Fusion-io ioDrive2 MLC 應用程序加速器評論 (1.2TB)

by StorageReview 企業實驗室 on 2013 年 7 月 2 日

企業 ◇ SSD

Fusion-io ioDrive2 MLC 應用加速器採用半高半長 (HHHL) 外形尺寸，容量最高可達 1.2TB（FHHL 外形尺寸最高可達 3TB），其亮點在於極低的讀寫延遲。我們之前曾評測過旗艦級 ioDrive2 Duo SLC，它非常適合要求極高的應用，而這款採用 MLC 快閃記憶體的 ioDrive2 單碟則專為更「普通」的工作負載而設計。在 ioMemory 的脈絡中，「普通」指的是像資料庫這樣可以接受 68µs 讀取延遲的應用，相較之下，高階 SLC ioDrive2 的延遲為 47µs。當然，採用 MLC NAND 快閃記憶體也帶來了許多優勢，例如成本更低，而且 MLC 版本還提供更高的容量。 ioDrive2 單 MLC 最大容量為 1.2TB（HHHL）或 3TB（FHHL），而 SLC 雙卡最大容量分別為 600GB 和 1.2TB（儘管配備 MLC 的雙卡最大容量為 1.2TB（HHHL）和 2.4TB（FHHL））。

我們將重點介紹圍繞設計和構建的一些關鍵點，但由於我們在 SLC Duo 評測中花了很多時間討論這一點，因此我們將跳過本評測中的大部分內容，轉而關注性能. Fusion-io 使用 FPGA 作為 NAND 控制器，這很重要，因為它為他們提供了更多的編程控制，並允許在驅動器的整個生命週期內對驅動器邏輯進行更大程度的持續定制。或者，可以使用 ASIC 更新固件，但不能更新矽的核心邏輯。該驅動器還採用 Adaptive FlashBack 技術，允許驅動器遭受 NAND 故障，而不會在驅動器重新映射時冒任何數據丟失或停機的風險。最後，Fusion-io 增強了他們的 VSL 軟件以提供改進的小塊性能，並且它通過 ioSphere 提供了市場上最強大的驅動器管理軟件。

Fusion-io 的 ioDrive2 單卡配備 MLC NAND，容量為 365GB、785GB 和 1.2TB，採用 HHHL 外形規格，3TB 在 FHHL PCB 上。所有驅動器均提供五年保修（或使用的最大耐用性）。我們的審查模型是 1.2TB 容量、HHHL 外形模型。

Fusion-io ioDrive2 規格

性能
- 讀取帶寬（1MB）：1.5GB/s（3TB、1.2TB、785GB）； 910MB/s (365GB)
- 寫入帶寬（1MB）：1.3GB/s（3TB、1.2TB）； 1.1GB/秒（785GB）； 590MB/s (365GB)
- 跑了。讀取 IOPS (512B)：143,000 (3TB)； 275,000（1.2TB）； 270,000（785GB）； 137,000 (365GB)
- 跑了。寫入 IOPS (512B)：535,000（3TB、365GB）； 800,000（1.2TB，765GB）
- 跑了。讀取 IOPS (4K)：136,000 (3TB)； 245,000（1.2TB）； 215,000（785GB）； 110,000 (365GB)
- 跑了。寫入 IOPS (4K)：242,000 (3TB)、250,000 (1.2TB)、230,000 (785GB)； 140,000 (365GB)
- 讀取訪問延遲：68µs（全部）
- 寫訪問延遲：15µs（全部）
2xnm MLC NAND閃存
總線接口：PCI-Express 2.0 x4
重量：FHHL 9 盎司，HHHL 6.6 盎司
外形：半高、半長 (HHHL)
保修期：5 年或最長使用期限
續航力：16.26PB
支持的操作系統
- Microsoft Windows：64 位 Windows Server 2012、Windows Server 2008 R2、Windows Server 2008、Windows Server 2003
- Linux：RHEL 5/6； SLES 10/11； OEL 5/6；中央操作系統 5/6； Debian 擠壓；軟呢帽 16/17；開放SUSE 12； Ubuntu 10/11/12
- UNIX：Solaris 10/11 x64； OpenSolaris 2009.06 x64；操作系統 10.6/10.7/10.8
- 虛擬機管理程序：VMware ESX 4.0/4.1/ESXi 4.1/5.0/5.1、帶有 Hyper-V 的 Windows 2008 R2、Hyper-V Server 2008 R2

設計和建造

Fusion-io ioDrive2 1.2TB MLC 是一款半高半長 (HHHL) x4 PCIe 2.0 卡，其設計與我們評測過的 ioDrive2 Duo SLC 類似，只是尺寸減半。（更多設計信息，請參閱Duo 的評測。）與 Duo 不同的是，這款產品採用單 NAND 閃存池，並使用單個控制器。控制器與 Duo 的相同，均為 40nm Xilinx Virtex-6 FPGA。

我們的 ioDrive2 容量為 1.2TB，在 4 個通道上通過 PCIe 連接運行。 ioDrive2 使用 MLC NAND，分為 24 個 64GB NAND 封裝。在這個數字上，庫存格式化的超額配置水平為 22%。與 ioDrive2 Duo 一樣，NAND 與製造商無關，我們的特定測試儀型號使用英特爾 MLC NAND。

測試背景和比較

Fusion-io ioDrive2 MLC 使用 40nm Xilinx Virtex-6 FPGA 控制器和帶有 PCIe 2.0 x4 接口的 Intel MLC NAND。

本次審查的可比性：

英特爾SSD 910 （800GB，4 個英特爾 EW29AA31AA1 控制器，eMLC NAND，PCIe 2.0 x8）
LSI Nytro WarpDrive BLP4-400 （400GB，SandForce SF-2500 控制器，東芝 eMLC NAND，PCIe 2.0 x8）

所有 SAS/SATA 企業級 SSD 均在我們基於Lenovo ThinkServer RD630 的第二代企業級測試平台上進行基準測試。這款全新的基於 Linux 的測試平台配備了最新的互連硬件，例如 LSI 9207-8i HBA，並針對最佳閃存性能進行了 I/O 調度優化。在綜合基準測試中，我們使用適用於 Linux 的 FIO 2.0.10 版本和 Windows 的 FIO 2.0.12.2 版本。由於 Fusion-io ioDrive2 利用主機端資源，因此更高的伺服器時脈頻率可以使其獲得更高的效能。在我們的綜合測試環境中，我們使用了主流的伺服器配置，其時脈頻率為 2.0GHz，但配備更強大處理器的伺服器配置可能會帶來更高的效能。

2 x Intel Xeon E5-2620（2.0GHz，15MB 緩存，6 核）
英特爾 C602 芯片組
內存 – 16GB (2 x 8GB) 1333Mhz DDR3 Registered RDIMM
Windows Server 2008 R2 SP1 64 位、Windows Server 2012 Standard、CentOS 6.3 64 位
- 100GB 美光 RealSSD P400e 啟動固態硬盤
LSI 9211-4i SAS/SATA 6.0Gb/s HBA（用於啟動 SSD）
LSI 9207-8i SAS/SATA 6.0Gb/s HBA（用於基準測試 SSD 或 HDD）

應用性能分析

在企業級市場，產品紙面性能與實際生產環境性能之間存在巨大差異。我們深知評估儲存作為大型系統元件的重要性，尤其關注儲存與關鍵企業應用程式互動時的回應速度。為此，我們推出了首批應用測試，包括我們自主研發的MarkLogic NoSQL 資料庫儲存基準測試以及透過 SysBench 進行的 MySQL 效能測試。

在我們的 MarkLogic NoSQL 數據庫環境中，我們測試了四個可用容量大於或等於 200GB 的 SATA 或 SAS SSD 的組。我們的 NoSQL 數據庫需要大約 650GB 的可用空間才能使用，平均分配給四個數據庫節點。在我們的測試環境中，我們使用 SCST 主機並在 JBOD 中呈現每個單獨的 SSD，每個數據庫節點分配一個。該測試以 24 個間隔重複進行，對於此類 SSD 總共需要 30-36 小時。測量 MarkLogic 軟件看到的內部延遲，我們記錄了總平均延遲以及每個 SSD 的間隔延遲。

對於我們在 MarkLogic NoSQL 數據庫基準測試中的總體平均延遲排名，Fusion-io ioDrive2 MLC 略微落後於英特爾 SSD 910，響應時間為 4.685 毫秒，而響應時間為 4.286 毫秒。

Fusion-io ioDrive2 MLC 提供與 Intel SSD 910 相似的延遲，範圍為 6-50 毫秒。然而，ioDrive2 在大部分測試中保持了較低的日誌寫入延遲。

英特爾 SSD 910 發布了與 Fusion-io ioDrive2 相似的數據，峰值延遲範圍為 6-50 毫秒。儘管它的保存寫入和合併讀取和寫入數字具有可比性，但它的日誌寫入標記在大部分測試中更高。總體而言，英特爾 SSD 910 在我們的 NoSQL 測試中略微超過了 Fusion-io ioDrive2 MLC。

我們的下一個應用程序測試包括通過 SysBench 進行的 Percona MySQL 數據庫測試，它測量 OLTP 活動的性能。在此測試配置中，我們使用一組 Lenovo ThinkServer RD630 並將數據庫環境加載到單個 SATA、SAS 或 PCIe 驅動器上。該測試測量平均 TPS（每秒事務數）、平均延遲以及 99 到 2 個線程範圍內的平均 32% 延遲。 Percona 和 MariaDB 在其最新版本的數據庫中使用 Fusion-io 閃存感知應用程序 API，儘管為了進行比較，我們在其“傳統”塊存儲模式下測試了每個設備。

在我們的 SysBench 測試中，Fusion-io ioDrive2 1.2TB 領先於 LSI Nytro WarpDrive 400GB，ioDrive2 的平均 TPS 從 305 線程時的大約 2 TPS 擴展到 2,354 線程時的 32 TPS。

Fusion-io ioDrive2 1.2TB 在 SysBench 中的平均延遲從 6.55 線程時的 2 毫秒擴展到 13.59 線程時的 32 毫秒。

在我們的 SysBench 測試中比較第 99 個百分位數的延遲，Fusion-io ioDrive2 1.2TB 再次擊敗了 LSI Nytro WarpDrive，在整個測試中延遲更好，在 30 毫秒時保持在 29.35 毫秒以下，而 WarpDrive 為 39.30 毫秒。

企業綜合工作負載分析

閃存性能在每個存儲設備的整個預處理階段各不相同。我們的綜合企業存儲基準流程從分析驅動器在徹底的預處理階段的運行方式開始。每個可比較的驅動器都使用供應商的工具進行安全擦除，在 16 個線程的重負載下使用相同的工作負載預處理到穩定狀態，每個線程有 16 個未完成隊列，然後按設定的時間間隔進行測試在多個線程/隊列深度配置文件中顯示輕度和重度使用情況下的性能。

預處理和初級穩態測試：

吞吐量（讀+寫 IOPS 聚合）
平均延遲（讀+寫延遲一起平均）
最大延遲（峰值讀取或寫入延遲）
延遲標準偏差（讀+寫標準偏差一起平均）

我們的企業綜合工作負載分析包括兩個基於實際任務的配置文件。開發這些配置文件是為了更容易與我們過去的基準測試以及廣泛發布的值（例如最大 4k 讀寫速度和 8k 70/30，通常用於企業硬件）進行比較。

4k
- 100% 讀取或 100% 寫入
- 100% 4k
8k 70/30
- 70% 讀取，30% 寫入
- 100% 8k

在此測試中，我們比較了所有三種驅動器，即 LSI Nytro WarpDrive、英特爾 SSD 910 和 Fusion-io ioDrive2 在 Linux 和 Windows 上的性能。此外，對於 ioDrive2，我們將其過度配置功能用於高性能 (HP) 測試模式。

我們的第一個測試測量 100% 4k 隨機寫入性能，負載為 16T/16Q。在此設置中，Fusion-io ioDrive2 MLC HP 的爆發特性在 Windows 上測試為 253,000，在 Linux 上測試為 293,000，然後分別穩定在接近穩態的 113,000 IOPS/118,000 IOPS 的同類最佳水平。爆發的 HP 數據與爆發的股票數據相似。在穩定狀態下，英特爾 SSD 910 確實超越了現有的 ioDrive2 Windows 和 Linux。

在 16T/16Q 負載很重的情況下，Fusion-io ioDrive2 HP 的突發時間為 0.87-1 毫秒，並在接近穩態時擴大到 2.16-2.24 毫秒左右。庫存數量在爆發時相似，但在穩定狀態下更高，再次被英特爾 SSD 910 淘汰。

比較最大延遲，Fusion-io ioDrive2 MLC 在 Linux 下的最大響應時間明顯優於 Windows。此外，其 Windows HP Max 延遲遠遠落後於競爭對手。總體而言，最好的數據分別來自 Intel SSD 910 Linux 和 ioDrive2 Linux HP，分別為 26 毫秒和 15 毫秒。

進一步觀察我們 4k 隨機寫入工作負載的延遲一致性，Fusion-io ioDrive2 Linux 和 Windows HP 均僅次於英特爾 SSD 910，後者得分最高，Linux 為 2.38 毫秒，Windows 為 2.72 毫秒。

經過 6 小時的預處理後，Fusion-io ioDrive2 Windows stock 和 HP 以令人難以置信的 4 IOPS 提供 252,000k 隨機讀取性能，HP 的寫入速度為 111,597 IOPS，stock 為 61,847 IOPS。英特爾固態盤 910 提供了更高的寫入吞吐量。

在 16T/16Q 的工作負載下，Fusion-io ioDrive2 Windows（HP 和標準版）提供了平均 4k 的隨機讀取延遲，以 1.013ms 領先該組，而最佳寫入延遲性能則由 Intel SSD 910 Windows 獲得延遲甚至為 2.097 毫秒。

Fusion-io ioDrive2 Windows 庫存的最大延遲對於讀取活動來說是最好的，僅為 7.98 毫秒，儘管其寫入活動最大值是該組中最高的，為 1030.50 毫秒。

比較延遲一致性，Fusion-io ioDrive2 MLC 在 4k 隨機讀寫一致性方面的數據接近小組最後。

在我們的下一個工作負載中，我們查看具有 8/70 讀/寫混合比率的 30k 配置文件。在此設置中，各種配置的 Fusion-io ioDrive2 以 210,000+ IOPS 爆發開始，然後減慢到 stock 的 70,000 IOPS 和 HP 的 88,000 IOPS 左右。突發性能遠遠領先於競爭對手，穩態速率接近競爭驅動器的突發速度，不包括 Nytro WarpDrive Windows。

在我們的 2K 1.2/8 預處理測試開始時，Fusion-io ioDrive70 在所有模式下的平均延遲為 30 毫秒，隨著接近穩態，HP 增加到約 2.88 毫秒，庫存增加到 3.65 毫秒。這些數字超過了比賽的分數。

在我們的 8k 70/30 測試期間，Fusion-io ioDrive2 Linux HP 提供了最佳的峰值響應時間，在大部分測試中最大延遲低於 25 毫秒。同樣，ioDrive2 Windows HP 產生了很高的最大延遲。

Fusion-io ioDrive2 HP Linux 和 Windows 延遲一致性在整個過程中得分最低，分別為 2.5 毫秒和 2.55 毫秒。

與我們在 16% 16k 寫入測試中執行的固定 100 線程、4 隊列最大工作負載相比，我們的混合工作負載配置文件可在各種線程/隊列組合中擴展性能。在這些測試中，我們將工作負載強度從 2 個線程和 2 個隊列擴展到 16 個線程和 16 個隊列。在擴展的 8k 70/30 測試中，適用於 Linux 和 Windows 的 Fusion-io ioDrive2 HP 達到了大約 88,000 IOPS 的峰值，在該組中名列前茅，儘管 ioDrive2 股票也擊敗了競爭對手，儘管利潤率要小得多。

Fusion-io ioDrive2 HP Linux 和 Windows 的平均延遲在同類產品中處於領先地位，普通版也優於競爭對手。

在我們的可變負載 8k 70/30 測試期間，最大延遲在所有環境中都比 Fusion-io ioDrive2 的競爭產品高很多。惠普的峰值保持在 110 毫秒以下，股票的峰值範圍高達近 300 毫秒。

在我們的測試環境中，與 Fusion-io ioDrive2 HP 的標準偏差是同類產品中最好的，並且 ioDrive2 股票的峰值恰好與英特爾 SSD 910 相同。

結語

Fusion-io ioDrive2 MLC 應用加速器採用 HHHL 外型尺寸，容量最高可達 1.2TB，FHHL 外型尺寸則最高可達 3TB。雖然我們最近評測過的旗艦級 ioDrive2 Duo SLC採用 SLC NAND 快閃記憶體和雙控制器配置，旨在應對最苛刻的應用，但採用 MLC 快閃記憶體的 ioDrive2 單碟也能勝任需要超低延遲和高吞吐量的高階工作負載。此外，MLC NAND 快閃記憶體也意味著 Fusion-io 能夠以比 SLC 版本更低的價格提供更大容量的 ioDrive2 單碟。

不久前已經測試過 ioDrive2 Duo SLC，我們對 ioDrive2 single 的性能有了很好的參考。然而，這一次我們的測試環境已經更新，因為我們已經逐步淘汰了一些遺留的綜合基準測試，轉而使用我們的 MarkLogic 和 SysBench MySQL 真實世界測試環境。我們從這些測試開始，ioDrive2 表現良好。儘管 ioDrive2 的總體平均延遲在 MarkLogic 測試中略微被英特爾 SSD 910 壓低，但其性能具有競爭力，其日誌寫入延遲峰值比英特爾 SSD 910 低很多。在我們的 SysBench 測試中，ioDrive2 與 LSI Nytro WarpDrive 並駕齊驅，產生了數百個以上的 TPS，同時提供了更少的延遲。

然後，我們將 ioDrive2 與英特爾 SSD 910 和 LSI Nytro WarpDrive 進行了比較，利用 ioDrive2 的高性能 (HP) 模式超量配置，並在 Linux 和 Windows 上測試了所有驅動器。當涉及到一般吞吐量數據時，ioDrive2 始終表現最佳。它的 HP 模式提供了最大的整體吞吐量，在我們的 250,000k 隨機測試中最高超過 4。 ioDrive2 在延遲方面的測試也很好，但在 Windows 中達到最大延遲時除外，我們在測試 ioDrive2 Duo SLC 時也觀察到了這一點。除了該類別之外，ioDrive2 的表現非常出色。

優點