Western Digital NVMe SSD tar över företaget

När NVMe™-enheter först kom ut visste vi att prestandan skulle vara överlägsen, men ifrågasatte när de skulle vara kostnadsjämförbara med SATA SSD:er. På grund av deras initiala kostnad användes NVMe-enheter för företagsapplikationer som behövde dra fördel av deras högpresterande egenskaper. Det tog inte särskilt lång tid för NVMe-enheter att bli billigare än SATA/SAS SSD-enheter i termer av dollar-per-IOPS. Men nu börjar vi nå den punkt där de inte är så mycket dyrare än SATA/SAS SSD-enheter på kapacitetsbasis. Den här jämförelsen mellan GB och dollar fick oss när vi fick Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe SSD i labbet för prestandatestning – den erbjuder dramatiska prestandaförbättringar jämfört med SATA/SAS SSD:er och riktar sig till den vanliga företagslagringsmarknaden. Nu när NVMe SSD:er är nära kostnadsparitet ser vi dem som en ersättning för SATA-enheter i datacentret för vanliga applikationer eftersom de erbjuder bättre prestanda samtidigt som de har lägre strömkrav.

När NVMe™-enheter först kom ut visste vi att prestandan skulle vara överlägsen, men ifrågasatte när de skulle vara kostnadsjämförbara med SATA SSD:er. På grund av deras initiala kostnad användes NVMe-enheter för företagsapplikationer som behövde dra fördel av deras högpresterande egenskaper. Det tog inte särskilt lång tid för NVMe-enheter att bli billigare än SATA/SAS SSD-enheter i termer av dollar-per-IOPS. Men nu börjar vi nå den punkt där de inte är så mycket dyrare än SATA/SAS SSD-enheter på kapacitetsbasis. Den här jämförelsen mellan GB och dollar fick oss när vi fick Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe SSD i labbet för prestandatestning – den erbjuder dramatiska prestandaförbättringar jämfört med SATA/SAS SSD:er och riktar sig till den vanliga företagslagringsmarknaden. Nu när NVMe SSD:er är nära kostnadsparitet ser vi dem som en ersättning för SATA-enheter i datacentret för vanliga applikationer eftersom de erbjuder bättre prestanda samtidigt som de har lägre strömkrav.

Innan vi gräver i detaljerna för Ultrastar SN640 och ger en översikt över prestandatesterna som vi gjorde på den, låt oss först ta en titt på Western Digitals bakgrund med och nuvarande utbud av Flash-lagring, såväl som tekniken bakom SN640 som gör den till en så attraktiv ersättning till SATA/SAS-enheter.

Western Digital grundades 1970 och har en rik historia av att utveckla och arbeta med halvledare. De producerade först diskreta komponenter som chipsen som drev den elektriska kalkylatorrevolutionen i mitten av 1970-talet, och sedan kontrollchipsen för diskenheter; från denna bakgrund migrerade de logiskt till att producera hela hårddiskar. Under 1990-talet och början av 2000-talet skapade de många innovationer som förbättrade prestanda och kapacitet hos deras enheter.

Genom åren arbetade Western Digital med SanDisk® på Flash-produkter och 2016 förvärvade man dem.SanDisk var en tidig innovatör inom Flash-lagring och visade sig över tiden vara en sann innovatör på lagringsmarknaden. 1988 introducerade de System Flash för datorlagring och arbetade med Western Digital på 1990-talet för att skapa den första kommersiella Flash SSD-produkten. Med tiden har SanDisk visat sig vara en verklig innovatör på lagringsmarknaden; de skickade världens första kommersiella NANDS MLC 1GB-chips, såväl som gemensamt utvecklade microSD™-kort, Flash-minneskort med 64GB X4 (4 bitar per cell) NAND Flash-teknik och andra tekniker som drivit Flash framåt, inte bara från en teknologi och prestationssynpunkt men också ur kostnadssynpunkt.

Utifrån denna rika historia har Western Digital utvecklat en mängd produkter för att möta de specifika kraven från både kommersiella användare och företagsanvändare och har använt olika varumärken för att möta behoven på olika marknader med unika produkterbjudanden. Till exempel är varumärket SanDisk fokuserat på mobila lagringsprodukter, och varumärket G-Technology® är fokuserat på enheter och lagringssystem designade för kreativa proffs.

Under varumärket Western Digital erbjuder de hårddiskar och flash-enheter samt lagringslösningar för personligt bruk och företagsanvändning. För att hjälpa användare att välja den enhet som bäst passar deras behov delar Western Digital in några av sina enheter i färgkodade klassificeringar: WD Green-diskar är för vardagliga datorbehov i din PC, WD Blue-diskar är för skrivbordsanvändning, WD Purple-diskar är för övervakningslagring, WD Red-diskar är inriktade på nätverksansluten lagring, och deras WD Black- och WD Gold-diskar är deras högpresterande spel- och företagsenheter med respekt. Dessa två sista färgkategorier kommer med en fem års begränsad garanti, medan de andra kommer med en tre års begränsad garanti. Western Digital erbjuder inte HDD-, SATA-, SAS- eller NVMe-enheter i alla deras färger, men de erbjuder den mest lämpliga lagringstekniken för ett givet användningsfall.

För företag och datacenterkunder har Western Digital en rad Ultrastar-enheter. De prefixar sina enheter med en kod med två tecken för att indikera typen av enhet: HC är hårddiskenheter, SS är SAS-enheter, SN är NVMe-enheter, SA är SA SATA-enheter, och ME är minnesförlängningsenheter.

Enheten som vi kommer att titta på i den här artikeln är Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD. Det är efterföljaren till Ultrastar DC SN630 med viktiga förbättringar i prestanda. Båda enheterna använder Western Digitals interna NVMe-kontroller med sin egen NAND och firmware som ger massiva optimeringar som leder till konsekvent låga latenser och hög prestanda. Dessa enheter är för vanliga design, vilket är den enhet som Western Digital marknadsför som en övergångsenhet för att få företagskunder bort från senaste generationens SATA/SAS Flash-lagringsteknologier och till nuvarande NVMe Flash-lagring. Western Digital gör tillgänglig i mindre kvantiteter för distribution och e-handlare, WD Gold NVMe SSD som har många av samma funktioner som Ultrastar SN640. Värt att notera att Western Digital också erbjuder Ultrastar DC SN840 NVMe SSD riktad till AFA:er som kör uppdragskritiska arbetsbelastningar och HPC-servrar. Vi ser fram emot att få tag på denna produkt.

SN640-serien med NVMe-enheter är 2.5” x 7 mm stora med en U.2-kontakt och innehåller lagringskapacitet från 800 GB till 7.68 TB. Eftersom dessa enheter är designade för företags- och datacenteranvändning kommer de med fem års begränsad garanti, har en medelvärde för tid mellan fel (MTBF) på 2 miljoner timmar, är klassade till 0.8 eller 2.0 DWPD och har säker radering ( SE) Säkerhetsalternativ för Instant Secure Erase (ISE) eller TCG Ruby. För att förbättra prestandan använder SN-enheter Western Digitals egen PCIe Gen 3.1 x 4 (NVMe 1.3) kontroller. Dessutom, för att göra dem kostnadskonkurrenskraftiga med SATA/SAS SSD-enheter, använder de Western Digitals 96-lagers BiCS4 3D TLC NAND. Western Digital har betygsatt dessa enheter till slumpmässiga läsningar på upp till 515K IOP och hävdar att de erbjuder fem gånger så hög läsprestanda samtidigt som de använder 65 % mindre IOP/Watt än SATA-enheter.

Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD-specifikationer:

• Formfaktor: 2 2.5”, 7 mm
• Kapacitet: 800 GB till 7,680 XNUMX GB
• NAND: Western Digital BiCS4 3D TLC NAND
• Gränssnitt: PCIe Gen3 x4 (kompatibel med NVMe 1.3c)
• Prestanda: (TCG Ruby-modell)
  • Sekventiell läsprestanda (upp till): 3340 MB/s
  • Sekventiell skrivprestanda (upp till): 2190 MB/s
  • Slumpmässig 4KiB-läsning (upp till): 515K IOPS
  • Slumpmässig 4KiB-skrivning (upp till): 161K IOPS
  • Slumpmässig 70/30 läs/skriv, 4KiB (upp till): 305K IOPS
  • Läs latens (ned till): 78 us
• Uthållighet och pålitlighet:
  • DW/D: 0.8 (läsintensiv), 2 (blandad användning)
  • Okorrigerbar bitfelfrekvens (UBER): 1 på 10 till 17^th
  • MTBF: 2 M timmar
  • Power Loss Protection (PLP) och end-to-end datavägsskydd
• Funktioner
  • 128 Stöd för NVMe-namnutrymme
  • Stöd för variabel sektorstorlek
  • NVMe-MI 1.1 (TCG Ruby-modell)
  • Secure Erase, Instant Secure Erase och TCG Ruby
• Miljö:
  • Driftseffekttillstånd (max): 12W
  • Idle Power State (typiskt): < 5W
  • Driftstemperatur: 0 till 70 °C omgivningstemperatur med föreslaget luftflöde
  • Icke-driftstemperatur: -40° till 85° C
• 5 års begränsad garanti

NVMe-diskar har funnits på företagsmarknaden ett tag nu, och den största blockeraren för deras utbredda användning har traditionellt varit deras kostnad, men så är inte längre fallet. Gatupriset för en SN640 med en kapacitet på 7.68 TB är 1,400 1,200 $, och en jämförbar SATA SSD kostar 640 960 $. En hårddisk med lägre kapacitet, som SN300 260GB, kostar $16, medan en jämförbar datacenterklassad SATA SSD-enhet kostar $XNUMX. Med andra ord – för en prishöjning på cirka XNUMX % får du ett mycket mer presterande driv. Genom att byta till NVMe-enheter kan servrar hantera moderna arbetsbelastningar som kräver snabba svarstider. SATA-enheter, med sin begränsade bandbredd och mycket högre latenser, kan inte effektivt hantera de krävande lagringskraven för dagens applikationer.

På grund av deras höga pris förvisades NVMe-enheter till nischade användningsfall när de släpptes initialt. Nu har dock nyare NVMe SSD-enheter som SN640 blivit en lagringslösning för vanliga arbetsbelastningar, såsom backup för virtuella maskiner (VM), som fungerar som Flash-cache för mjukvarudefinierad lagring (SDS) och till och med fungerar som startenheter. Den enda nackdelen som vi för närvarande tror hindrar deras mer utbredda användning är att servrar fortfarande kämpar för att komma ikapp dem, och inte alla servrar kan stödja antalet NVMe-portar som folk skulle vilja fylla dem med. Om detta verkligen är fallet måste serverarkitekter använda denna värdefulla resurs rättsligt (inte ur kostnadssynpunkt, utan ur prestandasynpunkt) och se till att deras prestanda används så klokt som möjligt.

Testdata

För att mäta prestanda hos Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD:er använde vi en industristandard Dell EMC PowerEdge R740xd-server utrustad med ett NVMe-kompatibelt bakplan. Denna serverkonfiguration erbjöd 12 NVMe-fack, från vilka vi använde 8 platser.

Testmiljö:

• 8x Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD
• 8x Western Digital Ultrastar SA210 SATA SSD
• Dell EMC PowerEdge R740xd-server med 12x NVMe-platser (8 används)
  • CPU 2 x Intel® Scalable Platinum 8280
  • DRAM 12 x 32 GB DDR4-2933MHz

De riktmärken vi fokuserade på var syntetiska arbetsbelastningar, som fokuserar på att stressa enheterna till att visa deras toppbandbredd eller genomströmning, såväl som applikationsarbetsbelastningar som visar mer verkliga siffror om vad användare kan förvänta sig. Av dessa två områden är våra applikationsarbetsbelastningar inriktade på att sätta en bättre lins på latensprestanda. För dessa tester använder vi en CentOS 7-miljö med VDBench installerad för den syntetiska sektionen och VMware ESXi™ 6.7u3 för våra SQL Server och MySQL™ Sysbench virtuella datorer.

För att få en bättre uppfattning om hur dessa NVMe-enheter jämförs med SATA SSD-enheter, körde vi tester på Western Digital Ultrastar DC SA210 1.92TB SATA-enheter och jämförde dem med 3.84TB SN640.

Tabellen nedan visar att Western Digital SN640 i alla kategorier slog SATA-enheten med stor marginal. Detta varierade från en 46% förbättring av vår Sysbench genomsnittliga latens till en enastående 875% förbättring under vår 4K 70/30 slumpmässiga IOPS-testning.

De råa prestandasiffrorna var mycket imponerande, men vi ville få en känsla för hur detta skulle översättas till verkliga förhållanden. Vi tittade först på hur väl enheterna kunde hantera en VDI-storm på måndagsmorgonen.

SATA-diskens latens försämrades snabbt till en punkt där det tog ~3 millisekunder att svara medan SN640 fortsatte med en gradvis ökning av latensen upp till drygt 500 mikrosekunder tills vi stoppade testningen vid drygt 150,000 XNUMX IOPS.

Vi körde sedan vårt första inloggningstest och återigen tog SATA-enheten snabbt slut medan Western Digital SN640 endast visade en liten ökning i latens under testtiden.

För vårt sista verkliga test körde vi ett 80/20 slumpmässigt läs-/skrivtest på enheterna. Återigen nådde SATA-enheterna en topp tidigt, medan SN640 kunde leverera enastående prestanda genom ett brett utbud av IOPS.

SN640 visade inte bara enastående låg latens som hade en liten, gradvis förutsägbar ökning i sig eftersom den stressades av antalet IOPS, utan enheten gav också konsekvent servicekvalitet under våra tester.

Slutsats

Våra tester på Ultrastar DC SN640 bekräftade att Western Digital – med sin senaste interna kontroller, 96L blixt och firmware – har levererat en vanlig NVMe SSD som balanserar prestanda och kraft för en kostnadseffektiv lösning för att ersätta SATA en gång för alla . NVMe-drivsystem uppnådde snabbt paritet i kostnad per IOPS och vi förutspådde att det skulle finnas en brytpunkt där de skulle vara kostnadskonkurrenskraftiga på kapacitetsbasis i framtiden, och vi är nu vid den punkten. I en tillfällig prisjämförelse fann vi att det bara var en liten höjning av priset på SN640 jämfört med SATA/SAS SSD-enheter per GB. När det ses genom prestandalinsen som illustreras ovan, finns det helt enkelt ingen anledning att använda SATA SSD:er för datalagring.

Western Digital har länge varit en innovatör inom, och i framkanten av, lagringsteknologi – och denna prestation sträcker sig till flash-enheter. Western Digitals obevekliga innovation kan ses i deras SN640-serie av enheter där de kunde använda sin tekniska skicklighet för att inte bara extrahera överlägsen prestanda från enheten utan för att göra det till ett mycket attraktivt pris.

Ultrastar SN640 fungerar som en fantastisk gateway-enhet för att få användare från tidigare generationers lagring och till NVMe-baserad flash. Data visar tydligt att NVMe är vägen framåt när det gäller att ge responsiv prestanda till de olika arbetsbelastningarna i datacentret. Inte bara kommer NVMe-enheter att öka prestandan för nuvarande arbetsbelastningar, såsom databaser och virtualiserade arbetsbelastningar, utan de positionerar datacentret för de mer krävande nästa generations arbetsbelastningar som börjar dyka upp, såsom maskininlärning (ML) och artificiell intelligens ( AI), som kräver lagringslösningar med ultralåg latens och ultrahög bandbredd.

Western Digital Ultrastar NVMe-serien

Bättre med NVMe

Western Digital SN640 Infographic