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东芝 PX02SM 系列企业级固态硬盘评测

by 凯文·奥布莱恩

Toshiba 的 PX02SM 是一款高性能企业级 SSD,具有容量高达 1.6TB 的 eMLC NAND 以及新的双端口 SAS 12Gb/s 接口。 PX02SM更新了 东芝 MKx001GRZB 企业级固态硬盘 我们之前评测过的东芝顶级企业级 SSD,采用 32 纳米 SLC NAND 和 SAS 6Gb/s,外形尺寸为 2.5 英寸,15 毫米。然而,这一次,东芝 PX02SM 以 2.5 英寸外形尺寸上市15 毫米到仅 7 毫米(15TB 型号仍为 1.6 毫米)。 此外,东芝选择实施 eMLC NAND,获得可比的耐用性和更高的成本效益,从而为组织的 IT 预算带来更低的价格。


Toshiba 的 PX02SM 是一款高性能企业级 SSD,具有容量高达 1.6TB 的 eMLC NAND 以及新的双端口 SAS 12Gb/s 接口。 PX02SM更新了 东芝 MKx001GRZB 企业级固态硬盘 我们之前评测过的东芝顶级企业级 SSD,采用 32 纳米 SLC NAND 和 SAS 6Gb/s,外形尺寸为 2.5 英寸,15 毫米。然而,这一次,东芝 PX02SM 以 2.5 英寸外形尺寸上市15 毫米到仅 7 毫米(15TB 型号仍为 1.6 毫米)。 此外,东芝选择实施 eMLC NAND,获得可比的耐用性和更高的成本效益,从而为组织的 IT 预算带来更低的价格。

东芝的 PX02SM 是新 PX 系列的一部分,该系列包括 PX02SM、PX02AM 和 PX03AN 驱动器,价格和性能各不相同,但都提供断电保护。 PX02SM 是最高端的驱动器,具有最高的性能规格和分层 ECC 以增强纠错功能,以及具有加密擦除功能的安全模型以提高安全性。 PX02AM 的不同之处在于提供大部分相同的功能,但具有 SAS 6Gb/s 接口。 最后,PX03AN 被推向入门级企业市场,并配备 19nm MLC NAND 以实现更高的成本效益。

在业内,我们还首次看到了 PX12SM 独特的 SAS 02Gb/s 接口,该领域的其他公司已经宣布,但目前只有东芝在发货。 由于 SAS 12Gb/s HBA 尚未投放市场,因此东芝走在了潮流的前面。 展望未来,支持新接口的服务器应该会在其顺序工作负载读写活动中看到性能的显着提升。 同时,虽然服务器对 SAS 12Gb/s 的支持仍然有限,但 Toshiba PX02SM 当然向后兼容 SAS 6Gb/s,并将通过该接口提供大量吞吐量。 使用这些驱动器但目前不拥有支持 SAS 12Gb/s 服务器的组织,如果他们在未来升级他们的服务器,将在以后看到性能提升。

东芝 PX02SM 提供 200GB、400GB、800GB 和 1.6TB 容量,并提供五年有限保修。 我们的评测型号是 400GB 容量。 

东芝 PX02SM 规格

  • 容量
    • 200GB (PX02SMF020, PX02SMU020)
    • 400GB (PX02SMF040, PX02SMU040)
    • 800GB (PX02SMF080, PX02SMU080)
    • 1.6TB (PX02SMB160, PX02SMQ160)
  • NAND:24nm eMLC
  • 接口:SAS 6Gb/s 和 12Gb/s
  • 外形尺寸:2.5” SFF x 7mm 高(15TB 型号为 1.6mm)
  • 性能
    • 顺序读取(持续):900MB/s
    • 顺序写入(持续):400MB/s
    • 随机读取 4k (IOPS):120,000
    • 随机写入 4k (IOPS):30,000
  • 环境
    • 温度 – 工作温度 0° 至 55°C
    • 温度 - 非工作 -40° 至 70°C(-40° 至 158°F)
    • 振动 – 运行 9.8 m/s² (1G)
    • 振动 – 非工作状态 49 m/s² (5G)
    • 冲击 – 运行 9,800 m/s²(1,000G 0.5ms,½ 正弦)
    • 冲击 – 非工作状态 9,800 m/s²(1,000G 0.5ms,½ 正弦波)
    • 断电保护控制
  • 耐力 TBW:3.7PB (200GB)、7.3PB (400GB)、14.6PB (800GB)、29.2PB (1.6TB)
  • MTTF:2 万小时
  • 尺寸(宽 x 深 x 高):69.85 毫米 x 100 毫米 x 7.0 毫米
  • 重量:70克
  • 5年有限保修

影片总览

设计与建造

虽然高性能企业级 SSD 空间中的许多其他驱动器使用 15 毫米外形尺寸,但东芝 PX02SM 的尺寸仅为 7 毫米(15TB 型号为 1.6 毫米)和 2.5 英寸外形尺寸。该驱动器的外观非常实用,不浮华,感觉足够坚固,适合任何应用。东芝使用冲压铝制机身,而不是以前型号的锻造,这减少了体积,使东芝能够更轻松地达到 7 毫米 z 高度。

PX02SM SSD 的正面是用于电源和数据的行业标准 SAS 连接,向后兼容 SAS 6Gb/s,向前兼容 SAS 12Gb/s。

内部有一个 Marvell 联名款 TC58NC9036GTC SAS 12Gb/s 兼容控制器。 我们的 400GB 评测型号还有 16 个 24nm eMLC Toshiba NAND 芯片封装,每个封装的容量为 32 GB。 这为驱动器提供了 512GB 的原始容量和 400GB 的未格式化容量。

测试背景和比较

东芝PX02SM采用Marvell联名TC58NC9036GTC控制器和24nm eMLC NAND,接口支持SAS 12Gb/s。 然而,SAS 12Gb/s HBA 在市场上并不普遍可用或不成熟。 因此,我们正在稳定的 SAS 02Gb/s 上测试 PX6SM 以获得主要基准,即将发布的文章涵盖早期 SAS 12Gb/s 性能。

本次审查的可比性:

  • 东芝 MKx001GRZB eSSD (400GB,Marvell 88SS9032-BLN2,东芝 32nm SLC NAND,6.0Gb/s SAS)
  • OCZ 塔罗斯 2 C (480GB,SandForce SF-2282 控制器,Intel 25nm MLC NAND,6.0Gb/s SAS)
  • OCZ 塔罗斯 2 R (400GB,SandForce SF-2500 控制器,Intel 25nm MLC NAND,6.0Gb/s SAS)
  • 日立SSD400M (400GB,英特尔 EW29AA31AA1 控制器,英特尔 25 纳米 eMLC NAND,6.0Gb/s SAS)
  • 智能擎天柱 (400GB, 第三方控制器, Toshiba 34nm MLC NAND, 6.0Gb/s SAS)
  • STEC s842(s840 系列) (800GB,STEC 24950-15555-XC1 控制器,东芝 MLC NAND,6.0Gb/s SAS)

所有 SAS/SATA 企业级固态硬盘均在我们的第二代企业级测试平台上进行基准测试,该平台基于 联想ThinkServer RD630. 这个新的基于 Linux 的测试平台包括最新的互连硬件,例如 LSI 9207-8i HBA 以及面向最佳闪存性能的 I/O 调度优化。 对于综合基准测试,我们使用适用于 Linux 的 FIO 2.0.10 版和适用于 Windows 的 2.0.12.2 版。

  • 2 x Intel Xeon E5-2620(2.0GHz,15MB 缓存,6 核)
  • 英特尔 C602 芯片组
  • 内存 – 16GB (2 x 8GB) 1333Mhz DDR3 Registered RDIMM
  • Windows Server 2008 R2 SP1 64 位、Windows Server 2012 Standard、CentOS 6.3 64 位
  • LSI 9211-4i SAS/SATA 6.0Gb/s HBA(用于启动 SSD)
  • LSI 9207-8i SAS/SATA 6.0Gb/s HBA(用于基准测试 SSD 或 HDD)
  • Mellanox ConnectX-3 10GbE PCIe 3.0 适配器
  • Mellanox ConnectX-3 InfiniBand PCIe 3.0 适配器

应用性能分析

在企业市场中,产品声称在纸面上的表现与它们在生产环境中的表现之间存在巨大差异。 我们了解评估存储作为大型系统组件的重要性,最重要的是存储在与关键企业应用程序交互时的响应速度。 为此,我们推出了我们的第一个应用程序测试,包括我们专有的 MarkLogic NoSQL 数据库存储基准 和 通过 SysBench 的 MySQL 性能

在我们的 MarkLogic NoSQL 数据库环境中,我们测试了四个可用容量大于或等于 200GB 的 SATA 或 SAS SSD 的组。 我们的 NoSQL 数据库需要大约 650GB 的可用空间才能使用,平均分配给四个数据库节点。 在我们的测试环境中,我们使用 SCST 主机并在 JBOD 中呈现每个单独的 SSD,每个数据库节点分配一个。 该测试以 24 个间隔重复进行,对于此类 SSD 总共需要 30-36 小时。 测量 MarkLogic 软件看到的内部延迟,我们记录了总平均延迟以及每个 SSD 的间隔延迟。

在我们的 MarkLogic NoSQL 数据库基准测试的整体平均延迟排名中,东芝 PX02SM 的响应时间为 3.538 毫秒,而日立 SSD2.5M 和 OCZ Talos 2.6 R 的响应时间为 400-2 毫秒,而 Smart Optimus 的响应时间为 1.692 毫秒。盒。

Smart Optimus 提供了 MLC SAS 组中最低的延迟,峰值范围为 6-11 毫秒。

400GB Hitachi SSD400M 在我们的 MarkLogic 延迟测量中排在第二位,延迟峰值在 10-25 毫秒之间,其中大部分来自日志写入延迟。

OCZ Talos 2 R 紧随 SSD400M,其峰值延迟测量值在 9-32 毫秒之间,其最高峰值来自合并写入活动。

东芝 PX02SM SSD 在我们的 MLC SAS MarkLogic 性能组中排名最后,峰值延迟范围为 10-30 毫秒,大部分来自较高的日志写入延迟。

我们的下一个应用程序测试包括通过 SysBench 进行的 Percona MySQL 数据库测试,它测量 OLTP 活动的性能。 在此测试配置中,我们使用一组 Lenovo ThinkServer RD630 并将数据库环境加载到单个 SATA、SAS 或 PCIe 驱动器上。 该测试测量平均 TPS(每秒事务数)、平均延迟以及 99 到 2 个线程范围内的平均 32% 延迟。

在我们的 SysBench 测试中,东芝 PX02SM 名列前茅,平均 TPS 从 215 线程时的 2 TPS 扩展到 1487 线程时的 32 TPS。

东芝 PX02SM 在 SysBench 中的平均延迟从 9.2 线程时的 2 毫秒扩展到 21.52 线程时的 32 毫秒。

在我们的 SysBench 测试中比较第 99 个百分位数的延迟,东芝 PX02SM 排在最后,具有最高的中等延迟,尽管在 842 线程时略高于 STEC s400 和日立 SSD32M。

企业综合工作负载分析

闪存性能在每个存储设备的整个预处理阶段各不相同。 我们的企业存储基准流程首先分析驱动器在彻底预处理阶段的运行方式。 每个可比较的驱动器都使用供应商的工具进行安全擦除,在 16 个线程的重负载下使用相同的工作负载预处理到稳定状态,每个线程有 16 个未完成队列,然后按设定的时间间隔进行测试在多个线程/队列深度配置文件中显示轻度和重度使用情况下的性能。

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)

我们的企业综合工作负载分析包括四个基于实际任务的配置文件。 开发这些配置文件是为了更容易与我们过去的基准测试以及广泛发布的值(例如最大 4k 读写速度和 8k 70/30,通常用于企业驱动器)进行比较。 我们还包括两个传统的混合工作负载,传统的文件服务器和网络服务器,每个都提供广泛的传输大小组合。

  • 4k
    • 100% 读取或 100% 写入
    • 100% 万
  • 8k 70/30
    • 70% 读取,30% 写入
    • 100% 万
  • 文件服务器
    • 80% 读取,20% 写入
    • 10% 512b、5% 1k、5% 2k、60% 4k、2% 8k、4% 16k、4% 32k、10% 64k
  • 支持网络端
    • 100% 阅读
    • 22% 512b、15% 1k、8% 2k、23% 4k、15% 8k、2% 16k、6% 32k、7% 64k、1% 128k、1% 512k

我们的第一个测试测量 100% 4k 随机写入性能,负载为 16T/16Q。 在此测试中,东芝 PX02SM 以 50,500 IOPS 的突发性能进行测试,然后随着驱动器接近稳定状态而稳定在 28,500 IOPS 左右。 这两项数据均在该组中排名第二。

在 16T/16Q 负载很重的情况下,东芝 PX02SM 测得的突发时间为 5.05 毫秒,并在接近稳态时按比例增加到 9 毫秒左右。 虽然 PX02SM 开始时曾短暂领先,但后来被 Smart Optimus 淘汰出局。

比较 SSD 之间的最大延迟,东芝 PX02SM 在稳态下的最大响应时间范围为 60-90 毫秒 - 该范围接近组中驱动器的最佳数字。

更仔细地观察我们 4k 随机写入工作负载的延迟一致性,东芝 PX02SM 仅在 6 毫秒左右排名第一。

经过 6 小时的预处理后,东芝 PX02SM 以惊人的 4 IOPS 提供 112,479k 随机读取性能,写入速度为 28,438 IOPS。

在 16T/16Q 的工作负载下,东芝 PX02SM 提供平均 4k 随机读取延迟为 2.27ms,写入延迟甚至为 9ms。

东芝 PX02SM 的最大延迟在读取活动方面排名第二,仅次于 OCZ Talos 11.3 C,为 2 毫秒,而其写入活动数量为 89 毫秒,足以在该组中排名第三。

比较延迟一致性,东芝 PX02SM 在 4k 随机读写一致性方面表现最强。

在我们的下一个工作负载中,我们将查看具有 8/70 读/写混合比率的 30k 配置文件。 在此设置下,东芝 PX02SM 开始时大约 73,400 IOPS 爆发,然后减慢到接近稳态的大约 41,100 IOPS 的速度。 突发性能远远领先于竞争对手,而稳态速度仍然与大多数驱动器的突发速度一样高。

在我们的 02K 3.48/8 预处理测试开始时,东芝 PX70SM 的平均延迟测​​得为 30 毫秒,随着它接近稳定状态,该延迟增加到 6.25 毫秒左右。 这与领先的 STEC s842 和 Smart Optimus 驱动器保持一致。

在我们的 8k 70/30 测试期间,东芝 PX02SM 提供了最佳峰值响应时间,在测试期间测量的最大延迟低于 40 毫秒。

东芝 PX02SM 的延迟一致性与 STEC s842 交叉,尽管它能够在最后阶段达到最低分数。

与我们在 16% 16k 写入测试中执行的固定 100 线程、4 队列最大工作负载相比,我们的混合工作负载配置文件可在各种线程/队列组合中扩展性能。 在这些测试中,我们将工作负载强度从 2 个线程和 2 个队列扩展到 16 个线程和 16 个队列。 在扩展的 8k 70/30 测试中,东芝 PX02SM 达到了 41,122 IOPS 的峰值,与 STEC s842 和 Smart Optimus 并列第一。

东芝 PX02SM 的平均延迟非常好,与其他领先驱动器 STEC s842 和 Smart Optimus 保持一致。

在我们的可变负载 8k 70/30 测试期间,东芝 PX02SM 的最大延迟保持非常低,大部分测试的峰值保持在 20 毫秒以下,直到 16T8Q。 它在最高 40T/16Q 负载下略微跃升至 16 毫秒左右,这仍然是 SSD 中最低的峰值。

在我们的测试环境中,东芝 PX02SM 的标准偏差是同类产品中最好的,峰值仅略低于 STEC s842 和 Smart Optimus。

下一个工作负载是我们的文件服务器配置文件,它涵盖从 512b 到 512K 的各种传输大小。 在 16T/16Q 饱和负载下,东芝 PX02SM 提供了超过 10,000 IOPS 的最高峰值和最佳稳态性能,尽管 STEC s842 和 Smart Optimus 赶上来使其更接近。

在我们对东芝 PX02SM 的文件服务器测试的预处理部分,平均延迟在突发速度期间测得约为 5-7 毫秒,并在测试期间缓慢增加到 8-9 毫秒。

东芝 PX02SM 在我们的文件服务器预调节部分提供了在突发条件下大约 40-50 毫秒的最大延迟,并且在接近稳态时主要保持在 120 毫秒以下。 爆发和稳态数据将其置于组的中间附近。

就延迟一致性而言,东芝 PX02SM 在我们的文件服务器测试中提供了稳定的性能,几乎名列前茅。

在每个驱动器完成预调节阶段后,我们投入了不同的工作负载,我们将线程和队列数量从 2T/2Q 扩展到 16T/16Q。 东芝 PX02SM 在整个测试过程中均名列前茅,在 16T/16Q 负载下排名相同。

OCZ Talos 2 R 提供的平均延迟在组中排名靠前,峰值刚好超过 9 毫秒。

在我们的文件服务器测试中,对于所有低于 02T/25Q 的负载,东芝 PX16SM 的最大延迟保持在 16 毫秒以下,然后急剧增加到 128 毫秒,在组中结束。

东芝 PX02SM 的标准偏差高度一致,接近 SSD 组。

我们最终的预处理工作负载采用传统的 100% 读取活动 Web 服务器测试,并将其转换为 100% 写入以预处理每个 SSD。 这是我们最激进的工作负载,尽管它并不真正符合 100% 写入的任何现实条​​件。 在本节中,东芝 PX02SM 以 17,127 IOPS 的第二高爆发开始,然后逐渐下降至 6,299 IOPS,与 STEC s842 相当,但低于 Smart Optimus。

东芝 PX02SM 开始的响应时间很短,结束时也是如此。 它再次与 STEC s842 相媲美,Smart Optimus 再次获得最高荣誉。

Toshiba PX02SM 开局良好,并再次取得良好成绩,在最大延迟方面非常接近 STEC s842 和 Smart Optimus。

Toshiba PX02SM 与我们目前在其他 Web 服务器测试中看到的情况相得益彰,保持了稳定的数据,在稳态下与 STEC s842 和 Smart Optimus 非常接近。

在每个 SSD 完成 Web 服务器测试中的预处理阶段后,我们将工作负载翻转回 100% 读取。 在只读条件下,东芝 PX02SM 再次始终如一地提供所有线程/队列负载中的最高吞吐量。 它在最高有效队列深度处达到约 29,700 IOPS 的峰值。

东芝 PX02SM 的平均响应时间在整个队列深度都很低,为 8.5 毫秒,足以在竞争中脱颖而出。

比较最大延迟,东芝 PX02SM 在大部分测试中记录的响应时间为 10-20 毫秒。 然而,PX02SM 最终在 154T/16Q 负载下以 16ms 的峰值完成,低于组的中间值。

就我们只读 Web 服务器工作负载的延迟一致性而言,东芝 PX02SM 以微弱优势在该组中名列前茅,随着测试的进行,PX02SM 继续保持最佳性能。

结论

东芝最高性能的企业级固态硬盘是 PX02SM,它是第一款配备 SAS 12GB/s 接口的固态硬盘。 PX02SM 还具有高达 1.6TB 的容量以及 eMLC NAND,可在降低成本的同时保持更高端的企业耐用性。 PX02SM 的另一个标准功能是断电保护,它可以在意外断电时保护飞行中的数据。 东芝还在 PX02SM 中实施了一些工程壮举,将上一代产品的尺寸从 15 毫米减小到越来越流行的超薄 7 毫米驱动器高度(除了 1.6TB 驱动器仍为 15 毫米)。

Toshiba 对 PX02SM 的第一个主要声明是,尽管其他公司已发布 SAS 12Gb/s 产品,但 Toshiba 现在率先将其 SSD 推向市场。 非常重要的一点是,我们在 SAS 02Gb/s 上测试了 Toshiba PX6SM,因为 12Gb/s SAS HBA 还没有机会在企业市场上成熟(并且还没有开始在渠道中发货),早期样品不会直到今年晚些时候或明年,才会出现在任何生产环境中。 这意味着对于支持 SAS 12Gb/s 的未来服务器来说,顺序工作负载数据应该会令人印象深刻,尽管受驱动器控制器限制的混合工作负载性能不会有太大的提升,因为它仍然在现有 SAS 6Gb/s 平台的能力范围内.

我们的测试表明,SSD 在综合基准测试中始终优于同类驱动器。 东芝 PX02SM 产生了非常高的突发吞吐量,其稳态数据通常与同类驱动器的突发速度一致。 此外,PX02SM 在整个测试过程中保持了非常低的延迟。 虽然 STEC s842 和 Smart Optimus 固态硬盘通常能够保持相对速度,但东芝 PX02SM 往往在竞争中脱颖而出。 这尤其适用于 4k 和 8k 工作负载,尽管我们的 FileServer 和 WebServer 配置文件中的差距缩小了。 

虽然综合基准性能可以很好地在清洁条件下对驱动器进行排名,但当您将这些相同的设备放在实际应用程序中时,动态会发生巨大变化。 令我们大吃一惊的是,虽然该驱动器在综合基准测试中表现相当出色,但它在我们的 MarkLogic NoSQL 环境中仍然落后于竞争对手,测试延迟是 MLC 组领导者 Smart Optimus 的两倍。 查看我们利用 MySQL 实例的 OLTP 性能的 SysBench 环境中的传统数据库性能,PX02SM 以微弱优势领先,尽管 99% 的延迟落后于组中的其他产品。

优点

  • 率先将 SAS 12Gb/s 推向市场
  • 在合成工作负载中提供最高性能
  • 出色的 SysBench MySQL 性能

缺点

  • 弱的 MarkLogic NoSQL 数据库性能

底线

东芝 PX02SM 是一款创新型固态硬盘,是首款采用 SAS 12Gb/s 接口的固态硬盘,但由于 HBA 几个月后才上市,企业将不得不等待才能从全面的性能提升中获益。 在我们的测试中,该驱动器在干净的综合测试和 MySQL 环境中表现非常出色,但在 NoSQL 环境中表现不佳。

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