oprócz nowej pamięci NAND, dostępne są nowe formaty pamięci. SK Hynix wkrótce zaoferuje PE8111, który wykorzystuje nowy format E1.L (EDSFF Long), powszechnie nazywany „linijką”. Ten format pamięci zyskuje coraz większą popularność wśród hiperskalerów i zaczyna wkradać się również do popularnych projektów serwerowych.
W modelu PE8111 zastosowano 128-warstwową pamięć NAND TLC o pojemności 1 TB, co jest nowością w branży. Firma SK Hynix niedawno rozpoczęła udostępnianie tego dysku klientom, co podkreśla coraz bardziej elastyczną ofertę pamięci flash. Obecnie w centrum uwagi znajduje się wersja o pojemności 16 TB, ale podobno w planach jest również wprowadzenie dysku o pojemności 32 TB.
Specyfikacje SK hynix PE8010 (PCIe Gen4x4)
| Form Factor | U.2/U.3 2.5” (15 mm) | |||
| Interfejs | PCIe Gen4x4 / NVMe 1.3c | |||
| NAND | 4D V5 TLC | |||
| Pojemność | 960 GB | 1.92 TB | 3.84 TB | 7.68 TB |
| Wydajność | ||||
| Odczyt sekwencyjny (128 KB) | Do 6,000MB / s | Do 6,500MB / s | Do 6,500MB / s | Do 6,500MB / s |
| Zapis sekwencyjny (128 KB) | Do 1,450 MB/s | Do 2,800MB / s | Do 3,700MB / s | Do 3,700MB / s |
| Losowy odczyt (4KB, QD64) | Do 500 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) | Do 850 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) | Do 1,100 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) | Do 1,100 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) |
| Losowy zapis (4KB, QD64) | Do 65 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) | Do 120 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) | Do 140 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) | Do 145 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) |
| QOS 4 KB losowy odczyt | 70 μs | 70 μs | 70 μs | 70 μs |
| QOS 4KB losowy zapis | 20 μs | 20 μs | 20 μs | 20 μs |
| Ochrona | Szyfrowanie AES 256 | |||
| Wytrzymałość | ||||
| MTBF | 2 milion godzin | |||
| UBER | 1 sektor na 10^17 odczytanych bitów | |||
| Pobór energii | ||||
| Typowy aktywny odczyt/zapis | Do 17.0W | |||
| Idle | Do 5.0W | |||
| Dopuszczalne napięcie | 12.0 V ± 8% | |||
| temperatura robocza | 0-70 ° C | |||
| Szok | 1500G, czas trwania 0.5 ms | |||
| Fizyczny | ||||
| Wymiary (SxGxW) | 69.85 x 100 x 15 mm | |||
| Waga | 135.6 g (± 5%) | |||
TLC to pamięć flash NAND, która przechowuje trzy bity informacji na komórkę, w przeciwieństwie do jednego bitu lub dwóch bitów w przypadku pamięci flash z komórkami jednopoziomowymi (SLC) i wielopoziomowymi (MLC). Technologia 4D firmy SK hynix to w zasadzie technologia Periphery Under Cell (PUC) z konwencjonalną technologią 3D NAND nałożoną na nią.
Dzięki zastosowaniu 96-warstwowej pamięci flash TLC 4D NAND o pojemności 512 GB (gigabitów) cena dysku PE8010 jest konkurencyjna w porównaniu z poprzednią generacją dysków o mniejszej pojemności.
Inną interesującą cechą tego dysku jest obsługa zarówno starszego formatu U.2, jak i nowszego U.3. U.2 (FKA SFF-8639) to interfejs komputerowy do podłączania dysków SAS i SATA do komputera i może wykorzystywać do czterech linii PCIe. U.3 jest oparty na specyfikacji U.2 i wykorzystuje złącze U.2; obsługuje jednak dyski NVMe, SAS i SATA, a także funkcję wymiany dysków podczas pracy (hot-swap), o ile oprogramowanie układowe to obsługuje. Dyski U.3 są wstecznie kompatybilne z U.2, ale nie są kompatybilne z hostami obsługującymi wyłącznie U.3.
Jednak największą cechą i zaletą dysku SK Hynix PE8010 jest obsługa standardu magistrali PCIe Gen4. Magistrala Gen4 podwaja przepustowość magistrali PCIe Gen3, zachowując jednocześnie kompatybilność wsteczną i przyszłą, zarówno pod względem obsługi oprogramowania, jak i interfejsu mechanicznego z magistralą Gen3. Dzięki temu urządzenie Gen4 może osiągnąć prędkość transmisji do 16 GT/s (gigatransferów na sekundę) w porównaniu z 8 GT/s w przypadku urządzeń Gen3. Odpowiada to prędkościom transferu danych do 2 GB/s (gigabajtów na sekundę) w porównaniu z 1 GB/s na linię.
| Przepustowość na pasmo PCIe | ||||
| Liczba pasów | x1 | x4 | x8 | x16 |
| PCIe 3.0 | 1 Gb / s | 4 Gb / s | 8 Gb / s | 16 Gb / s |
| PCIe 4.0 | 2 Gb / s | 8 Gb / s | 16 Gb / s | 32 Gb / s |
Ponieważ PCIe Gen4 to najnowsza technologia magistrali, obecnie obsługujące ją serwery wciąż znajdują się w fazie rozwoju. Firma Advanced Micro Devices (AMD) aktywniej wspiera swoje rozwiązania i spodziewamy się, że wkrótce zobaczymy systemy Intel z obsługą PCIe Gen4.
Do testów użyliśmy jednoprocesorowego serwera Lenovo SR635 z procesorem AMD 7742. Wcześniej w tym roku opublikowaliśmy opis i film o Lenovo SR635 (dostępne tutaj i tutaj ), ale poniżej przedstawiamy krótkie podsumowanie. SR635 to serwer jednoprocesorowy o wysokości 1U, obsługujący procesory AMD EPYC drugiej generacji i do 2 TB pamięci DRAM 3200 MHz. Co więcej, co najważniejsze dla naszych testów, obsługuje on PCIe 4.0 od początku do końca, w zależności od zainstalowanej płyty głównej.
W naszych początkowych testach w systemie CentOS 7 z dziesięcioma dyskami SSD PE6011 i dziesięcioma dyskami SSD NVMe PE8010 zastosowaliśmy tradycyjne testy przepustowości i pasma „w czterech narożnikach” przy użyciu losowych obciążeń 4K i sekwencyjnych obciążeń 64K.
Następnie zmieniamy nasze środowisko programowe na VMware ESXi 6.7u3 i porównujemy wydajność mniejszej grupy dysków SSD. W przypadku SQL Server używamy 4 dysków SSD NVMe, łącznie 8 maszyn wirtualnych, a nasza instancja SQL Server 2014 uruchamia nasz profil obciążenia TPC-C o skali 1,500 maszyn.
Na koniec koncentrujemy obciążenie MySQL Sysbench na dwóch dyskach SSD z każdej grupy, z 8 maszynami wirtualnymi rozmieszczonymi równomiernie na obu dyskach SSD. Daje nam to obciążenie na poziomie 4 maszyn wirtualnych na dysk SSD, koncentrując się na wpływie środowiska na pamięć masową.
PE8010 oferuje najwyższą wydajność spośród wszystkich testowanych przez nas dotychczas urządzeń NVMe. Oferuje prędkość odczytu sekwencyjnego do 35.8 GB/s i zapisu sekwencyjnego do 17.5 GB/s, a także prędkość losowego odczytu i zapisu odpowiednio do 8.1 mln i 3.97 mln operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS). W porównaniu z PE6011, poprzednim rozwiązaniem firmy opartym na PCIe Gen3, PE8010 oferuje znaczną poprawę wydajności – o 133% w przypadku odczytu sekwencyjnego i 192% w przypadku zapisu losowego.
Główne zalety PCIe Gen4, które wykazały testy, to możliwość lepszego wykorzystania przez przedsiębiorstwa zasobów procesora i pamięci RAM systemu, dzięki usunięciu wąskiego gardła z warstwy pamięci masowej.
W obciążeniach aplikacji, takich jak SQL Server czy MySQL, wydajność obciążenia zmniejszyła opóźnienie o połowę. W obciążającym procesor obciążeniu MySQL Sysbench, które koncentrowało operacje wejścia/wyjścia na dwóch dyskach SSD, PE8010 zaoferował 69% wzrost wydajności obciążenia.
Ponieważ serwery oferują procesory z większą liczbą rdzeni lub obsługują rozbudowane pamięci DRAM, posiadanie urządzenia pamięci masowej, które nadąża za komponentami nowej generacji, jest kluczowe. Nasze testy wykazały, że PE8010 jest w stanie wykorzystać potencjał naszego systemu testowego do granic możliwości. Nowoczesne aplikacje z pewnością odniosą ogromne korzyści z tych najnowszych technologii.
Wniosek
Często nowe technologie znacznie odbiegają od oczekiwań wydajnościowych, ale w tym przypadku byliśmy pod ogromnym wrażeniem rzeczywistej wydajności PE8010. Biorąc pod uwagę fakt, że PE8010 ma nieznacznie wyższą wydajność w porównaniu z urządzeniami PCIe Gen3, spodziewamy się, że będzie to zwycięzca dla SK Hynix. Spodziewamy się również, że dyski Gen4 przeniosą ogólną wydajność serwerów na nowy poziom, a SK Hynix już teraz oferuje urządzenia Gen4 i jest zdecydowanym liderem w tej technologii.
Niewątpliwie, ze względu na obecność u dostawców usług w chmurze, gdzie każdy zużyty wat ma wpływ na wynik końcowy, PE8010 został zoptymalizowany pod kątem zużycia energii i charakteryzuje się najlepszym w swojej klasie wskaźnikiem IOPS/Watt, co przekłada się na redukcję całkowitego kosztu posiadania i kosztów operacyjnych.
Mamy jednak pewne zastrzeżenia dotyczące korzystania z tych dysków, o których warto wspomnieć. Ze względu na ich doskonałą wydajność, serwer pełen urządzeń PCIe Gen4 będzie obciążał procesor; dlatego należy rozważnie projektować systemy. Najlepszym sposobem na korzystanie z tych urządzeń, dopóki serwery nie będą w pełni zaprojektowane do obsługi dysków Gen4, jest odpowiednie połączenie wysokiej klasy Gen4 z bardziej tradycyjną pamięcią masową NVMe lub nawet SATA w przypadku zoptymalizowanej pod kątem kosztów pamięci flash.
Należy pamiętać, że PE8010 jest konkurencyjny cenowo w porównaniu z urządzeniami PCIe NVMe Gen3, więc jeśli planujesz odświeżenie serwera, możesz rozważyć jego zakup do istniejących serwerów, nawet jeśli obsługują tylko Gen3. Ponieważ dyski Gen4 są wstecznie kompatybilne, można ich używać w starszych systemach, a następnie przenieść do nowszych. Oczywiście, urządzenia Gen4 nadal będą miały ograniczenia przepustowości Gen3, dopóki nie zostaną zakupione nowsze systemy kompatybilne z Gen4.
Wraz z ciągłym wzrostem wykorzystania pamięci flash we wszystkich obszarach, od obciążeń warstwy 0 po pamięci masowe klasy archiwalnej, adopcja dysków SSD w przedsiębiorstwach nie wykazuje oznak spowolnienia. Dzięki nowym produktom Gen4 i wszystkim innym procesom rozwoju dysków SSD, SK Hynix jest ewidentną siłą napędową przyszłości opartej na pamięciach all-flash.
Infografika dotycząca dysku SSD PCIe Gen4 Enterprise firmy SK Hynix
Niniejszy raport jest sponsorowany przez firmę SK Hynix. Wszystkie poglądy i opinie wyrażone w niniejszym raporcie opierają się na naszej obiektywnej opinii na temat rozpatrywanego produktu/produktów.
Amazon