HGST Ultrastar SN100 系列 AIC NVMe SSD 評測

Ultrastar SN100 系列企業級 SSD 是 HGST 首次涉足 NVMe 驅動器，他們之前的工作主要集中在 SAS 接口上。驅動器系列分為兩類，SN100 指的是 2.5 英寸外形尺寸，SN150 指的是半高半長附加卡 (AIC) 外形尺寸。無論哪種形狀，驅動器都旨在滿足最苛刻的工作負載，重點是雲、超大規模和企業應用程序。 SN100 系列容量高達 3.2TB，讀取吞吐量高達 3GB/s（seq 128k），隨機讀寫 IOPS 分別為 743,000 和 140,000。

SN150 AIC 驅動器提供 1.6TB 和 3.2TB 容量，2.5 英寸外形規格還增加了 800GB 容量。所有驅動器都建立在 HGST 提供優質企業閃存解決方案的悠久歷史之上，包括：得益於閃存感知 RAID、端到端數據路徑保護、高級 ECC 和電源故障保護等功能，UEFI 引導支持、高級電源管理和企業級可靠性。這些驅動器提供五年保修，支持每天寫入 XNUMX 次驅動器的耐久度數據。

我們的評測單元是 SN3.2 AIC 的 150TB 容量。

HGST Ultrastar SN100 系列 NVMe SSD 規格

接口：PCIe 3.0 x4：
構成因素：
- HH-HL 附加卡
- 小尺寸 2.5 英寸驅動器
容量（GB）：
- 3200 / 1600 (工商)
- 800（2.5 英寸）
性能
- 讀取吞吐量（最大 MB/s，順序 128k）：3000
- 寫入吞吐量（最大 MB/s，順序 128k）：1600
- 讀取 IOPS（最大 IOPS，隨機 4k）：743,000
- 寫入 IOPS（最大 IOPS，隨機 4k）：140,000
- 混合 IOPS（70/30 R/W，隨機 4k）：310,000
- 讀取 IOPS（最大 IOPS，隨機 8k）：385,000
- 寫入 IOPS（最大 IOPS，隨機 8k）：75,000
- 延遲 512B（微秒）：20
可靠性
- MTBF（百萬小時）：2
- 年故障率 (AFR)：0.44%
- 耐力：3 DW/D
功耗（活動/空閒）：25 瓦 / 8 瓦
工作溫度：0° 至 55°C
非工作溫度：-40° 至 70°C
氣流 (LFM)：300
保修期：5年

設計和建造

HGST Ultrastar SN150 採用半高半長 PCIe x4 外形。該卡本身不使用任何品牌，並且正面沒有任何驅動器信息。

散熱器覆蓋了驅動器的大部分；採用這種設計，卡產生的任何熱量都將通過強制對流消散。 HGST 表示氣流應朝卡的支架端排出。此外，SN150 具有多個板載溫度傳感器，用於監控驅動器的關鍵組件。如果檢測到問題，它將觸發熱節流系統以防止因過熱而造成損壞。

PCIe 3.0 x4 接口位於 SN150 AIC 的底部。

在散熱器的另一側，我們可以看到四個 NAND 封裝，每個封裝都採用 A19nm eMLC NAND 技術，標籤下方帶有設備信息。我們還可以看到美光DRAM。

測試背景和比較

StorageReview 企業測試實驗室提供了一個靈活的架構，用於在與管理員在實際部署中遇到的環境相當的環境中對企業存儲設備進行基準測試。企業測試實驗室結合了各種服務器、網絡、電源調節和其他網絡基礎設施，使我們的員工能夠建立真實世界的條件，以便在我們的審查期間準確地衡量性能。

我們將這些關於實驗室環境和協議的詳細信息納入審查，以便 IT 專業人員和負責存儲采購的人員能夠了解我們取得以下成果的條件。我們的評論都不是由我們正在測試的設備製造商支付或監督的。有關的其他詳細信息 StorageReview 企業測試實驗室其網絡功能的概述在這些相應的頁面上可用。

我們測試了 HGST SN100，同時將其與以下其他 AIC NVMe SSD 進行了比較：

記憶 PBlaze4 3.2TB
英特爾 DC P3608 1.6TB
華為 ES3000v2 3.2TB
華為 ES3000v1 1.6TB

應用程序工作負載分析

為了了解企業存儲設備的性能特徵，必須對實時生產環境中的基礎架構和應用程序工作負載進行建模。因此，我們對 HGST Ultrastar SN100 的第一個基準測試是通過 SysBench 的 MySQL OLTP 性能 Microsoft SQL Server OLTP 性能具有模擬的 TCP-C 工作負載。對於我們的應用程序工作負載，每個驅動器將運行 2-4 個配置相同的虛擬機。

存儲評論的 Microsoft SQL Server OLTP 測試協議採用事務處理性能委員會基準 C (TPC-C) 的當前草案，這是一種在線事務處理基準，模擬複雜應用程序環境中的活動。 TPC-C 基準比綜合性能基準更接近於衡量數據庫環境中存儲基礎設施的性能優勢和瓶頸。我們用於本次審核的 SQL Server VM 的每個實例都使用 333GB（1,500 規模）的 SQL Server 數據庫，並測量 15,000 個虛擬用戶負載下的事務性能和延遲。

在查看 SQL Server 輸出時，HGST 驅動器顯示的結果位於排行榜底部，最高 TPS 為 3,152.13，總計為 3,149.97 TPS。

查看 15k 用戶 SQL Server 基準測試期間的平均延遲結果顯示，HGST 驅動器與 SanDisk、Memblaze 和華為 SSD（均發布 7.0ms）一起位居排行榜首位。

下一個應用程序基準測試包括通過 SysBench 測量的 Percona MySQL OLTP 數據庫。此測試測量平均 TPS（每秒事務數）、平均延遲以及平均 99% 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。

在平均每秒事務處理基準中，HGST 以 5,853.6 TPS 的總和接近排行榜的首位，僅次於 Memblaze 和英特爾驅動器。單個虛擬機的範圍從 1,477.3 TPS 到 1,448.0 TPS。

在查看平均延遲結果時，HGST 取得了相當不錯的結果，單個虛擬機的運行時間在 21.66 毫秒到 22.10 毫秒之間，總延遲為 21.87 毫秒。

就我們最壞情況下的 MySQL 延遲情況（第 99 個百分位延遲）而言，HGST 顯示虛擬機運行時間在 49.62 毫秒到 50.07 毫秒之間（總計 49.81 毫秒），而性能最好的 SanDisk 驅動器的總計僅為 41.92 毫秒，令人印象深刻。

企業綜合工作負載分析

閃存性能隨著驅動器適應其工作負載而變化，這意味著閃存存儲必須在每個 fio 綜合基準以確保基準是準確的。每個可比較的驅動器都使用供應商的工具進行了安全擦除，並在 16 個線程的重負載和每個線程 16 個未完成隊列的情況下預處理到穩定狀態。

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）

預處理完成後，每個設備都會在多個線程/隊列深度配置文件中按時間間隔進行測試，以顯示輕度和重度使用情況下的性能。我們對 Memblaze PBlaze4 的綜合工作負載分析使用兩個配置文件，它們廣泛用於製造商規範和基準測試。重要的是要考慮到合成工作負載永遠不會 100% 代表生產工作負載中看到的活動，並且在某些方面不准確地描繪了現實世界中不會發生的場景中的驅動器。

4k
- 100% 讀取和 100% 寫入
8k
- 70% 讀取/30% 寫入

在我們的吞吐量 4k 寫入預處理測試中，HGST 開始時大約為 440,000 IOPS，同時達到了 160,000 IOPS 左右的穩定狀態。此處整體性能最高的硬盤是華為 3.2TB 硬盤。

接下來我們查看平均延遲，其中最不一致的驅動器主要是 HGST，因為它在大部分測試期間具有最大的延遲峰值。此處的頂級驅動器再次是華為 3.2TB，穩態測量剛好超過 1.0 毫秒。

在測量最大延遲時，HGST 是最不一致的驅動器之一，因為在測試過程中的幾個點出現了一些嚴重的峰值（儘管它最終以倒數第二低的延遲結束）。總體而言，英特爾驅動器表現出最佳性能。

標準偏差計算旨在更輕鬆地可視化 SSD 延遲性能結果的一致性。在這種情況下，全面的讀數非常不一致。儘管一路上有一些明顯的峰值，但 HGST 實際上在測試結束時具有最佳延遲。 Intel 的整體結果最穩定，在穩定狀態下徘徊在 1.6 毫秒以下。

現在驅動器已經過預處理，我們將查看主要的 4k 合成基準。在吞吐量方面，HGST 顯示了中間結果，讀取 706,394 IOPS 和寫入 144,933 IOPS。英特爾驅動器在讀取列中表現最佳，達到令人印象深刻的 851,693 IOPS（達到 157,940 IOPS 寫入），而華為 3.2TB 驅動器以 229,914 IOPS 顯示最佳寫入性能。

查看平均延遲顯示 HGST 驅動器的讀取時間為 0.36 毫秒，寫入時間為 1.76 毫秒。英特爾發布了最佳的平均讀取延遲，為 0.30 毫秒，而華為 3.2TB 驅動器發布了最佳的寫入延遲，為 1.11 毫秒。

在最大延遲中，HGST 驅動器以 4.9 毫秒的讀取時間和 33.4 毫秒的寫入時間發布了令人印象深刻的結果。讀取方面表現最好的是 Memblaze 驅動器，為 4.6 毫秒；但是，它的寫入延遲要高得多。

查看標準偏差顯示 HGST 再次取得令人印象深刻的結果，讀取時間為 0.146 毫秒，寫入時間為 1.584 毫秒，後者是測試驅動器中寫入延遲最高的。讀取方面表現最好的是 Memblaze 驅動器，其讀取時間為 0.107 毫秒。

我們的下一個工作負載使用 8k 傳輸，讀取操作佔 70%，寫入操作佔 30%。同樣，在切換到主要測試之前，我們將從預處理結果開始。在吞吐量方面，HGST 驅動器在 80 分鐘內表現出不穩定的性能，突發速度達到大約 460,000 IOPS。它最終達到了大約 187,000 IOPS 的穩定狀態，其中大多數驅動器也最終達到了穩定狀態。迄今為止最穩定的驅動器是 Memblaze。

接下來我們看看平均延遲，其中最不一致的驅動器是 HGST，儘管它在測試結束時的平均延遲第二好。這裡的頂級驅動器再次是華為 3.2TB，終端平均延遲略低於 1.0 毫秒。

在測量最大延遲時，HGST 是最不一致的驅動器之一，在我們的整個測試過程中都會出現重大峰值。然而，總體而言，Memblaze 驅動器的結果最不一致，而華為和英特爾驅動器表現出最佳性能。

標準偏差計算旨在更輕鬆地可視化 SSD 延遲性能結果的一致性。在這種情況下，HGST 在測試開始時出現一系列主要峰值，直到大約 70 分鐘。華為3.2TB的成績最為穩定，在穩定狀態下徘徊在1.0ms以下。

在我們對 HGST 驅動器進行全面預處理後，我們對其進行了主要的 8k 70/30 測試。在吞吐量方面，除了華為 3.2TB 之外，大多數驅動器的性能幾乎相同。 HGST 最終在終端中獲得了近 170,000 IOPS。

平均延遲顯示出非常相似的結果，Intel、Memblaze、HGST 和 1.6TB Huawei 驅動器在最後一個隊列深度上的性能並駕齊驅。此處表現最佳的驅動器再次是 3.2TB 華為驅動器，在 0.9T/16Q 下結束時略低於 16ms。

查看最大延遲顯示 HGST 驅動器的結果相當一致，儘管它確實在接近測試結束時開始出現峰值。英特爾和華為驅動器表現出最好的整體性能。

標準偏差表明所有驅動器之間的性能（最大/平均延遲）趨勢非常相似。在這裡，華為 3.2TB 驅動器在 8T8Q 標記附近拉開距離，以略高於 0.9 毫秒的速度發布了最佳整體結果。

結論

HGST 在創建優秀的企業閃存解決方案方面有著悠久的歷史，新的 SN100 系列 NVMe SSD 也不例外，因為它具有 UEFI 啟動支持、高級電源管理和企業級可靠性，這要歸功於閃存感知 RAID、終端- 端到端數據路徑保護、高級 ECC 和電源故障保護。 HGST 系列提供 AIC (SN150) 和 2.5” (SN100) 外形規格，前者更易於部署，因為幾乎任何現代服務器都可以無縫部署處理這種類型的卡。

在性能方面，HGST Ultrastar SN100 系列在我們測試的基準測試中表現出良好的性能，甚至在幾個類別中處於領先地位。在我們的第一個應用程序工作負載分析中，HGST 驅動器在排行榜底部顯示結果，最高 TPS 為 3,152.13，在 SQL Server 輸出測試中總計為 3,149.97 TPS，同時平均延遲達到 7.0 毫秒。在我們的 Sysbench 測試中，我們看到 HGST 驅動器的整體性能不錯。在平均每秒事務處理基準測試中，HGST Ultrastar SN100 系列總計測得 5,853.6 TPS，僅略低於 Intel 和 Memblaze 驅動器。在查看平均延遲結果時，HGST 的單個虛擬機運行時間在 21.66 毫秒到 22.10 毫秒之間，總延遲為 21.87 毫秒。就我們最壞的 MySQL 延遲情況而言，HGST 顯示 VM 運行時間在 49.62 毫秒到 50.07 毫秒之間，總計為 49.81 毫秒，這使其在我們測試的 AIC SSD 中處於中間位置。

在我們的綜合基準測試中，HGST Ultrastar 發布了一個相當不錯的數字，4k 吞吐量為 706,933 IOPS 讀取和 229,914 IOPS 寫入。相比之下，英特爾驅動器以 851,693 IOPS 的讀取和寫入達到 197,940 IOPS 的最高成績而自豪。平均延遲顯示出很好的結果，讀取時間為 0.36 毫秒，寫入時間為 1.76 毫秒（僅次於英特爾驅動器）。在我們的 8k 傳輸（由 70% 的讀取操作和 30% 的寫入操作組成的比率）中，HGST 最高達到 173,022 IOPS，超過了 Intel 模型，但僅低於測得 4 IOPS 的 Memblaze PBlaze173,275。

優點