Análise do SSD Toshiba PX04P NVMe (2.5")

O Toshiba PX04P é uma série de SSDs NVMe (Unidades de estado sólido expressas de memória não volátil) projetadas especificamente para servidores e dispositivos de armazenamento que precisam de desempenho escalável com a menor latência possível. A série PX04P é oferecida em fatores de forma de placa suplementar de 2.5” e meia altura e meio comprimento (HHHL). Ambos os fatores de forma são oferecidos em capacidades que variam de 800 GB a 3.2 TB e vêm em vários tipos para atender às necessidades de resistência à gravação.

A maioria dos data centers precisa de certos tipos de unidades para determinados aplicativos. Alguns aplicativos precisam de unidades de leitura intensiva que normalmente têm capacidades mais altas com menor DWPD e outras precisam de unidades de gravação intensiva de resistência mais alta. O PX04P vem em três SKUs diferentes para cada capacidade. Esses SKUs oferecem resistência variável: 1DWPD, 3DWPD e 10DWPD (a Toshiba também testou a unidade até 25DWPD, mas atualmente não oferece o SKU devido à demanda limitada). Os clientes podem selecionar as necessidades de capacidade e resistência de que precisam para suas aplicações. Se eles tiverem necessidades de leitura mais intensiva e maior capacidade, eles selecionariam o 1DWPD. Se, por outro lado, eles tiverem necessidades de gravação mais intensivas, eles selecionariam o 10DWPD, escolhendo-o em detrimento da capacidade.

Todas as séries PX04P vêm com garantia de 5 anos, independentemente da resistência selecionada. Para nossa análise, veremos o modelo PX04PMB320 ou 3.2 TB.

Especificações Toshiba PX04P Series PCIe NVMe SSD:

Fator de forma: 2.5" (SFF-8639), HHHL
Modelo #: PX04PMB320 | PX04PMB160 | PX04PMB080
Capacidade: 3.2TB | 1.6 TB | 800 GB
Tipo de NAND: MLC
Interface
- Tipo: PCI Express 3.0
- Velocidade: 32 GT/s (Gen3 x4)
Desempenho
- Leitura sequencial sustentada de 128 KiB: 3,100 MiB/s
- Gravação sequencial sustentada de 128 KiB: 2,350 MiB/s
- Leitura aleatória sustentada de 4 KiB: 660,000 IOPS
- Gravação aleatória sustentada de 4 KiB: 185,000 IOPS
Confiabilidade
- MTTF: 2,000,000 horas
- Garantia: 5 anos
- DWDP: 10
Energia
- Tensão de alimentação: 3.3V ±10% (em espera), 12V ±10%
- Consumo de energia (pronto): 6W Tipo.
Dimensão (AxLxC): 15 x 69.85 x 100.45 mm
Peso: 150g máximo
Ambiental
- Temperatura (operacional): 0 a 40 °C
- Umidade relativa (operacional): 5 a 95% UR
- Vibração (operacional): 21.27 m/s^2 {2.17 Grms} (5 a 800 Hz)
- Choque (operacional): 9,800 m/s^2 {1,000G} (duração de 0.5ms)

Concepção e construção

A série PX04P parece quase idêntica à série PX04S. As unidades têm um fator de forma de altura z de 2.5”, 15 mm. A unidade geral é principalmente prateada com um dissipador de calor preto que ocupa cerca de um quarto da unidade perto da interface. Há um adesivo na parte superior indicando o tipo de unidade, número do modelo e capacidade.

Virar a unidade mostra a placa de metal inferior com ondulações perto de locais com almofadas térmicas correspondentes que tocam a placa de circuito para dissipar o calor.

Histórico de testes e comparáveis

A Laboratório de teste StorageReview Enterprise fornece uma arquitetura flexível para realizar benchmarks de dispositivos de armazenamento corporativo em um ambiente comparável ao que os administradores encontram em implantações reais. O Enterprise Test Lab incorpora uma variedade de servidores, redes, condicionamento de energia e outras infraestruturas de rede que permitem que nossa equipe estabeleça condições do mundo real para avaliar com precisão o desempenho durante nossas análises.

Incorporamos esses detalhes sobre o ambiente de laboratório e protocolos em revisões para que os profissionais de TI e os responsáveis pela aquisição de armazenamento possam entender as condições em que alcançamos os resultados a seguir. Nenhuma de nossas análises é paga ou supervisionada pelo fabricante do equipamento que estamos testando. Detalhes adicionais sobre o Laboratório de teste StorageReview Enterprise e uma visão geral de seus recursos de rede estão disponíveis nas respectivas páginas.

Unidades comparáveis para esta revisão:

Análise de carga de trabalho do aplicativo

Para entender as características de desempenho dos dispositivos de armazenamento corporativo, é essencial modelar a infraestrutura e as cargas de trabalho de aplicativos encontradas em ambientes de produção ao vivo. Nossos primeiros benchmarks para o Toshiba PX04P 2.5” são, portanto, o Desempenho OLTP do MySQL via SysBench e Desempenho OLTP do Microsoft SQL Server com uma carga de trabalho TCP-C simulada. Para nossas cargas de trabalho de aplicativos, cada unidade executará de 2 a 4 VMs configuradas de forma idêntica.

StorageReview's Protocolo de teste OLTP do Microsoft SQL Server emprega o rascunho atual do Benchmark C (TPC-C) do Conselho de Desempenho de Processamento de Transações, um benchmark de processamento de transações on-line que simula as atividades encontradas em ambientes de aplicativos complexos. O benchmark TPC-C chega mais perto do que os benchmarks sintéticos de desempenho para medir os pontos fortes de desempenho e os gargalos da infraestrutura de armazenamento em ambientes de banco de dados. Cada instância de nossa VM SQL Server para esta revisão usa um banco de dados SQL Server de 333 GB (escala 1,500) e mede o desempenho transacional e a latência sob uma carga de 15,000 usuários virtuais.

Ao observar a saída do SQL Server, todas as unidades testadas tiveram um desempenho muito próximo umas das outras. No entanto, a unidade Toshiba saiu na parte inferior do pacote. As VMs individuais variaram de 3,145.95 TPS a 3,154.22 TPS com uma pontuação agregada de 12,596.01 TPS. A unidade de melhor desempenho, a HGST SN100, era apenas cerca de 35 TPS mais alta.

Os resultados de latência média durante o benchmark do SQL Server de 15 usuários mostraram uma diferença mais drástica no desempenho das unidades. O drive Toshiba teve latência muito maior com suas VMs individuais, variando de 12ms a 25ms, o que lhe deu a maior pontuação média de 20ms, mais que o dobro dos outros drives.

O próximo benchmark de aplicativo consiste em um banco de dados Percona MySQL OLTP medido via SysBench. Este teste mede o TPS (transações por segundo) médio, a latência média e a latência média do 99º percentil. Percona e MariaDB estão usando as APIs de aplicativos compatíveis com flash Fusion-io nas versões mais recentes de seus bancos de dados; no entanto, para fins desta comparação, testamos cada dispositivo em seus modos de armazenamento em bloco "herdados".

No benchmark médio de transações por segundo, o Toshiba conseguiu ficar à frente do resto do pacote com o desempenho geral mais forte por uma ampla margem. As VMs individuais variaram de 1,671.9 TPS a 1,748.24 TPS, com uma pontuação agregada de 6,777.71 TPS.

A latência média deu mais um forte desempenho da Toshiba. VMs individuais tiveram latência entre 18.3ms a 19.14ms, com pontuação média de 18.89ms, a melhor pontuação do grupo.

Em termos de nosso pior cenário de latência do MySQL (latência percentil 99), o Toshiba mais uma vez superou o restante do pacote com VMs individuais variando em latência de 35.97ms a 36.64ms e uma pontuação média de 36.46ms.

Análise de Carga de Trabalho Sintética Corporativa

O desempenho do flash varia à medida que a unidade se torna condicionada à sua carga de trabalho, o que significa que o armazenamento flash deve ser pré-condicionado antes de cada um dos benchmarks sintéticos fio para garantir que os benchmarks sejam precisos. Cada uma das unidades comparáveis é pré-condicionada em estado estacionário com uma carga pesada de 16 threads e uma fila pendente de 16 por thread.

Testes de pré-condicionamento e estado estacionário primário:

Rendimento (Agregado de IOPS de Leitura+Gravação)
Latência média (latência de leitura+gravação calculada em conjunto)
Latência máxima (latência máxima de leitura ou gravação)
Desvio padrão de latência (desvio padrão de leitura + gravação calculado em conjunto)

Após a conclusão do pré-condicionamento, cada dispositivo é testado em intervalos em vários perfis de profundidade de encadeamento/fila para mostrar o desempenho sob uso leve e pesado. Nossa análise de carga de trabalho sintética para o Toshiba PX04P usa dois perfis, que são amplamente usados nas especificações e benchmarks do fabricante. É importante levar em consideração que as cargas de trabalho sintéticas nunca representarão 100% da atividade vista nas cargas de trabalho de produção e, de certa forma, retratarão imprecisamente uma unidade em cenários que não ocorreriam no mundo real.

4k
- 100% de leitura e 100% de gravação
8k
- 70% de leitura/30% de gravação

Em nosso teste de pré-condicionamento de gravação de 4k de taxa de transferência, o Toshiba mais uma vez mostra forte desempenho começando perto do topo e terminando acima do restante do pacote, chegando a um estado estável em torno de 195K IOPS.

O pré-condicionamento de latência média mostra uma colocação semelhante. Mais uma vez, o Toshiba superou os outros drives, começando abaixo de 1 ms e chegando a um estado estável em torno de 1.3 ms.

Com latência máxima, a unidade Toshiba apresentou o melhor desempenho, terminando em torno de 16 ms, e o desempenho mais consistente.

Olhando para o desvio padrão, a unidade Toshiba foi um pouco menos consistente e terminou em segundo atrás da unidade Intel. O Toshiba terminou em torno de 1.4ms.

Depois que as unidades são pré-condicionadas, passamos para nossos benchmarks sintéticos primários de 4k. Com taxa de transferência, a Toshiba teve o desempenho de gravação mais forte em 198,842 IOPS; no entanto, seu desempenho de leitura ficou atrás das outras unidades em 382,932 IOPS.

A latência média mostra uma colocação similar para o Toshiba. Mais uma vez, foi o melhor desempenho em latência de gravação com 1.284ms, mas no fundo do pacote, no que diz respeito à latência de leitura, com 0.667ms.

Com latência máxima, o Toshiba conquistou o primeiro lugar mais uma vez com uma latência de leitura de 1.524ms e uma latência de gravação de 17.869ms. Em ambos os casos, a Toshiba superou facilmente todas as outras unidades.

O desvio padrão mostrou que o Toshiba teve a melhor latência de leitura com um tempo de 0.04ms e a segunda melhor latência de gravação com 1.795ms.

Nossa próxima carga de trabalho usa transferências de 8k com uma proporção de 70% de operações de leitura e 30% de operações de gravação. Mais uma vez, começaremos com os resultados do pré-condicionamento antes de passar para os testes principais. Em taxa de transferência, o Toshiba começou o teste na extremidade inferior, mas chegou ao topo com um estado estável em torno de 190 IOPS no final.

A mesma colocação pode ser vista com latência média. O drive começou perto do limite superior (embora ainda esteja em torno de 1ms) e terminou no primeiro lugar em torno de 1.35ms.

Com latência máxima, não havia dúvida. O Toshiba foi o melhor drive neste benchmark do começo ao fim, terminando em estado estacionário em torno de 14.5ms.

Standard Deviation mostrou o Toshiba na liderança, mas foi seguido de perto pelo drive Intel. O Toshiba terminou em um estado estacionário em torno de 1.1ms.

Depois de pré-condicionarmos totalmente as unidades, passamos por nosso teste principal de 8k 70/30. Em rendimento, o Toshiba ficou em terceiro durante a maior parte do teste antes de passar para o segundo lugar no final com 169,252 IOPS.

A latência média mostrou um desempenho mais forte para o Toshiba, rodando em primeiro lugar ou em segundo lugar para terminar em primeiro com 1.37 ms.

A latência máxima mostrou que a Toshiba mais uma vez tem um desempenho forte do começo ao fim. Embora tenha subido perto do final, nunca perdeu o primeiro lugar, terminando em 16.39ms.

O desvio padrão nos mostrou que o Toshiba teve um desempenho forte do começo ao fim, com a Intel mais uma vez correndo lado a lado com ele. A Toshiba terminou na primeira posição com 1.07ms.

Conclusão

A série PX04P é o primeiro SSD NVMe da Toshiba. A unidade vem em dois formatos: 2.5” ou HHHL e com capacidade de 800 GB a 3.2 TB. Sendo uma unidade NVMe, ela oferece melhor desempenho e menor latência do que os SSDs SAS. A Toshiba também oferece vários SKUs para a unidade para fornecer melhor resistência para aplicativos com uso mais intenso de gravação. As gravações da unidade por dia podem ser reduzidas para apenas 1 para aumentar a capacidade das unidades também.

Olhando para o desempenho, em nossa análise de carga de trabalho do aplicativo, o Toshiba PX04P foi um pouco confuso nos testes de aplicativos. Ele teve o desempenho mais baixo em nosso benchmark SQL (TPS agregado de 12,596.01 e uma pontuação média de 20ms para latência). No entanto, teve as melhores pontuações no Sysbench (6,777.71 TPS, latência média de 18.89 ms e latência do MySQL no pior caso de 36.46 ms). Mudando para nossos benchmarks sintéticos, vimos o desempenho do Toshiba muito melhor e mais consistente. Em nossos testes de 4k, a Toshiba nos deu 198,842 IOPS de taxa de transferência de gravação, latência média de gravação de 1.284ms e o primeiro lugar em latência máxima com 1.524ms de leitura e 17.869ms de gravação. Em nossos testes de gravação 8k 70/30, o Toshiba apresentou outro forte desempenho com uma taxa de transferência de 169,252 IOPS (segundo geral) e a melhor latência máxima com 14.5 ms.

Em geral, este é um primeiro esforço NVMe altamente competente da Toshiba. Os resultados sintéticos foram muito bons, principalmente nas categorias de latência. No entanto, os testes de aplicativos foram bifurcados; a unidade foi ótima no Sysbench, mas teve algumas dificuldades com o SQL Server. A Toshiba continua trabalhando em seu firmware, portanto, espere que eles tentem resolver esse problema de frente.

Vantagens