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东芝 MKx001GRZB 企业级固态硬盘评测

by 凯文·奥布莱恩

这款 东芝 MKx001GRZB 企业级 SSD 于一年前发布 于2011年初全面量产,是东芝企业级SSD旗舰产品; 与快速变化的基于客户端的 SSD 相比,所有这一切似乎都以蜗牛的速度完成。 但在企业中,SSD 存储购买决策需要时间,而且根本与突发或最高线速度数字无关 - 一切都与驱动器在预计稳定状态下的多年 24/7 的运行情况有关。 虽然企业扩大了 SSD 的采用,但制造商之间仍存在相当大的战斗,他们试图解决各种问题,其中最重要的是围绕 SSD 外形尺寸和 NAND 配置的问题。 东芝则利用 MKx6GRZB 的 2.5Gb/s SAS 接口和 001 英寸外形尺寸以及 32 纳米企业级 SLC NAND 来满足客户的需求。


这款 东芝 MKx001GRZB 企业级 SSD 于一年前发布 于2011年初全面量产,是东芝企业级SSD旗舰产品; 与快速变化的基于客户端的 SSD 相比,所有这一切似乎都以蜗牛的速度完成。 但在企业中,SSD 存储购买决策需要时间,而且根本与突发或最高线速度数字无关 - 一切都与驱动器在预计稳定状态下的多年 24/7 的运行情况有关。 虽然企业扩大了 SSD 的采用,但制造商之间仍存在相当大的战斗,他们试图解决各种问题,其中最重要的是围绕 SSD 外形尺寸和 NAND 配置的问题。 东芝则利用 MKx6GRZB 的 2.5Gb/s SAS 接口和 001 英寸外形尺寸以及 32 纳米企业级 SLC NAND 来满足客户的需求。

东芝通过 MKx001GRZB 带来了丰富的经验组合; 他们拥有独特的市场地位,既深入了解硬盘空间,又拥有自己的 NAND 工厂。 他们还构建了自己的固件,并使用 Marvell 的 88SS9032-BLN2 企业级 SSD 处理器。 所有这些结合在一起,打造出一款 SSD,它不仅具有市场领先的性能,而且具有确保与主机系统兼容和出色的驱动器耐用性所需的深度支持。 

MKx001GRZB 系列有 100GB、200GB 和 400GB 容量可供选择,我们的单盘评测是 400GB 型号。 每个容量还支持 512、520 和 528 字节的扇区大小。 这种多功能性使东芝能够将此 SSD 置于多种环境中。

与目前市场上其他基于 SLC 的企业级 SSD 相比,东芝真正将其 SSD 推向了一种不仅具有出色的写入耐久性,而且具有高读取性能的驱动器。 MKx001GRZB 产品线宣称 4K 随机读取速度高达 90,000 IOPS,稳态写入速度峰值为 16,000 IOPS。 东芝还提升了他们的能效,该驱动器在工作时仅需 6.5 瓦,额定值为 13,800 IOPS/瓦。 我们在新设计的企业级 SSD 测试方案中对每项声明进行了测试。

东芝 MKx001GRZB 规格

  • 容量
    • 100GB(MK1001GRZB,128GB 物理内存)
    • 200GB(MK2001GRZB,256GB 物理内存)
    • 400GB(MK4001GRZB,512GB 物理内存)
  • Marvell 驱动的 6Gb/s SAS 接口
  • 32nm SLC东芝NAND
  • 扇区大小 – 512、520、528 字节
  • 顺序读取 – 500 MB/s (QD4)
  • 顺序写入 – 250 MB/s (QD4)
  • 4KB 随机读取 90,000 IOPS (QD16)
  • 4KB 随机写入 16,000 IOPS (QD16)
  • 持续 4KB 随机组合(70%/30% 读/写,100% 任务)——33,500 IOPS
  • 有源功耗 – 6.5 瓦
  • 写入数据的总存储容量 – 无限 200GB 和 400GB(8.2PB on 100GB MK1001GRZB)
  • 产品寿命 – 5 年
  • 尺寸 – 69.85 毫米 x 100 毫米 x 15 毫米
  • 重量– 152g
  • 固件审查 – 0107

设计与拆卸

2.5 英寸 Toshiba MKx001GRZB SAS 6.0Gb/s SSD 的驱动器高度为 15mm,与当前一代 10k 和 15k 2.5 英寸硬盘相同。 这种外形规格在许多企业服务器中全面兼容,尤其是那些围绕 SAS 接口设计的服务器。

在外部,驱动器采用黑色机加工合金机身,保持相当专业的外观和感觉。 除了 OEM 标签外,驱动器本身几乎没有品牌标识,其中包括型号名称、序列号、固件版本和版本号。

考虑到构成顶盖和底盖的厚金属面板,驱动器本身相当坚固。 两个盖子围绕中间部分拧在一起,两个电路板都拧在中间部分上。 这种三明治设计将热导体放在所有主要组件上,包括 NAND、板载缓存、控制器和电容器,同时将其从驱动器传递到服务器机箱中进行冷却。 考虑到此驱动器的 24/7 全天候访问,在影响可靠性或性能之前散发热量是一件大事。

Toshiba MKx001GRZB 在内部分为两块电路板,通过连接器相互连接。 在 400GB MK4001GRZB 上,这将控制器、板载缓存和六个 32GB SLC NAND 部件放在一块板上,将十个 32GB SLC NAND 部件和四个超级电容器放在另一块板上。

每层都有导热垫,可以带走电路的热量并将其转移到驱动器的厚金属框架中。 即使没有连接主要组件(NAND、RAM 等)的主板底部仍然有导热垫,用于冷却电路板的底部,以防止从上面的组件传递的热量。

考虑到东芝的内部 NAND 生产能力,东芝 MKx001GRZB 使用东芝 SLC-NAND 是再合适不过的了。

MKx001GRZB 内部有 400 个闪存块的空间,分配给两个电路板,在 32GB 型号上使用 58GB 东芝 TH8TAG2S8FBA512A,在过度配置之前总共有 XNUMXGB。

Marvell 88SS9032-BLN2 SAS 6.0Gb/s 控制器将整个驱动器连接在一起,支持高达 500MB/s 读取和 250MB/s 顺序写入的传输速度以及高达 90,000 IOPS 的随机读取。 缓冲数据流的是两个 Micron D9LGK DDR3 IC,每个容量为 256MB(总计 512MB),并在发生电源故障时通过次级电路板上的四个大电容器提供支持。

企业基准

当闪存介质审查标准出现时,热门话题之一是闪存介质需要以不同于标准盘片驱动器甚至基于客户端的 SSD 的方式进行测试。 写入驱动器的时间越长,闪存性能就会发生变化,并且速度会慢慢降低,直到驱动器达到稳定状态速度。 在企业环境中,如果使用 1 小时后驱动器不再达到该速度,那么看到突发或持续速度就没有意义。 如果相关驱动器一旦充满就永远不会脱离稳定状态,那么查看突发数据的信息就更少了。 Toshiba MKx001GRZB 就是这种情况,为了限制过多的写入周期,它仅在写入活动期间而不是在空闲时执行其垃圾收集模式。 这就是稳态基准测试的用武之地,它显示了驱动器在 24/7 负载下的实际性能。 因此,以下所有基准测试均以稳态模式进行预处理和记录。

鉴于本次审查的不同性质,我们重新对 100GB 美光 P300(SATA、SLC NAND)进行了基准测试,以便在我们的新测试方法中将其与东芝 MKx001GRZB 进行准确比较。 本次评测使用的新测试平台是联想ThinkServer RD240,配备双路Intel Xeon X5650处理器,运行Windows Server 2008 R2。 对于我们的单驱动器基准测试,我们通过 LSI SAS 9211-8i HBA 连接每个 SSD,以在不受缓存影响的情况下测量性能。 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具有大块传输的顺序写入环境中的速度。 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,东芝声称读取速度为 500MB/s,稳态写入速度为 250MB/s。

在我们的测试中,我们在 Toshiba MK490.69GRZB 上测量了 259.16MB/s 的稳定读取速度和 4001MB/s 的稳定写入速度。 相比之下,美光 P326.38 的读取速度为 336.28MB/s,写入速度为 300MB/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。

在 Toshiba MK4001GRZB 上,我们没有注意到读取速度的巨大变化,实际上达到了 491.54MB/s。 另一方面,写入速度稳定下降到 85.29MB/s。 相比之下,一旦达到稳定状态,美光 P299.33 的读取速度为 98.87MB/s,写入速度为 300MB/s。

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。

东芝 MK4001GRZB 在此特定测试中确实发挥了作用,展示了其真正利用 SAS 6.0Gb/s 接口的能力。 在队列深度为 32 时,性能开始稳定在 94,000 IOPS,在 QD95,062 读取时达到 64 IOPS 的峰值。 这转化为 371.34MB/s 纯 4K 随机访问写入。 相同设置下的美光 P300 在 QD58.479 读取时达到 32 IOPS 的峰值。

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。

东芝官方的 4K 随机写入速度在队列深度为 16,000 时列为 16 IOPS,我们在 QD16,863 时测得 32 IOPS。 与美光 P21,269 的 300 IOPS 相比。 在这个具有 32 个同时请求的稳态访问期间,两个驱动器都保持了非常好的平均延迟数据。 东芝 MK4001GRZB 的平均访问时间为 1.9 毫秒,而 4K 随机写入访问速度更快的美光 P300 得分为 1.5 毫秒。

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 4K 稳定状态期间,在持续访问的情况下,美光 P300 的平均延迟数字较低,但峰值延迟时间较高,为 891.82 毫秒。 相同环境中的东芝 MK4001GRZB 平均访问时间较慢,但峰值延迟数字低得多,为 60.97 毫秒。

我们的最后一系列综合基准测试对静态队列深度为 32 的一系列服务器混合工作负载中的两个企业级驱动器进行了比较。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很强的偏好,范围从数据库配置文件中的 67% 读取到 Web 服务器配置文件中的 100% 读取。

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。

两个驱动器在稳定状态下紧密结合在一起,东芝 MKx001GRZB 以 300% 或 7.3MB/s 的速度领先美光 P11.04。

下一个配置文件着眼于文件服务器,其中 80% 的读取工作负载和 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。

两款企业级 SSD 之间的差距在文件服务器配置文件中扩大,MKx001GRZB 以 210.28MB/s 或 19433 IOPS 的平均传输速度领先。 结果领先 35.41MB/s 或 20.2%。

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。

鉴于 Toshiba MKx001GRZB 在随机读取性能方面比 Micron P300 速度有了巨大提升,因此看到它在只读 Web 服务器环境中大放异彩也就不足为奇了。 它的平均速度为 369.97MB/s,而 P266.03 仅为 300MB/s。

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。

在工作站设置上,与之前的配置文件相比,差距有所缩小,但东芝 MKx001GRZB 仍然保持领先。 它以 300MB/s 的平均总速度超过 Micron P26.66 205.77MB/s。

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。

在功率测试的后半部分,我们查看功率与性能的比率,计算随机 4K 读写数据的 IOPS/Watt 数据,以查看每个驱动器的全貌。 对于希望在电力或空间受限的情况下获得最大收益的企业,这是适合他们的指标。

我们在本次评测中比较的每个驱动器都有其独特的电源要求,包括仅美光 P5 的 300V 和东芝 MKx5GRZB 的 12V + 001V。 为了提供良好的功率起点,东芝将 MKx001GRZB 定为在活动条件下使用 6.5 瓦。

在除启动以外的所有条件下,东芝 MKx001GRZB 仅使用 6.50 瓦或更低的功率。 MKx001GRZB 最耗电的活动实际上是顺序 QD4 2MB 读取,耗电量为 6.5 瓦。 其次是 2MB 稳定写入活动,随机 4K QD32 读取排在第三,4K QD32 稳定写入排在第四。 在几乎所有领域,东芝 MKx001GRZB 使用的功率几乎是美光 P300 的两倍,尽管在其中一些领域它提供了更快的速度。 因此,根据您正在寻找的性能水平,在某些方面进行权衡。

Toshiba 将 MKx001GRZB 评为在某些领域提供 13,800 IOPS/Watt。 我们在队列深度为 16,385 的纯随机 4K 读取中计算出 32 IOPS/Watt 的数字,如果您改为查看稳定的 3,081K 随机写入,则下降到 4 IOPS/Watt。 这与 Micron P38,481 上的 10,119 IOPS/Watt 读取或 300 IOPS/Watt 写入相比,后者具有较低的功率需求。 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

东芝 MKx001GRZB 凭借 2.5 英寸 SLC 企业级 SSD 的精华而名列前茅。该驱动器具有 SAS 6Gb/s 接口、SLC NAND、超过 500MB/s 的传输速度和超过 4 IOPS 的 95,000K 读取性能,同时仍然能够以 16,800 4K 写入 IOPS 的速度运行高达 8.2PB 的 TBW 甚至可能更高。不用说,这种驱动器意味着业务并在全球数据中心的幕后运行业务。

当专注于企业环境的 SSD 时,根据所需的访问和性能,不同类型的驱动器位于不同的级别。 东芝 MKx001GRZB 的目标是第 0 层或第一层,当数据从服务器上线那一刻起就以 24/7 的方式不断流失。 在此设置下,无论 10 小时、10 天或 10 个月,SSD 都可以轻松保持速度。凭借其强大的 Marvell 88SS9032 SAS 控制器与 512GB 的东芝 SLC-NAND,MKx001GRZB 能够快速启动以其宣传的速度运行五年或更长时间。

优点

  • 出色的混合工作负载性能
  • 强大的随机 4K 读取性能高达 95,062 IOPS
  • 非常低的峰值稳态最大响应时间

缺点

  • 功耗高于基于 SATA 的美光 P300

底线

Toshiba MKx001GRZB 显示了其在 Tier0/1 存储中的优势,其中随时间推移的性能和可靠性都至关重要。 东芝的一个关键优势在于,他们在 NAND 闪存领域的领导地位使他们从可靠性、性能和耐用性的角度为 SSD 奠定了坚实的基础。 此外,SAS 接口、2.5" 外形尺寸和 100GB、200GB 和 400GB 容量点为东芝的客户提供了他们想要的 SSD 类型,并且价格灵活。

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