Os SSDs NVMe da Western Digital assumem o controle da empresa

Quando as unidades NVMe™ foram lançadas, sabíamos que o desempenho seria superior, mas questionamos quando seriam comparáveis ​​em custo aos SSDs SATA. Devido ao seu custo inicial, as unidades NVMe foram usadas para aplicativos corporativos que precisavam aproveitar suas características de alto desempenho. Não demorou muito para que as unidades NVMe se tornassem mais baratas do que os SSDs SATA/SAS em termos de dólares por IOPS. Mas agora estamos começando a chegar ao ponto em que eles não são muito mais caros do que os SSDs SATA/SAS com base na capacidade. Essa comparação entre GB e dólar ficou clara para nós quando recebemos o SSD Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe no laboratório para testes de desempenho – ele oferece melhorias drásticas de desempenho em relação aos SSDs SATA/SAS e tem como alvo o mercado de armazenamento corporativo convencional. Agora que os SSDs NVMe estão próximos da paridade de custo, nós os vemos como um substituto para as unidades SATA no data center para aplicativos convencionais, pois oferecem melhor desempenho e requisitos de energia mais baixos.

Quando as unidades NVMe™ foram lançadas, sabíamos que o desempenho seria superior, mas questionamos quando seriam comparáveis ​​em custo aos SSDs SATA. Devido ao seu custo inicial, as unidades NVMe foram usadas para aplicativos corporativos que precisavam aproveitar suas características de alto desempenho. Não demorou muito para que as unidades NVMe se tornassem mais baratas do que os SSDs SATA/SAS em termos de dólares por IOPS. Mas agora estamos começando a chegar ao ponto em que eles não são muito mais caros do que os SSDs SATA/SAS com base na capacidade. Essa comparação entre GB e dólar ficou clara para nós quando recebemos o SSD Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe no laboratório para testes de desempenho – ele oferece melhorias drásticas de desempenho em relação aos SSDs SATA/SAS e tem como alvo o mercado de armazenamento corporativo convencional. Agora que os SSDs NVMe estão próximos da paridade de custo, nós os vemos como um substituto para as unidades SATA no data center para aplicativos convencionais, pois oferecem melhor desempenho e requisitos de energia mais baixos.

Antes de nos aprofundarmos nas especificações do Ultrastar SN640 e dar uma visão geral dos testes de desempenho que fizemos nele, vamos primeiro dar uma olhada no histórico da Western Digital e na linha atual de armazenamento Flash, bem como a tecnologia por trás do SN640 que o torna um substituto atraente para as unidades SATA/SAS.

Fundada em 1970, a Western Digital tem uma rica história de desenvolvimento e trabalho com semicondutores. Eles primeiro produziram componentes discretos, como os chips que alimentaram a revolução das calculadoras elétricas em meados da década de 1970 e, em seguida, os chips de controle para unidades de disco; a partir desse histórico, eles logicamente migraram para a produção de discos rígidos inteiros. Na década de 1990 e no início dos anos 2000, eles criaram muitas inovações que melhoraram o desempenho e a capacidade de suas unidades.

Ao longo dos anos, a Western Digital trabalhou com a SanDisk® em produtos Flash e os adquiriu em 2016. A SanDisk foi uma das primeiras inovadoras em armazenamento Flash e provou ao longo do tempo ser uma verdadeira inovadora no mercado de armazenamento. Em 1988, eles introduziram Flash do sistema para armazenamento de computador e trabalhou com a Western Digital na década de 1990 para criar o primeiro produto Flash SSD comercial. Com o tempo, a SanDisk provou ser uma verdadeira inovadora no mercado de armazenamento; eles enviaram os primeiros chips NANDS MLC de 1 GB comerciais do mundo, bem como cartões microSD™ desenvolvidos em conjunto, cartões de memória Flash com tecnologia NAND Flash de 64 GB X4 (4 bits por célula) e outras tecnologias que impulsionaram o Flash, não apenas de uma tecnologia e ponto de vista de desempenho, mas também do ponto de vista de custo.

Com base nessa rica história, a Western Digital desenvolveu uma série de produtos para atender às necessidades específicas de usuários comerciais e corporativos e usou diferentes marcas para atender às necessidades de diferentes mercados com ofertas de produtos exclusivos. Por exemplo, a marca SanDisk está focada em produtos de armazenamento móvel, e a marca G-Technology® está focada em unidades e sistemas de armazenamento projetados para profissionais criativos.

Sob a marca Western Digital, eles oferecem unidades de disco rígido e flash e soluções de armazenamento para uso pessoal e empresarial. Para ajudar os usuários a selecionar a unidade que melhor atende às suas necessidades, a Western Digital divide algumas de suas unidades em classificações codificadas por cores: as unidades WD Green são para as necessidades diárias de computação em seu PC, as unidades WD Blue são para uso em desktop, as unidades WD Purple são para armazenamento de vigilância, as unidades WD Red são voltadas para armazenamento conectado à rede, e suas unidades WD Black e WD Gold são suas unidades corporativas e de jogos de alto desempenho, respeitosamente. Essas duas últimas categorias de cores vêm com uma garantia limitada de cinco anos, enquanto as outras vêm com uma garantia limitada de três anos. A Western Digital não oferece dispositivos HDD, SATA, SAS ou NVMe em todas as suas cores, mas oferece a tecnologia de armazenamento mais apropriada para um determinado caso de uso.

Para clientes corporativos e de data centers, a Western Digital tem uma linha de drives Ultrastar. Eles prefixam suas unidades com um código de dois caracteres para indicar o tipo de dispositivo: HC são dispositivos HDD, SS são unidades SAS, SN são unidades NVMe, SA são unidades SA SATA e ME são unidades de extensão de memória.

A unidade que veremos neste artigo é o SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe. É o sucessor do Ultrastar DC SN630 com melhorias importantes no desempenho. Ambas as unidades usam controladores NVMe internos da Western Digital com seu próprio NAND e firmware que fornecem otimizações massivas levando a baixas latências consistentes e alto desempenho. Essas unidades são para projetos convencionais, que é a unidade que a Western Digital comercializa como uma unidade de transição para afastar os clientes corporativos das tecnologias de armazenamento Flash SATA/SAS de última geração e para o armazenamento NVMe Flash atual. A Western Digital disponibiliza em quantidades menores para distribuição e e-tailers, o SSD WD Gold NVMe, que possui muitos dos mesmos recursos do Ultrastar SN640. É importante observar que a Western Digital também oferece o SSD Ultrastar DC SN840 NVMe destinado a AFAs executando cargas de trabalho de missão crítica e servidores HPC. Estamos ansiosos para colocar as mãos neste produto.

A linha SN640 de unidades NVMe tem tamanho de 2.5” x 7 mm com um conector U.2 e contém capacidade de armazenamento variando de 800 GB a 7.68 TB. Como essas unidades foram projetadas para uso corporativo e de data center, elas vêm com uma garantia limitada de cinco anos, têm uma classificação de tempo médio entre falhas (MTBF) de 2 milhões de horas, são classificadas em 0.8 ou 2.0 DWPD e têm Secure Erase ( SE) Instant Secure Erase (ISE) ou opções de segurança TCG Ruby. Para melhorar o desempenho, as unidades SN usam o próprio controlador PCIe Gen 3.1 x 4 (NVMe 1.3) da Western Digital. Além disso, para torná-los competitivos em termos de custo com unidades SSD SATA/SAS, eles usam o BiCS96 4D TLC NAND de 3 camadas da Western Digital. A Western Digital classificou essas unidades em leituras aleatórias de até 515 mil IOPs e afirma que elas oferecem cinco vezes o desempenho de leitura enquanto usam 65% menos IOP/Watt do que as unidades SATA.

Especificações do SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe:

• Fator de forma: 2 2.5”, 7 mm
• Capacidade: 800 GB a 7,680 GB
• NAND: NAND Western Digital BiCS4 3D TLC
• Interface: PCIe Gen3 x4 (compatível com NVMe 1.3c)
• Desempenho: (modelo TCG Ruby)
  • Desempenho de leitura sequencial (até): 3340 MB/s
  • Desempenho de gravação sequencial (até): 2190 MB/s
  • Leitura aleatória de 4KiB (até): 515K IOPS
  • Gravação aleatória de 4KiB (até): 161K IOPS
  • Leitura/gravação aleatória 70/30, 4KiB (até): 305K IOPS
  • Latência de leitura (até): 78 us
• Resistência e Confiabilidade:
  • DW/D: 0.8 (leitura intensiva), 2 (uso misto)
  • Taxa de erro de bit incorrigível (UBER): 1 em 10 a 17^th
  • MTBF: 2 milhões de horas
  • Proteção contra perda de energia (PLP) e proteção de caminho de dados de ponta a ponta
• Recursos
  • Suporte de namespace 128 NVMe
  • Suporte de tamanho de setor variável
  • NVMe-MI 1.1 (modelo TCG Ruby)
  • Apagamento seguro, apagamento seguro instantâneo e TCG Ruby
• Meio Ambiente:
  • Estado de energia operacional (máx.): 12W
  • Estado de energia ocioso (típico): < 5W
  • Temperatura de operação: 0 a 70 °C de temperatura ambiente com fluxo de ar sugerido
  • Temperatura fora de operação: -40° a 85° C
• 5 anos de garantia limitada

As unidades NVMe já estão no mercado corporativo há algum tempo, e o maior obstáculo à sua utilização generalizada tem sido tradicionalmente o custo, mas esse não é mais o caso. O preço de mercado de um SN640 com capacidade de 7.68 TB é de US$ 1,400, e um SSD SATA comparável chega a US$ 1,200. Uma unidade de menor capacidade, como a SN640 de 960 GB, custa US$ 300, enquanto uma unidade SSD SATA com classificação de datacenter comparável custa US$ 260. Em outras palavras - por um aumento de cerca de 16% no preço, você obtém uma unidade com muito mais desempenho. Ao mudar para unidades NVMe, os servidores podem lidar com cargas de trabalho modernas que exigem tempos de resposta rápidos. As unidades SATA, com sua largura de banda limitada e latências muito mais altas, não podem lidar com eficiência com os exigentes requisitos de armazenamento dos aplicativos atuais.

Devido ao seu alto preço, as unidades NVMe foram relegadas a casos de uso de nicho quando foram inicialmente lançadas. Agora, no entanto, os SSDs NVMe mais recentes, como o SN640, tornaram-se uma solução de armazenamento para cargas de trabalho convencionais, como suporte para máquinas virtuais (VMs), servindo como cache Flash para armazenamento definido por software (SDS) e até mesmo atuando como dispositivos de inicialização. A única desvantagem que atualmente acreditamos estar impedindo sua adoção mais ampla é que os servidores ainda estão lutando para alcançá-los e nem todos os servidores podem suportar o número de portas NVMe com as quais as pessoas gostariam de preenchê-los. Se esse for realmente o caso, os arquitetos de servidor precisam usar esse recurso valioso judicialmente (não do ponto de vista de custo, mas do ponto de vista de desempenho) e garantir que seu desempenho seja usado da maneira mais inteligente possível.

Dados de teste

Para medir o desempenho dos SSDs Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe, usamos um servidor Dell EMC PowerEdge R740xd padrão do setor equipado com um backplane compatível com NVMe. Essa configuração de servidor oferecia 12 baias NVMe, das quais usamos 8 slots.

Ambiente de teste:

• 8 SSDs Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe
• 8 SSDs Western Digital Ultrastar SA210 SATA
• Servidor Dell EMC PowerEdge R740xd com 12 slots NVMe (8 usados)
  • CPU 2 x Intel® escalável Platinum 8280
  • DRAM 12 x 32 GB DDR4-2933 MHz

Os benchmarks em que nos concentramos foram as cargas de trabalho sintéticas, que visam forçar as unidades a mostrar seu pico de largura de banda ou números de taxa de transferência, bem como cargas de trabalho de aplicativos que mostram mais números do mundo real sobre o que os usuários podem esperar. Dessas duas áreas, nossas cargas de trabalho de aplicativos são voltadas para colocar uma lente melhor no desempenho de latência. Para esses testes, usamos um ambiente CentOS 7 com VDBench instalado para a seção sintética e VMware ESXi™ 6.7u3 para nossas VMs SQL Server e MySQL™ Sysbench.

Para obter uma melhor avaliação de como essas unidades NVMe se comparam aos SSDs SATA, realizamos testes nas unidades SATA Western Digital Ultrastar DC SA210 de 1.92 TB e as comparamos com o SN3.84 de 640 TB.

O gráfico abaixo mostra que, em todas as categorias, o Western Digital SN640 superou o drive SATA por uma ampla margem. Isso variou de uma melhoria de 46% em nossa latência média do Sysbench a uma excelente melhoria de 875% durante nosso teste IOPS aleatório 4K 70/30.

Os números de desempenho bruto eram muito impressionantes, mas queríamos ter uma ideia de como isso se traduziria em condições do mundo real. Primeiro, analisamos como as unidades poderiam lidar com uma tempestade de inicialização de VDI na manhã de segunda-feira.

A latência da unidade SATA degradou rapidamente até o ponto em que demorou cerca de 3 milissegundos para responder, enquanto o SN640 continuou com um aumento gradual na latência até pouco mais de 500 microssegundos, até que paramos o teste em pouco mais de 150,000 IOPS.

Em seguida, executamos nosso teste inicial de login e, novamente, a unidade SATA rapidamente perdeu força, enquanto o Western Digital SN640 mostrou apenas um ligeiro aumento na latência durante o teste.

Para nosso teste final no mundo real, executamos um teste aleatório de leitura/gravação 80/20 nas unidades. Mais uma vez, as unidades SATA atingiram o pico mais cedo, enquanto o SN640 foi capaz de oferecer desempenho excepcional por meio de uma ampla gama de IOPS.

O SN640 não apenas mostrou uma latência excepcionalmente baixa que teve um pequeno aumento previsível gradual, pois foi enfatizado pelo número de IOPS, mas a unidade também forneceu qualidade de serviço consistente durante nossos testes.

Conclusão

Nossos testes no Ultrastar DC SN640 confirmaram que a Western Digital - usando seu mais recente controlador interno, flash 96L e firmware - forneceu um SSD NVMe convencional que equilibra desempenho e potência para uma solução econômica para substituir o SATA de uma vez por todas . As unidades NVMe alcançaram rapidamente a paridade no custo por IOPS e previmos que haveria um ponto de inflexão em que seriam competitivas em termos de custo com base na capacidade no futuro, e agora estamos nesse ponto. Em uma comparação casual de preços, descobrimos que houve apenas um leve aumento no preço do SN640 em relação aos SSDs SATA/SAS por GB. Quando visto pelas lentes de desempenho conforme ilustrado acima, simplesmente não há razão para usar SSDs SATA para armazenamento de dados.

A Western Digital há muito tempo é inovadora e está na vanguarda da tecnologia de armazenamento – e essa conquista se estende às unidades flash. A inovação incansável da Western Digital pode ser vista em sua linha de unidades SN640, onde eles foram capazes de usar suas proezas técnicas não apenas para extrair desempenho superior do dispositivo, mas também a um preço muito atraente.

O Ultrastar SN640 serve como uma ótima unidade de gateway para tirar os usuários do armazenamento da geração anterior e colocá-los em flash baseado em NVMe. Os dados mostram claramente que o NVMe é o caminho a seguir quando se trata de fornecer desempenho responsivo para o conjunto diversificado de cargas de trabalho no data center. As unidades NVMe não apenas aumentarão o desempenho das cargas de trabalho atuais, como bancos de dados e cargas de trabalho virtualizadas, mas também posicionarão o data center para as cargas de trabalho de próxima geração mais exigentes que estão começando a aparecer, como aprendizado de máquina (ML) e inteligência artificial ( AI), que exigem soluções de armazenamento com latência ultrabaixa e largura de banda ultraalta.

Série Western Digital Ultrastar NVMe

Melhor com NVMe

Infográfico Western Digital SN640