Kiedy po raz pierwszy pojawiły się dyski NVMe™, wiedzieliśmy, że ich wydajność będzie wyższa, ale zastanawialiśmy się, kiedy będą one porównywalne cenowo z dyskami SSD SATA. Ze względu na początkowy koszt, dyski NVMe były wykorzystywane w aplikacjach korporacyjnych, które musiały wykorzystać ich wysoką wydajność. Nie minęło dużo czasu, zanim dyski NVMe stały się tańsze niż dyski SSD SATA/SAS pod względem ceny za IOPS. Teraz jednak zaczynamy osiągać punkt, w którym nie są one aż tak dużo droższe od dysków SSD SATA/SAS pod względem pojemności. To porównanie pojemności w GB w stosunku do ceny uświadomiło nam się, gdy otrzymaliśmy do laboratorium dysk SSD Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe – oferuje on znaczną poprawę wydajności w porównaniu z dyskami SSD SATA/SAS i jest skierowany do głównego nurtu rynku pamięci masowych dla przedsiębiorstw. Teraz, gdy dyski SSD NVMe zbliżają się do parytetu cenowego, postrzegamy je jako zamiennik dysków SATA w centrach danych do głównych zastosowań, ponieważ oferują lepszą wydajność przy niższym zapotrzebowaniu na energię.
Zanim przejdziemy do szczegółów dotyczących dysku Ultrastar SN640 i przedstawimy przegląd testów wydajności, jakie przeprowadziliśmy, przyjrzyjmy się najpierw doświadczeniu firmy Western Digital w zakresie pamięci Flash i jej obecnej ofercie, a także technologii stojącej za modelem SN640, która sprawia, że jest to tak atrakcyjna alternatywa dla dysków SATA/SAS.
Założona w 1970 roku firma Western Digital ma bogatą historię rozwoju i pracy z półprzewodnikami. Najpierw produkowała komponenty dyskretne, takie jak układy scalone, które napędzały rewolucję kalkulatorów elektrycznych w połowie lat 70., a następnie układy sterujące do napędów dyskowych; z tego powodu logicznie przeszła do produkcji całych dysków twardych. W latach 90. i na początku XXI wieku firma wprowadziła wiele innowacji, które poprawiły wydajność i pojemność swoich napędów.
Przez lata firma Western Digital współpracowała z SanDisk® przy produkcji produktów Flash, a w 2016 roku przejęła tę firmę. SanDisk był jednym z pierwszych innowatorów w dziedzinie pamięci Flash i z czasem udowodnił, że jest prawdziwym innowatorem na rynku pamięci masowych. W 1988 roku firma wprowadziła technologię System Flash do przechowywania danych w komputerach, a w latach 1990. współpracowała z Western Digital, tworząc pierwszy komercyjny dysk SSD Flash. Z biegiem czasu SanDisk udowodnił, że jest prawdziwym innowatorem na rynku pamięci masowych; wprowadził na rynek pierwsze na świecie komercyjne układy NAND MLC 1 GB, a także wspólnie opracowane karty microSD™, karty pamięci Flash z technologią NAND Flash 64 GB X4 (4 bity na komórkę) oraz inne technologie, które rozwinęły technologię Flash, nie tylko pod względem technologicznym i wydajności, ale także pod względem kosztów.
Czerpiąc z bogatej historii, Western Digital stworzył szeroką gamę produktów, aby sprostać specyficznym wymaganiom zarówno użytkowników komercyjnych, jak i korporacyjnych, a także, wykorzystując różne marki, aby sprostać potrzebom różnych rynków, oferując unikalną ofertę produktową. Na przykład marka SanDisk koncentruje się na mobilnych produktach pamięci masowej, a marka G-Technology® koncentruje się na dyskach i systemach pamięci masowej przeznaczonych dla profesjonalistów z branży kreatywnej.
Pod marką Western Digital firma oferuje dyski HDD i Flash oraz rozwiązania pamięci masowej do użytku osobistego i korporacyjnego. Aby ułatwić użytkownikom wybór dysku najlepiej odpowiadającego ich potrzebom, Western Digital dzieli niektóre dyski na kategorie oznaczone kolorami: dyski WD Green przeznaczone są do codziennego użytku w komputerach PC, dyski WD Blue do komputerów stacjonarnych, dyski WD Purple do systemów monitoringu, dyski WD Red do sieciowych pamięci masowych, a dyski WD Black i WD Gold to odpowiednio wydajne dyski do gier i klasy korporacyjnej. Te dwie ostatnie kategorie kolorystyczne objęte są pięcioletnią ograniczoną gwarancją, a pozostałe trzyletnią. Western Digital nie oferuje dysków HDD, SATA, SAS ani NVMe we wszystkich kolorach, ale oferuje najodpowiedniejszą technologię pamięci masowej do danego zastosowania.
Dla klientów korporacyjnych i centrów danych firma Western Digital oferuje linię dysków Ultrastar. Dyski poprzedzane są dwuznakowym kodem wskazującym typ urządzenia: HC to dyski HDD, SS to dyski SAS, SN to dyski NVMe, SA to dyski SA SATA, a ME to dyski z rozszerzeniem pamięci.
Dysk, który omówimy w tym artykule, to Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD. Jest to następca dysku Ultrastar DC SN630, oferujący kluczowe udoskonalenia wydajności. Oba dyski wykorzystują autorskie kontrolery NVMe firmy Western Digital z własną pamięcią NAND i oprogramowaniem układowym, co zapewnia znaczną optymalizację, prowadzącą do stałych, niskich opóźnień i wysokiej wydajności. Dyski te są przeznaczone do popularnych zastosowań i są dyskami, które Western Digital sprzedaje jako dysk przejściowy, aby umożliwić klientom korporacyjnym odejście od technologii pamięci flash SATA/SAS poprzedniej generacji i przejście na obecne pamięci flash NVMe. Western Digital oferuje w mniejszych ilościach, dla dystrybucji i sklepów internetowych, dysk WD Gold NVMe SSD, który oferuje wiele takich samych możliwości jak Ultrastar SN640. Warto zauważyć, że Western Digital oferuje również dysk Ultrastar DC SN840 NVMe SSD przeznaczony dla serwerów AFA obsługujących obciążenia o znaczeniu krytycznym oraz serwerów HPC. Z niecierpliwością czekamy na możliwość wypróbowania tego produktu.
Dyski NVMe z serii SN640 mają wymiary 2.5” x 7 mm i są wyposażone w złącze U.2. Pojemność dysków waha się od 800 GB do 7.68 TB. Ponieważ dyski te zostały zaprojektowane do użytku w przedsiębiorstwach i centrach danych, objęte są pięcioletnią ograniczoną gwarancją, średnim czasem bezawaryjnej pracy (MTBF) wynoszącym 2 miliony godzin, wskaźnikiem DWPD na poziomie 0.8 lub 2.0 oraz opcjami zabezpieczeń Secure Erase (SE), Instant Secure Erase (ISE) lub TCG Ruby. Aby zwiększyć wydajność, dyski SN wykorzystują własny kontroler PCIe Gen 3.1 x 4 (NVMe 1.3) firmy Western Digital. Ponadto, aby były konkurencyjne cenowo z dyskami SSD SATA/SAS, wykorzystują 96-warstwową pamięć NAND BiCS4 3D TLC firmy Western Digital. Firma Western Digital oceniła te dyski na losowe odczyty do 515 tys. IOPS i twierdzi, że oferują pięciokrotnie większą wydajność odczytu przy 65% mniejszym zużyciu energii. IOP/Wat niż w dyskach SATA.
Specyfikacja dysku SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe:
- Współczynnik kształtu: 2 2.5”, 7 mm
- Pojemność: od 800 GB do 7,680 GB
- NAND: Western Digital BiCS4 3D TLC NAND
- Interfejs: PCIe Gen3 x4 (zgodny z NVMe 1.3c)
- Wydajność: (model TCG Ruby)
- Wydajność odczytu sekwencyjnego (do): 3340 MB/s
- Wydajność zapisu sekwencyjnego (do): 2190 MB/s
- Losowy odczyt 4 KB (do): 515 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS)
- Losowy zapis 4 KB (do): 161 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS)
- Losowy odczyt/zapis 70/30, 4 KB (do): 305 tys. IOPS
- Opóźnienie odczytu (do): 78 μs
- Wytrzymałość i niezawodność:
- DW/D: 0.8 (intensywne czytanie), 2 (mieszane użycie)
- Niekorygowany współczynnik błędów bitowych (UBER): 1 do 10 do 17th
- Średni czas między awariami (MTBF): 2 mln godzin
- Ochrona przed utratą zasilania (PLP) i kompleksowa ochrona ścieżki danych
- Udogodnienia
- Obsługa przestrzeni nazw 128 NVMe
- Obsługa zmiennej wielkości sektora
- NVMe-MI 1.1 (model TCG Ruby)
- Bezpieczne usuwanie, natychmiastowe bezpieczne usuwanie i TCG Ruby
- Środowisko:
- Stan poboru mocy (maks.): 12 W
- Stan bezczynności (typowy): < 5 W
- Temperatura pracy: temperatura otoczenia od 0 do 70 °C przy sugerowanym przepływie powietrza
- Temperatura podczas przechowywania: od -40° do 85° C
- 5-letnia gwarancja
Dyski NVMe są obecne na rynku korporacyjnym od jakiegoś czasu, a największą przeszkodą w ich powszechnym wykorzystaniu tradycyjnie była ich cena, ale to już przeszłość. Cena detaliczna dysku SN640 o pojemności 7.68 TB wynosi 1,400 USD, a porównywalny dysk SSD SATA kosztuje 1,200 USD. Dysk o mniejszej pojemności, taki jak SN640 o pojemności 960 GB, kosztuje 300 USD, a porównywalny dysk SSD SATA przeznaczony do centrów danych kosztuje 260 USD. Innymi słowy – za około 16% wyższą cenę otrzymujesz znacznie wydajniejszy dysk. Przechodząc na dyski NVMe, serwery mogą obsługiwać nowoczesne obciążenia, które wymagają szybkiego czasu reakcji. Dyski SATA, ze względu na ograniczoną przepustowość i znacznie wyższe opóźnienia, nie są w stanie efektywnie sprostać wysokim wymaganiom dotyczącym pamięci masowej dzisiejszych aplikacji.
Ze względu na wysoką cenę, dyski NVMe były początkowo wykorzystywane wyłącznie w niszowych zastosowaniach. Obecnie jednak nowsze dyski SSD NVMe, takie jak SN640, stały się rozwiązaniem pamięci masowej dla popularnych obciążeń, takich jak tworzenie kopii zapasowych maszyn wirtualnych (VM), pełnienie funkcji pamięci podręcznej Flash dla pamięci masowej definiowanej programowo (SDS), a nawet działanie jako urządzenia rozruchowe. Wadą, która naszym zdaniem obecnie hamuje ich szersze zastosowanie, jest to, że serwery wciąż mają trudności z nadążaniem za nimi, a nie wszystkie obsługują liczbę portów NVMe, jaką użytkownicy chcieliby na nich umieścić. Jeśli tak jest w rzeczywistości, architekci serwerów muszą rozważnie korzystać z tego cennego zasobu (nie z punktu widzenia kosztów, ale wydajności) i upewnić się, że jego wydajność jest wykorzystywana w sposób jak najbardziej racjonalny.
Dane testowe
Aby zmierzyć wydajność dysków SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe, wykorzystaliśmy standardowy serwer Dell EMC PowerEdge R740xd, wyposażony w płytę główną zgodną z NVMe. Ta konfiguracja serwera oferowała 12 zatok NVMe, z których wykorzystaliśmy 8 gniazd.
Środowisko testowe:
- 8 dysków SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe
- 8 dysków SSD SATA Western Digital Ultrastar SA210
- Serwer Dell EMC PowerEdge R740xd z 12 gniazdami NVMe (8 używanych)
- Procesor 2 x Intel® Scalable Platinum 8280
- Pamięć DRAM 12 x 32 GB DDR4-2933 MHz
Testy porównawcze, na których się skupiliśmy, obejmowały obciążenia syntetyczne, które analizują obciążenie dysków, aby pokazać ich szczytową przepustowość lub wartości przepustowości, a także obciążenia aplikacyjne, które pokazują bardziej rzeczywiste dane dotyczące oczekiwań użytkowników. Spośród tych dwóch obszarów, nasze obciążenia aplikacyjne są ukierunkowane na lepszą ocenę wydajności pod kątem opóźnień. Do tych testów wykorzystaliśmy środowisko CentOS 7 z zainstalowanym programem VDBench dla sekcji syntetycznej oraz VMware ESXi™ 6.7u3 dla naszych maszyn wirtualnych SQL Server i MySQL™ Sysbench.
Aby lepiej porównać dyski NVMe z dyskami SSD SATA, przeprowadziliśmy testy na dyskach SATA Western Digital Ultrastar DC SA210 o pojemności 1.92 TB i porównaliśmy je z dyskami SN640 o pojemności 3.84 TB.
Poniższy wykres pokazuje, że w każdej kategorii dysk Western Digital SN640 zdeklasował dysk SATA z dużą przewagą. Odnotowaliśmy poprawę o 46% w średnim opóźnieniu w Sysbench do imponującej poprawy o 875% w testach losowych IOPS 4K 70/30.
Dane dotyczące wydajności były imponujące, ale chcieliśmy sprawdzić, jak przełożą się one na rzeczywiste warunki. Najpierw sprawdziliśmy, jak dyski poradzą sobie z poniedziałkową burzą rozruchową VDI.
Opóźnienie dysku SATA gwałtownie spadło do punktu, w którym odpowiedź zajmowała około 3 milisekundy, podczas gdy SN640 pracował dalej, a opóźnienie stopniowo wzrastało do nieco ponad 500 mikrosekund, aż do momentu, w którym zakończyliśmy testy na poziomie nieco ponad 150 000 IOPS.
Następnie przeprowadziliśmy początkowy test logowania i ponownie dysk SATA szybko się wyczerpał, natomiast Western Digital SN640 wykazał jedynie nieznaczny wzrost opóźnienia w trakcie trwania testu.
W naszym ostatnim teście w warunkach rzeczywistych przeprowadziliśmy losowy test odczytu/zapisu 80/20 na dyskach. Ponownie, dyski SATA osiągnęły szczyt wydajności na wczesnym etapie, podczas gdy SN640 był w stanie zapewnić znakomitą wydajność w szerokim zakresie IOPS.
Dysk SN640 nie tylko wykazał wyjątkowo niskie opóźnienie, którego przewidywalny wzrost następował stopniowo i w niewielkim stopniu w miarę obciążania go liczbą operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS), ale także zapewniał stałą jakość usług podczas naszych testów.
Wniosek
Nasze testy dysku Ultrastar DC SN640 potwierdziły, że Western Digital – wykorzystując najnowszy, autorski kontroler, pamięć flash 96L i oprogramowanie układowe – dostarczył popularny dysk SSD NVMe, który łączy wydajność i moc, tworząc ekonomiczne rozwiązanie, które raz na zawsze zastąpi SATA. Dyski NVMe szybko osiągnęły parytet pod względem kosztu w przeliczeniu na IOPS i przewidywaliśmy, że w przyszłości osiągną one punkt zwrotny, w którym będą konkurencyjne cenowo pod względem pojemności – i właśnie w tym momencie się znajdujemy. Pobieżne porównanie cen wykazało jedynie niewielki wzrost ceny dysku SN640 w porównaniu z dyskami SSD SATA/SAS w przeliczeniu na GB. Patrząc z perspektywy wydajności, jak pokazano powyżej, po prostu nie ma powodu, aby używać dysków SSD SATA do przechowywania danych.
Firma Western Digital od dawna jest innowatorem i liderem w dziedzinie technologii pamięci masowej – i to osiągnięcie dotyczy również dysków flash. Nieustanną innowacyjność firmy Western Digital widać w linii dysków SN640, gdzie udało się jej wykorzystać swoje techniczne umiejętności, aby nie tylko uzyskać najwyższą wydajność urządzenia, ale także osiągnąć to w bardzo atrakcyjnej cenie.
Ultrastar SN640 to doskonały dysk bazowy, umożliwiający użytkownikom przejście z pamięci masowej poprzedniej generacji na pamięć flash opartą na technologii NVMe. Dane wyraźnie pokazują, że NVMe to krok naprzód w zapewnianiu responsywnej wydajności dla zróżnicowanych obciążeń w centrum danych. Dyski NVMe nie tylko zwiększą wydajność obecnych obciążeń, takich jak bazy danych i obciążenia zwirtualizowane, ale także przygotują centrum danych na obsługę coraz bardziej wymagających obciążeń nowej generacji, takich jak uczenie maszynowe (ML) i sztuczna inteligencja (AI), które wymagają rozwiązań pamięci masowej o ultraniskich opóźnieniach i ultrawysokiej przepustowości.
Amazon