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SanDisk Lightning Enterprise SSD 评测 (LB 406S)

by 凯文·奥布莱恩

当 SanDisk 投资 327 亿美元收购 Pliant 时,有一件事是显而易见的; SanDisk 看到了一个机会,可以利用他们在 NAND 和存储方面的专业知识以及 Pliant 的 SAS 控制器知识和存储技术来创建在性能和可靠性方面都出类拔萃的一流企业级 SSD。 目前的成果是包含 MLC 和 SLC SAS 6Gb SSD 的 SanDisk Lightning 企业级 SSD 系列。


当 SanDisk 投资 327 亿美元收购 Pliant 时,有一件事是显而易见的; SanDisk 看到了一个机会,可以利用他们在 NAND 和存储方面的专业知识以及 Pliant 的 SAS 控制器知识和存储技术来创建在性能和可靠性方面都出类拔萃的一流企业级 SSD。 目前的成果是包含 MLC 和 SLC SAS 6Gb SSD 的 SanDisk Lightning 企业级 SSD 系列。 

虽然在单一 Lightning 保护伞下销售 SLC 和 MLC SSD 可能是独一无二的,但 SanDisk 认为这是一个好处。 为了使鉴定更简单,所有六个驱动器(三个 MLC 和三个 SLC)都使用相同的固件二进制文件、控制器和硬件组件。 它们还提供一系列企业级功能,例如直写式日志记录、对 T10 DIF 的支持以及透明且不影响性能的后台纠错。 继续阅读功能列表,倒数第二个是关于耐力的金块。 

尽管许多人都发布了关于写入耐久性的令人兴奋的声明,但 SanDisk 在这篇说明中更进一步,“Lightning SLC NAND SSD 不会对每日写入量施加限制。” 不仅如此,SanDisk 还对该驱动器进行了 5 年以上的评级,与企业市场上的其他 SAS 驱动器相比,Lightning 在耐用性和寿命方面均名列前茅。 公平地说,我们预计其他企业级 SSD 在 5 年保修期满后仍能顺利运行,但即便如此,SanDisk 表明他们在写入放大和 NAND 管理方面有多么自信。

SanDisk Lightning 系列可提供 400GB、200GB 和 100GB 容量的 SLC NAND。 MLC 版本提供 800GB、400GB 和 200GB 容量。 所有 Lightning 驱动器均采用 6" 外形规格的 SAS 2.5Gb/s 接口。我们的评测单元是 LB 406S,即 400GB SLC Lightning。 

Lightning SLC SAS 企业级 SSD 规格

  • 容量
    • 400GB(LB 406S)
      • 读取吞吐量 420MB/s
      • 总 IOPS(读取)– 120,000 IOPS(512 字节)
      • 4KB 70/30(单端口)– 39,000 IOPS
      • 8KB 70/30(单端口)– 27,000 IOPS
    • 200GB(LB 206S)
      • 读取吞吐量 350MB/s
      • 总 IOPS(读取)– 105,000 IOPS(512 字节)
      • 4KB 70/30(单端口)– 30,000 IOPS
      • 8KB 70/30(单端口)– 21,000 IOPS
    • 100GB(LB 106S)
      • 读取吞吐量 370MB/s
      • 总 IOPS(读取)– 105,000 IOPS(512 字节)
      • 4KB 70/30(单端口)– 30,000 IOPS
      • 8KB 70/30(单端口)– 21,000 IOPS
  • 接口 6Gb/s SAS – 双接口(全双工)
  • Pliant PTHEMI2-1VO 控制器
  • 美光 34 纳米 SLC NAND(512GB 原始/400GB 可用)
  • 支持的扇区大小 512 或 520 字节/扇区
  • 外形 2.5 英寸
  • 可靠性
    • 无写缓存(无数据丢失风险)
    • 写耐力无限
    • 未恢复错误率 <1 个扇区读取 1 个 E10-17 位
    • 端到端数据保护(无性能影响)
    • 后台巡检读取(自动)(无性能影响)
  • MTBF——2万小时
  • 寿命 >5 年
  • 外形尺寸
    • 高度(最大)15.0 毫米
    • 宽度(最大)70.1 毫米
    • 长度(最大)100.45 毫米
    • 重量0.238公斤
  • 能量消耗
    • 空闲 3.9 瓦
    • 典型 5.9 瓦
  • 环境
    • 工作温度(环境) 0 至 60° C
    • 非工作温度 -40 至 85° C
  • 启动时间(开机到就绪)<15 秒

设计与拆卸

SanDisk Lightning 企业 SSD 为企业服务器市场提供了一个有趣且相当独特的设计。 该外壳采用多色调灰色油漆方案,蓝色 Pliant 品牌 ID 突出显示在顶盖上。 SSD 的外部包含多个标签,包括顶盖和后面板的条形码贴纸,用于跟踪存储中或部署后的驱动器。 顶部贴纸包含重要信息,例如序列号、型号、制造商日期、容量、固件版本以及 SSD 携带的多项认证。 序列号包含在顶部和后面板上以供识别。

金属合金机身感觉非常坚固,官方重量为 238 克,表明内部电子元件和散热材料的质量很大。 SanDisk 为 Lightning Enterprise SSD 提供了 60C 的峰值工作温度范围,这是相当高的,尽管它不是我们评测过的评级最高的企业级 SSD。 一些型号可以应对高达 70C 的温度。

SanDisk Lightning Enterprise SSD 的侧面轮廓展示了双色调油漆方案,以及水平安装螺丝孔。

Lightning Enterprise SSD 的正面仅包括双链路 6.0Gb/s SAS 连接器,为了显示连接何时处于活动状态,Lightning 还在后面板上配备了活动指示灯。

为 SanDisk Lightning LB 406S 供电的是 Pliant PTHEMI2-1VO 控制器。 当 SSD 放在一起时,控制器实际上部分暴露在外壳底部的铝贴纸下面。

为了帮助解释 NAND 布局以及 Lightning LB 406S 的高负载性能,SanDisk 提供了 SSD 的基本架构概述。

SanDisk 在 Lightning LB 34S 内部使用美光 406nm SLC NAND。 考虑到 SanDisk 制造商拥有自己的 NAND,这可能让人感到意外,但请务必记住,这款 SSD 是在使用 SanDisk 名称之前由 Pliant 设计的。 该布局由 8 个 4GB NAND 组成,分布在电路板的 512 个面,总计 400GB。 其中,XNUMXGB 供最终用户使用,其余部分留给磨损均衡和 NAND 故障使用。

与市场上其他企业级 SSD 相比,SanDisk Lightning 具有相当独特的结构,三块电路板通过柔性带状电缆永久连接。 这些部分相互折叠,将组件与导热垫夹在一起,以将热量散发到 SSD 的金属主体中。 下面显示的是构成 SanDisk Lightning LB 406S 的内层和外层。

企业基准

SanDisk Lightning LB 406S 采用 Micron 34nm SLC NAND、SanDisk/Pliant PTHEMI2-1VO 控制器和 6.0Gb/s SAS 接口; 我们的审查单位是 400GB。 用于本次审查的比较对象包括以下最近测试的企业级 SSD: 美光P300 (100GB, Marvell 9174, Micron 34nm SLC NAND, SATA), 东芝 MKx001GRZB (400GB、Marvell 9032、东芝 32nm SLC NAND、SAS)和 日立Ultrastar SSD400S.B (400GB、英特尔 EW29AA31AA1 控制器、英特尔 25 纳米 SLC NAND、SAS)。 所有企业级 SSD 都在我们的企业测试平台上进行了基准测试,该平台基于 联想ThinkServer RD240. 所有 IOMeter 数字都表示为 MB/s 速度的二进制数字。

我们的第一个测试着眼于大块传输的顺序读写速度。 此特定测试使用 IOMeter 的 2MB 传输大小,4k 扇区对齐并测量队列深度为 4 的性能。在这种情况下,SanDisk 声称其 420GB Lightning LB 400S 的最大读取速度为 406MB/s,但没有写入速度。

我们测量了 Lightning LB 413.82S 的顺序预处理大块读取速度为 311.51MB/s,稳态写入速度为 406MB/s。 

转向随机访问配置文件,但仍保持 2MB 的大块传输大小,我们开始看到性能在多用户环境中的变化。 该测试保持我们在之前的顺序传输基准测试中使用的相同队列深度级别 4。

闪迪闪电LB 406S在大块随机传输测试中表现出色,读取速度为416.30MB/s,写入速度为239.86MB/s。 与其他基于 SLC 的企业级 SSD 相比,它在读取速度方面处于中等水平,但在稳态大块随机写入速度方面优于其他型号。

转向更小的 4K 随机访问传输大小,我们更接近在重度随机访问环境中可能发现的数据包大小,例如具有多个 VM 访问同一阵列的服务器设置。 在第一个测试中,我们查看扩展的 4K 读取性能以及它如何从 1 的队列深度扩展到最大 64。

在 1 到 64 之间的队列深度的限制下,SanDisk Lightning LB 406S 略微落后于 Micron RealSSD P300 和 Hitachi Ultrastar SSD400S.B,直到 32 的队列深度能够超过它们。 它的队列深度为 64,仅次于东芝 MKx001GRZB,随机 4K 读取速度最高,为 63,482 IOPS。

我们的下一个测试着眼于静态队列深度为 4 时的 32K 随机写入性能,一旦驱动器达到稳态,就会记录结果并取平均值。 虽然 IOPS 性能是衡量稳态性能的一个很好的指标,但另一个重要的关注领域是平均和峰值延迟。 更高的峰值延迟数字可能意味着某些请求可以在大量连续访问下备份。

在队列深度为 32 时,我们发现 4K 随机写入性能趋于平稳,平均速度为 19,220 IOPS。 在这个速度下,它在测试期间记录了 1.66 毫秒的平均延迟和 52.91 毫秒的峰值延迟。

我们最后一系列的综合基准测试比较了一系列服务器混合工作负载中的两种企业驱动器,静态队列深度为 32。与本次审查开始时的综合基准测试一样,这些测试也是在稳定状态下进行测量的。 我们的每个服务器配置文件测试都对读取活动有强烈的偏好,范围从 67% 读取我们的数据库配置文件到 100% 读取我们的 Web 服务器配置文件。

第一个是我们的数据库配置文件,67% 的读取和 33% 的写入工作负载组合主要集中在 8K 传输大小上。

在我们的数据库配置文件中,SanDisk Lightning LB 406S 表现非常出色,在队列深度为 32 的情况下领先于基于 SLC 的企业级 SSD。它在队列深度为 24,428 时测得 1.31 IOPS,平均延迟为 32 毫秒。增加队列深度增加到 64,我们能够从 Lightning 中挤出更多的性能,将 I/O 速度提高到 26,529,但平均延迟影响将交易时间增加到 2.41 毫秒。

下一个配置文件查看一个文件服务器,80% 的读取和 20% 的写入工作负载分布在从 512 字节到 64KB 的多种传输大小上。

在我们的文件服务器工作负载中,SanDisk Lightning LB 406S 再次提供了最高的传输速度,测得 23,083 IOPS,平均延迟为 1.39 毫秒。 进一步将队列深度负载增加到 64,我们注意到增加到 25,334 IOPS,延迟测量为 2.53 毫秒。

我们的 Web 服务器配置文件是只读的,传输大小从 512 字节到 512KB 不等。

在我们的 Web 服务器工作负载配置文件中,SanDisk Lightning 仅次于东芝 MKx001GRZB,测得 22,320 IOPS,平均延迟为 1.43 毫秒。 将队列深度增加到 64,Lightning 能够以 23,801 毫秒的事务延迟推动 2.69 IOPS

最后一个配置文件查看工作站,使用 20K 传输混合使用 80% 的写入和 8% 的读取。

在我们以 32 队列深度记录的工作站 IOMeter 配置文件中,Lightning LB 406S 提供了 25,969 IOPS 的速度和 1.23 毫秒的延迟。 在队列深度为 64 的较重负载下,我们发现 I/O 速率高达 29,222 IOPS,延迟测量为 2.19 毫秒。

企业用电量

在为数据中心或其他密集存储环境选择驱动器时,性能并不是公司在考虑 SSD 或硬盘驱动器时唯一感兴趣的指标。 在某些情况下,功耗可能是一个巨大的问题,因此您想知道驱动器在恒定工作负载下的性能如何是有道理的。

在本次评测的 Enterprise Power 部分,我们在之前用于测试读写速度的相同条件下查看每个驱动器。 这包括队列深度为 2 的顺序和随机 4MB 传输以及队列深度为 4 的小型随机 32K 读取和写入传输。与我们之前的测试一样,我们正在测量稳态下的所有数据,以使驱动器处于最佳状态耗电条件。

在除启动之外的所有条件下,SanDisk Lightning LB 406S 使用的功率为 8.30 瓦或更少。 这略高于 SanDisk 声称的 5.9 瓦典型值,但具体取决于应用的工作负载,这可能会有所不同。 LB 406S 最耗电的活动是随机 QD32 4K 写入,在测试期间平均使用 8.30 瓦。 其次是使用 4 瓦的顺序 QD6.95 写入,第三个是使用 4 瓦的顺序 QD6.20 读取,其次是 4K QD32 稳定读取,排在第四,需要 5.51 瓦。

虽然数据中心环境中对 eMLC SSD 的大力推动是围绕每 GB 成本和 IOPS/瓦特,但仍然需要高耐用性和高性能的基于 SLC 的模型。 我们在队列深度为 10,423 的纯随机 4K 读取中计算出 32 IOPS/瓦的数字,如果您改为查看稳定的 2,316K 随机写入,则下降到 4 IOPS/瓦。 相比之下,SLC Micron P38,481 的读取速度为 10,119 IOPS/瓦,写入速度为 300 IOPS/瓦,SLC Toshiba MKx16,385GRZB 的读取速度为 3,082 IOPS/瓦,写入速度为 001 IOPS/瓦,SLC 的读取速度为 20,180/瓦,写入速度为 7,279 IOPS/瓦日立 Ultrastar SSD400S.B. 这实际上归结为业务需求,找到购买 SSD 或硬盘驱动器时考虑的功率与性能(或直接性能)的最佳结合。

结语

最初的 Pliant 驱动器不仅在首次发布时非常出色,即使在今天也是如此,这使得 SanDisk 想要 Pliant 的原因更加明显,他们的 IP 和工程团队都在 SanDisk 的保护伞下。 SanDisk/Pliant Lightning LB 406S 在我们的测试中表现出巨大的吞吐量,并且在我们所有的工作负载配置文件中都非常出色。 展望下一代 Lightning SSD,鉴于已有的基础以及 SanDisk 可以注入的新 NAND 知识、组件和存储专业知识,存在巨大的潜力。 

与我们实验室中的其他 SLC NAND 企业级 SSD 相比,SanDisk Lightning LB 406S 在混合工作负载因写入活动而降低的情况下提供最佳性能。 在我们的 100% 读取或 100% 写入综合基准测试中,Lightning 提供了强大的性能,但它在读取和写入混合活动通常会导致其他驱动器宕机的区域中确实表现出色。

Lightning LB 406S 在工作负载传输大小变化很大的领域也提供了强大的性能,在我们的文件服务器基准测试中显示,数据包大小在 512 字节和 64KB 之间变化。 在队列深度限制为 32 的测试中,SanDisk Lightning LB 406S 在数据库和文件服务器配置文件中领先于其他基于 SLC 的企业级 SSD。 在 Web 服务器和工作站配置文件中,它仅次于 Toshiba MKx001GRZ。 如果将队列深度推到 64,它仍然能够加速并获得额外的吞吐量,但缺点是也会增加延迟。 总体而言,与其他企业级 SSD 相比,SanDisk Lightning LB 406S 在我们的许多测试中提供了一流的性能,SanDisk 的独特优势支持配备 SLC 的 Lightning 型号在保修期内无限写入。

优点

  • 保修期内无限写入寿命
  • 快速适应不断变化的传输大小请求,而不会降低速度
  • 高要求负载下的混合工作负载吞吐量

缺点

  • 写入活动期间的功耗高于其他基于 SLC 的企业级 SSD
  • 需要更高的队列深度才能真正超越竞争模型,但代价是延迟

底线

SanDisk Lightning SSD 并不是最新最好的技术,但即便如此,我们基于 SLC 的 Lightning LB 406S 在整个过程中表现非常出色,具有出色的混合工作负载性能,并随着更多写入的注入而提高。 该驱动器的性能让我们对下一代 SSD 更加兴奋,在下一代 SSD 中可以实现 Pliant/SanDisk 关系的全部优势。 

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