东芝 PX04S 企业级固态硬盘评测

by 亚当·阿姆斯特朗 on 2015 年 8 月 4 日

企业版 ◇ SSD

东芝 PX04S 系列是第三代企业级 SAS SSD。 PX04S 系列是 2.5 英寸 15 毫米固态硬盘，容量为 12TB，是目前所有 3.84Gbps 固态硬盘中容量最大的。东芝 PX04S 系列由 4 种不同型号组成，可满足特定需求。有高耐力、中等耐力、价值耐力和阅读密集型。新的 PX04S 还采用自加密驱动器模型，具有即时安全擦除功能并支持 pin-3 电源禁用。 PX04S 是双端口的，并带有一个性能选项，使用户能够将写入性能提高多达 47%。

Toshiba 提供四种不同的模型，可以处理不同的工作负载或支持阵列中的不同级别的分层。 High Endurance 模型非常适合写入密集型虚拟化数据中心、大数据分析和 HPC。该驱动器的容量范围从 200GB 到 1.6TB，每天支持 25 次完整的驱动器写入。 Mid-Endurance 的容量高达 3.2TB，适用于混合用途、任务关键型超大规模、虚拟化环境、OLTP 和电子商务。 Mid-Endurance 每天支持 10 次完整的驱动器写入。 Value-Endurance 模型在容量、性能和耐用性之间取得了平衡。该驱动器非常适合读取密集型存储和服务器应用程序，例如媒体流、数据仓库和 Web 服务器。 Value-Endurance 型号的运行容量高达 3.84TB。最后，东芝提供了一种读取密集型驱动器，适用于每天一次或更少的完整驱动器写入足以承受视频点播和数据仓库等工作负载的情况。 Read-Intensive 驱动器的最大容量也为 3.84TB。

PX04S 系列将很快向原始设备制造商发货，并提供东芝 5 年保修。在我们的评测中，我们将查看 1.6TB PX04SMB 或中等耐用型号。

东芝 PX04S 系列规格：

外形：2.5 英寸，15 毫米 z 轴高度
型号：PX04SHB、PX04SMB、PX04SVB 和 PX04SRB
容量：200GB、400GB、480GB、800GB、960GB、1.6TB、1.92TB、3.84TB
NAND：A19nm eMLC
接口：SAS 12Gbps
性能：
- PX04SMB
  - 顺序。读取 64KiB（9W 单/双）MiB/s：1000 / 1900 1000/1500
  - 顺序。写入 64KiB (9W 单/双) MiB/s: 850 / 850 750/750
  - 顺序。写入 64KiB（<11W 单/双）MiB/s：1050 / 1100
  - 跑了。读取 4KiB (9W 单/双) (QD>32) IOPS: 195K / 270K
  - 跑了。写4KiB（9W单/双）（QD>16）IOPS：90K/90K 85K/85K
  - 跑了。写入 4KiB（<11W 单/双）(QD>16) IOPS：115K/115K
  - 兰特。 W30%/R70% 4KiB (9W单/双) (QD>32) IOPS: 140K/180K
  - 兰特。 W30%/R70% 4KiB (<11W 单/双) (QD>32) IOPS: 140K/180K
- 延迟
  - 平均读取：100ms
  - 平均写入：30ms
- 耐力：10DWPD
- 数据保留（@ EOL，断电）：3 个月。 @ < 40°C
- MTTF：2万小时
- 产品寿命：5年

设计和建造

PX04S 系列为 2.5 英寸外形尺寸，z 轴高度为 15 毫米。厚度有助于实现更高的容量（更多 NAND），但驱动器仍然能够安装在几乎所有阵列和服务器中。外壳大部分是银色的，顶部有一个标明型号和容量的标签。虽然驱动器主要是银色，但接口附近是黑色散热器。

翻转驱动器可以看到底部金属板在附近有凹坑的位置，相应的导热垫接触电路板以散热。

驱动器的接口是支持 SAS3 12Gb/s 传输速度的双端口 SAS 连接器。

在引擎盖下，我们看到了一个 Marvell 控制器。

在 PCB 的另一侧，我们看到 NAND 包为驱动器提供了容量。

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。

本次审查的可比性：

东芝 PX03SN （800GB，Marvell联名TC58NC9036GTC主控，东芝19nm MLC NAND，12.0Gb/s SAS）
日立SSD800MH （400GB，Intel联名DB29AA11B0控制器，Intel 25nm MLC NAND，12.0Gb/s SAS）
东芝 PX02SM （400GB，Marvell联名TC58NC9036GTC主控，东芝24nm eMLC NAND，12Gb/s SAS）
东芝 PX02SM （800GB，Marvell联名TC58NC9036GTC主控，东芝24nm eMLC NAND，12Gb/s SAS）
东芝 PX02SS （400GB，Marvell联名TC58NC9036GTC主控，东芝24nm eMLC NAND，12Gb/s SAS）
希捷1200 （400GB，Marvell 控制器，21nm 三星 eMLC NAND，12Gb/s SAS）

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设施和应用工作负载进行建模。因此，我们针对东芝 PX04SMB 的前三个基准测试分别是：MarkLogic NoSQL 数据库存储基准测试、通过 SysBench 测试的 MySQL OLTP 性能以及使用 TCP-C 工作负载的Microsoft SQL Server OLTP 性能。

我们的 MarkLogic NoSQL 数据库环境需要四个一组的 SSD，可用容量至少为 200GB，因为 NoSQL 数据库的四个数据库节点需要大约 650GB 的空间。我们的协议使用 SCST 主机并在 JBOD 中呈现每个 SSD，每个数据库节点分配一个。测试以 24 个间隔重复进行，总共需要 30-36 小时。 MarkLogic 记录每个 SSD 的总平均延迟以及间隔延迟。

使用我们的 MarkLogic NoSQL 数据库基准测试，PX04SMB 的延迟最低，为 1.312 毫秒。

在我们的 NoSQL 基准测试中查看 PX04SMB 的详细整体延迟性能，我们发现该驱动器在测试期间保持非常低的延迟。该驱动器始终存在一些尖峰，但比同类驱动器更一致。

StorageReview 的 Microsoft SQL Server OLTP 测试协议采用事务处理性能委员会 (TPPC) 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工具，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。我们的 SQL Server 测试协议使用一个 685GB（3,000 规模）的 SQL Server 数据库，并在 30,000 个虚拟用户的负载下测量事务性能和延迟。

PX04SMB 以 6,319.7 TPS 再次位居榜首，以 40 TPS 多一点的优势击败 Hitachi。

看看平均延迟，确实没有可比性。 PX04SMB 以 3 毫秒的延迟轻松击败了其他同类产品，不到第二接近的同类产品延迟的一半。

我们的下一个应用测试是通过 SysBench 对 Percona MySQL 数据库进行测试，以衡量 OLTP 活动的性能。在此测试配置中，我们使用一组Lenovo ThinkServer RD630 服务器，并将数据库环境加载到单个 SATA、SAS 或 PCIe 硬盘上。此测试测量平均 TPS（每秒事务数）、平均延迟以及 2 到 32 个线程范围内的平均第 99 百分位延迟。Percona 和 MariaDB 在其数据库的最新版本中都使用了 Fusion-io 闪存感知应用程序 API，但为了便于比较，我们仍使用它们的“传统”块存储模式对每个设备进行测试。

就每秒平均事务而言，东芝 PX04SMB 开局强劲，并保持其领先的吞吐量峰值 2,405.2 TPS。它从开始到结束的每一步都是表现最好的。

查看我们的 MySQL 协议中的平均延迟，我们再次看到 PX04SMB 脱颖而出，成为最佳表现者，但它并没有那么大的领先优势。

Sysbench 平均第 99 个百分位图突出显示了我们的可比较对象在最坏情况下的延迟性能。我们再次看到 PX04SMB 的强劲表现使其位居榜首。下一个最接近的驱动器是日立。

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。所有用于对比的驱动器均使用厂商提供的工具进行安全擦除，并在 16 个线程的高负载下（每个线程有 16 个未完成任务）进行预处理，使其达到稳定状态。

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 Toshiba PX04SMB 的综合工作负载分析使用了两个广泛用于制造商规范和基准测试的配置文件。

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，PX04SMB 开始时的吞吐量比其下一个竞争对手高出 50% 以上。 PX04SMB 开始在 170K-180K IOPS 范围内运行，而下一个最接近的 Hitachi 则在 110K 范围内运行。在进入稳定状态后，PX04SMB 的运行速度约为 90,000 IOPS，Hitachi 驱动器的运行速度约为 66,000 IOPS。

PX04SMB 的平均延迟也处于领先地位，开始时仅为 1.47 毫秒，稳定到大约 2.77 毫秒的稳定状态。 PX04SMB 的稳定状态低于大多数其他驱动器的启动延迟。

最大延迟显示 PX04SMB 的类似位置。它开始大约 11 毫秒，结束大约 12 毫秒。虽然它的整体延迟时间最好，但它确实在大约 3 小时标记处出现了一个巨大的峰值，一直跳到 183.66 毫秒。

标准偏差计算使 PX04SMB 延迟性能结果的一致性更容易可视化。毫无疑问，该驱动器再次成为最好的驱动器。在 3 小时标记附近也有一个尖峰，但这次要低得多，为 1.82 毫秒。

在主要的 4k 合成基准测试中，东芝 PX04SMB 在吞吐量性能方面击败了竞争对手。对于读取性能，PX04SMB 为我们提供了 177,378 IOPS，对于写入，我们看到了 92,335 IOPS。第二名是 Hitachi，其读写性能均落后约 30,000 IOPS。

4k 工作负载的平均延迟结果继续将 PX04SMB 置于首位，但差距没有那么大。该驱动器的平均读取延迟为 1.44 毫秒，写入为 2.77 毫秒。

最大延迟显示 PX04SMB 的第一个绊脚石。尽管到目前为止，它在击败竞争对手方面几乎没有遇到什么困难，但它确实在 53.26 毫秒的读取延迟测试中得分最差。另一方面，它的最佳写入延迟为 17.19 毫秒，是嵌套驱动器的两倍多。

在标准偏差方面，PX04SMB 摆脱了上次测试的结果，以分别为 0.58 毫秒和 1.42 毫秒的速度再次在读取和写入方面名列前茅。

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%。虽然 PX4SMB 的领先优势不如它在 04K 预处理中的领先优势，但它无疑是表现最好的。它的初始突发速度约为 120K IOPS，稳态性能达到 105K IOPS 左右，下一个最接近的性能达到 64K IOPS 左右。

凭借平均延迟，PX04SMB 率先脱颖而出。它不仅具有最低的延迟，而且从大约 2 毫秒开始到大约 2.4 毫秒结束时最一致。

最大延迟显示与上面的图片非常相似，PX04SMB 具有最低和最一致的延迟，范围在 10-16 毫秒之间。

8k 70/30 预处理的标准偏差计算将最大延迟异常置于接近稳定状态期间在其他方面一致且不显着的延迟配置文件的上下文中。

驱动器经过预处理后，8k 70/30 吞吐量基准测试会改变工作负载强度，从 2 个线程和 2 个队列到 16 个线程和 16 个队列。东芝 PX04SMB 以 105,105 IOPS 的峰值性能轻松夺冠。

PX04SMB 以平均延迟开始并在整个过程中保持强劲，在测试完成时实现了更好的比较延迟。

在最大延迟下，PX04SMB 再次具有最低和最一致的延迟。

以标准偏差衡量，PX04SMB 再次成为表现最佳的产品，日立紧随其后。

结语

PX04S 系列是东芝全新的第三代 SAS SSD，专为各种企业工作负载而设计。新生产线全部由东芝内部设计和建造，作为一个完整的垂直整合解决方案。这些驱动器有四种不同的型号，旨在满足特定的耐用性和读/写需求，最高的每天有多达 25 次完整的驱动器写入。东芝表示这是最高容量的 12Gb/s SAS SSD，最大容量不到 4TB。这些驱动器还带有一个性能选项，可以增加写入次数，但这需要额外的功耗。东芝提供具有安全擦除功能的自加密模型，并且驱动器享有东芝的 5 年保修。

从性能上看，我们测试的 PX04SMB 驱动器不仅比其他测试驱动器表现更好，而且表现出色。它为我们提供了同类产品中任何 SSD 的最佳整体性能。 PX04SMB 在我们的应用程序工作负载分析中名列前茅，在整个领域占据主导地位。在所有三项测试中，SAS 类别都创下了新高。

该驱动器继续在企业综合测试中大放异彩。在 4K 预处理中，PX04SMB 的性能比最接近的竞争对手高出约 50%。在 4K 预处理中，PX04SMB 的稳态性能优于其他潜水的一些突发性能。在其他 4K 综合基准测试中，PX04SMB 的吞吐量超过第二名驱动器 30,000 IOPS，读取 IOPS 177,378 IOPS，写入 IOPS 92,335。在我们的 8K 70/30 测试中也继续表现出色。事实上，除了一些延迟峰值外，PX04SMB 唯一没有名列前茅的是我们的 4K 最大延迟，它的读取速度最差，但写入速度仍然最好。

总的来说，东芝 PX04SMB 令人印象深刻。数字表明，东芝继续通过其垂直整合战略获得巨大收益。该系列中广泛提供的驱动器还为几乎所有工作负载提供了解决方案，包括多层全闪存阵列。最后，凭借近 4TB 的高端容量，东芝拥有一整套产品，旨在满足当今绝大多数企业对 SAS 闪存的需求。

优点