三星 XS1715 2.5″ NVMe 固态硬盘评测

by StorageReview 企业实验室 on 2015 年 12 月 11 日

企业版 ◇ SSD

三星在 2.5 年夏天发布 XS1715 时率先参加了企业级 2013" NVMe SSD 派对。它也是第一款采用新型 SFF-8639 连接器的固态硬盘。虽然该硬盘直到 2014 年才进入量产1715 年 1715 月，XS920 立即被服务器 OEM 厂商采用，他们希望突破高速服务器存储方面的可能性边界。我们首先在戴尔 PowerEdge R4 中看到了 XS800，它是戴尔 1715x CPU 强大服务器的一部分戴尔在该系统中支持多达八个 NVMe 驱动器，即使只有两个 1.1GB XS4，我们也看到了超过 800,000 万的 8K 读取 IOPS 和超过 3,000 的 500K 读取 IOPS；它还被引用以提供高达 3MB/ s, 允许它在 1.6 分钟内处理 1715GB 的数据。因此，我们将有点晚地看看 XNUMXTB XSXNUMX SSD，看看它是如何承受一点点时间的，因为其余的业界竞相撼动三星在企业 NVMe 市场的早期领导地位。

从那以后，市场上出现了多种 NVMe 驱动器，例如 Memblaze PBlaze4 和 Intel SSD DC P3700 驱动器，我们将在评测的性能部分将这两种驱动器与 XS1715 进行比较。

XS1715 的核心是 PMC 89HF16P04CG3 控制器，这是一款高性能 PCIe 闪存控制器，专为企业级工作负载而优化。该控制器采用可编程架构，使 SSD 开发人员能够通过固件定制实现产品差异化。三星显然充分利用了这一点。XS1715 还配备了完整的数据路径保护和通过钽电容实现的断电保护，其不可纠正误码率 (UBER) 为 1/1017。此外，XS1715 的平均故障间隔时间 (MTBF) 也高达 200 万小时。XS1715 NVMe SSD 提供 400GB、800GB 和 1.6TB 三种容量，我们将测试 400GB 版本。此外，三星硬盘是 NVMe 集成商列表 (IL) 的一部分，这意味着 XS1715 是一款易于管理的硬盘，对于数据中心和服务器/存储客户而言，它都是一个高度可靠的解决方案。

XS1715 SSD 提供五年保修和 5 年 DWPD 保证。

三星 XS1715 规格

外形尺寸 2.5”：(SFF-8639)
容量（GB）：400GB、800GB、1.6TB
主机接口：PCIe Gen 3.0 (x4) — NVMe
物理尺寸：100 x 70 x 15mm
重量：210g
MTBF：2,000,000小时
不可纠正的误码率 (UBER)：1 分之一
功耗（活动/闲置）：25/8 W
持续表现
- 读取延迟：90 微秒
- 写入延迟：25 微秒
- 4K 随机读取：高达 750,000 IOPS
- 4K 随机写入：高达 115,000 IOPS
- 128K 顺序读取：高达 3,000 MB/s
- 128K 顺序写入：高达 1,400 MB/s
耐力 4K 随机 WPD：
- 400GB：7 个 WPD
- 800GB/1.6TB：5.6 WPD

设计与建造

XS2.5 通过 15mm z 高度提供 1715" 外形尺寸，使用 SFF-8639 连接器与 PCIe 总线连接。虽然这看起来类似于典型的 SAS 连接器，但实际上并非如此。XS1715 的外观和感觉是与三星的其他 SSD 产品组合一致，采用简约的哑光黑色设计，只有公司的品牌和驱动器类型。

驱动器的侧面轮廓有 4 个孔，便于安装在工作站或服务器内。驱动器内部有一个双 PCB 构建以及一个大的散热垫，以帮助保持组件在负载下散热。

测试背景和比较

StorageReview企业测试实验室提供灵活的架构，用于在与管理员实际部署环境相近的环境中对企业存储设备进行基准测试。该实验室集成了各种服务器、网络、电源调节和其他网络基础设施，使我们的工作人员能够模拟真实环境，从而在评测过程中准确评估设备性能。

我们在评测中融入了实验室环境和测试流程的详细内容，以便IT专业人员和存储采购负责人能够了解我们取得以下结果的条件。我们所有的评测均未接受被测设备制造商的付费或监督。有关StorageReview企业测试实验室及其网络功能的更多详情，请参阅相关页面。

我们在 Supermicro SuperServer 2.5U-TNR1715T 2028x NVMe 系统中测试了 4" Samsung XS4，同时将其与 NVMe SSD 进行了比较：

2.5" 英特尔固态硬盘 DC P3700 固态硬盘
2.5" Memblaze PBlaze4 固态硬盘

应用程序工作负载分析

为了解企业级存储设备的性能特征，必须对实际生产环境中的基础架构和应用工作负载进行建模。因此，我们对三星 XS1715 的首要基准测试是使用 SysBench 测试 MySQL OLTP 性能，以及使用模拟 TCP-C 工作负载测试Microsoft SQL Server OLTP 性能。在我们的应用工作负载测试中，每个硬盘将运行 2-4 个配置相同的虚拟机。

StorageReview 的Microsoft SQL Server OLTP 测试协议采用事务处理性能委员会 (TPC) 基准测试 C (TPC-C) 的最新草案。TPC-C 是一款在线事务处理基准测试，能够模拟复杂应用环境中的各种活动。与合成性能基准测试相比，TPC-C 基准测试更能准确地评估数据库环境中存储基础架构的性能优势和瓶颈。本次评测中，我们使用的每个 SQL Server 虚拟机实例都包含一个 333GB（1,500 规模）的 SQL Server 数据库，并在 15,000 个虚拟用户的负载下测量其事务性能和延迟。

查看 SQL Server 输出时，Intel 驱动器的总吞吐量最高，为 3,157.341 TPS，单个 VM 的吞吐量最高，为 3,157.469，尽管 XS1715 的单个 VM 与 Intel VM 的 TPS 相差不到 0.1。

在 15k 用户 SQL Server 基准测试期间的平均延迟结果将三星驱动器置于包的前面，所有这些都有 7 毫秒的延迟，平均也为 7 毫秒。结果与英特尔 P3700 SSD 相同，而 Memblaze 驱动器的聚合时间略高，为 7.5 毫秒。

下一个应用程序基准测试包括通过 SysBench 测量的 Percona MySQL OLTP 数据库。此测试测量平均 TPS（每秒事务数）、平均延迟以及平均 99% 延迟。 Percona 和 MariaDB 在其最新版本的数据库中使用 Fusion-io 闪存感知应用程序 API，尽管为了进行比较，我们在其“传统”块存储模式下测试了每个设备。

在每秒平均事务处理基准测试中，XS1715 远低于群首，记录了 3,463.6 TPS 的性能。英特尔驱动器表现出最佳性能，总计 5,779.7 TPS。

平均延迟结果显示，驱动器的位置大致相同，三星再次位于底部，单个 VM 的运行时间在 37.27 毫秒到 36.58 毫秒之间，平均延迟为 36.96 毫秒。英特尔驱动器再次位居榜首，为 21.80 毫秒。英特尔的总成绩也最好，为 22.15 毫秒。

就我们最糟糕的 MySQL 延迟情况（第 99 个百分位延迟）而言，三星 XS1715 以明显的优势位居排行榜底部，虚拟机运行时间在 71.97 毫秒和 73.36 毫秒之间，平均得分为 73.03 毫秒。

企业综合工作负载分析

闪存性能会随着驱动器逐渐适应工作负载而变化，这意味着在进行每次fio 综合基准测试之前，必须对闪存存储进行预处理，以确保基准测试的准确性。所有可比较的驱动器均预先设置为稳定状态，并施加 16 个线程的高负载，每个线程的未处理队列为 16。

预处理和初级稳态测试：

吞吐量（读+写 IOPS 聚合）
平均延迟（读+写延迟一起平均）
最大延迟（峰值读取或写入延迟）
延迟标准偏差（读+写标准偏差一起平均）

预处理完成后，每个设备都会在多个线程/队列深度配置文件中按时间间隔进行测试，以显示轻度和重度使用情况下的性能。我们对三星 XS1715 的综合工作负载分析使用两个配置文件，它们广泛用于制造商规范和基准测试。重要的是要考虑到合成工作负载永远不会 100% 代表生产工作负载中看到的活动，并且在某些方面不准确地描绘了现实世界中不会发生的场景中的驱动器。

4k
- 100% 读取和 100% 写入
8k
- 70% 读取/30% 写入

在我们的吞吐量 4k 写入预处理测试中，Intel P3700 表现最佳，开始时大约为 400,000 IOPS，然后达到略低于 170,000 IOPS 的稳定状态。尽管三星 XS1715 的爆发结果仅次于英特尔驱动器，但它在大约 113,000 IOPS 的稳定状态下跌至最后一位（落后于更一致的 Memblaze）。

在平均延迟方面，三星和英特尔驱动器开始时都在 0.6 毫秒左右，并在 20 分钟后达到峰值。英特尔驱动器在剩下的测试中保持最稳定，位居榜首；然而，Memblaze 是驱动器延迟方面最一致的。

在查看最大延迟时，结果相对相同，因为 Memblaze 仍然是最一致的驱动器。三星 XS1715 在测试开始时表现出出色的延迟，但很快就逐渐减少并以大约 2.2 毫秒的稳定状态结束。

标准偏差计算旨在更轻松地可视化 SSD 延迟性能结果的一致性。在这里，三星驱动器开始时表现强劲，尽管它在 22 分钟左右出现了显着的延迟峰值，最后徘徊在 3.0 毫秒左右。

在主要的 4k 综合基准测试中，三星 XS1715 以 420,544 IOPS 读取和 114,444 IOPS 写入吞吐量垫底。 Memblaze 以惊人的 717,172 IOPS 成为读取列中的佼佼者，而 Intel 驱动器则以 172,672 IOPS 表现出最佳写入性能。

结果反映了平均延迟，因为三星驱动器显示 0.61 毫秒读取和 2.23 毫秒写入，排在最后（虽然不是很多）。

在最大延迟方面，三星 XS1715 拥有最低的读取最大延迟，仅为 5.8 毫秒。最大写入延迟最好的驱动器是 Intel P3700，它记录了 33.1 毫秒。

在标准偏差中，三星 XS1715 再次显示出最高的读取延迟，为 0.08 毫秒（写入为 2.994 毫秒）。写入延迟一致性最好的驱动器是 Intel 驱动器，为 1.377 毫秒。

我们的下一个工作负载使用 8k 传输，读取操作占 70%，写入操作占 30%。同样，在切换到主要测试之前，我们将从预处理结果开始。在吞吐量方面，三星驱动器在测试开始时显示出一系列峰值，在整个过程中落后于英特尔和 Memblaze 驱动器，最终达到大约 120,000 IOPS。

平均延迟有类似的结果，三星驱动器在测试的第一部分显示出各种尖峰。到最后，它在 2.0 毫秒左右达到稳定状态。

在查看最大延迟时，迄今为止最稳定的驱动器是英特尔驱动器，它始终显示出某种程度的稳定状态。三星驱动器在测试期间记录了轻微的尖峰；然而，Memblaze SSD 的延迟非常不一致，在整个基准测试中出现了巨大的峰值。

标准偏差在三星驱动器测试的第一个小时内显示出不稳定的延迟，到基准测试结束时大约为 1.4 毫秒，这比 Memblaze 略好。 Intel P3700 显示出最好的结果，因为它只有几次超过 1.2 毫秒的峰值。

在我们对三星驱动器进行全面预处理后，我们对其进行了主要的 8k 70/30 测试。在吞吐量方面，三星驱动器在整个测试过程中都落后于英特尔和 Memblaze 驱动器，直到结束，开始时约为 23,700 IOPS，最终约为 128,000 IOPS。

平均延迟讲述了一个类似的故事，尽管英特尔和 Memblaze 驱动器的结果更接近。三星驱动器开始时大约为 0.2 毫秒，到 2.0T/16Q 时增加了近 16 毫秒。其他两个驱动器比三星好一点，最终在终端中都有 1.6 毫秒的延迟。

查看最大延迟表明，三星 XS1715 的结果最一致，延迟峰值最少；然而，Intel P3700 的整体结果最好，因为它只有几次超过 20 毫秒大关。

标准偏差显示出与平均延迟相似的结果，尽管三星 XS1715 在终端队列深度上击败了 Memblaze 驱动器。 Intel 驱动器以 0.2 毫秒到 1.15 毫秒的范围取得了最佳的整体结果。

结语

三星 XS1715 大约一年前上市，被誉为业内首批 NVMe 固态硬盘之一，其性能在高速服务器存储领域前所未见。这并不令人意外，因为三星长期以来一直是消费级和企业级固态硬盘行业的领军者。虽然我们在之前的戴尔 PowerEdge R920 评测中已经简要介绍过这款三星硬盘，但我们还是决定在它上市一年后，看看这款 1.6TB 型号与更新的 NVMe 硬盘相比表现如何。三星 XS1715 提供 400GB、800GB 和 1.6TB 三种容量选择，配备钽电容，提供完整的数据路径和断电保护，其 UBER 故障率评级为 1/10¹⁷，平均故障间隔时间⁽ MTBF) 为 17 万小时。

从性能上看，三星 XS1715 在我们测试的许多工作负载中确实难以跟上更新的 NVMe 驱动器、Memblaze PBlaze4 3.2TB 和英特尔 P3700 2TB SSD。在我们的 SQL Server 测试中，三星驱动器以低于 0.1 TPS 的 TPS 落后于英特尔驱动器，位居榜首，平均速度为 3,157。此外，三星 XS1715 的平均延迟为 7.0 毫秒（平均为 7.0 毫秒），位居排行榜首位。在我们的 Sysbench 测试中，我们看到 TPS 达到 3,463.6，平均延迟为 36.96 毫秒，最坏情况（第 99 个百分位数）的总结果为 73.03 毫秒，所有这些都在可比较项中垫底。在我们的综合基准测试中，三星 XS1715 为我们提供了 4k 吞吐量 420,544 IOPS 读取和 114,444 IOPS 写入，平均延迟为 1.61 毫秒读取和 2.23 毫秒写入，领先的最大延迟/标准偏差性能为 5.8 毫秒读取和 0.08 毫秒读取. 在我们的 8k 70/30 工作负载中，速度有所放缓，因为三星驱动器大多排名垫底。

优点