日立 Ultrastar SSD400S.B 企業級固態硬盤評測

by 凱文·奧布萊恩 on 2012 年 4 月 23 日

企業 ◇ SSD

2月初，日立為其企業級固態硬碟產品線新增了Ultrastar SSD400S.B。繼SSD400S之後，.B版本是業界首款採用25nm SLC NAND快閃記憶體的產品。兩款硬碟的結構幾乎完全相同，差別僅在於NAND快閃記憶體晶片的更換，由34nm SLC升級至25nm SLC。兩款硬碟均採用6Gb/s SAS介面和英特爾NAND閃存，並搭載日立與英特爾聯合開發的韌體和控制器。 SSD400S.B取代了日立旗艦級企業級固態硬碟的地位，與eMLC Ultrastar SSD400M產品線並駕齊驅。

正如我們在 SSD400M 評論中的一些細節所述，日立/英特爾圍繞這些驅動器的合作夥伴關係是成功的典範。 Hitachi 能夠利用他們的存儲知識和 IP，尤其是圍繞 SAS 接口，而 Intel 則帶來了穩定的固件工程和閃存管理技術。我們看到的結果非常好。在這種情況下，SSD400S.B 解決了利用合作夥伴關係為高混合工作負載（讀/寫）企業環境提供高吞吐量存儲的問題。

從性能角度來看，SSD400S.B 有望提供高達 536MB/s 的順序讀取、502MB/s 的寫入以及 4 的隨機 57,500K 讀取 IOPS 和 25,500 的寫入 IOPS。除了單驅動器性能外，日立還提供專有的功率損耗管理和強大的耐用性。 400GB SSD 在驅動器的五年使用壽命內支持高達 35PB 的隨機寫入，相當於每天 19.2TB 的寫入。日立還列出了令人難以置信的低年故障率 (AFR)，僅為 0.44%。

Ultrastar SSD400S.B 固態硬盤提供 100GB、200GB 和 400GB 容量，外形尺寸為 2.5"，並提供五年保修。

Hitachi Ultrastar SSD400S.B 規格

容量
- 400GB
  - HUSSSL4040BSS600
  - 採用 TGC 加密的 HUSSSL4040BSS601
- 200GB
  - HUSSSL4020BSS600
  - 採用 TGC 加密的 HUSSSL4020BSS601
- 100GB
  - HUSSSL4010BSS600
  - 採用 TGC 加密的 HUSSSL4010BSS601
接口 – 雙端口 SAS 6Gb/s
英特爾 EW29AA31AA1 控制器
Intel 單層單元 (SLC) 25nm NAND x 40（736GB 原始，400GB 可用）
美光 DDR2 SDRAM 高速緩存
外形——2.5 英寸，15 毫米 z 軸高度
傳輸性能
- 讀取吞吐量（連續 64K）– 536MB/s
- 寫入吞吐量（連續 64K）– 502MB/s
- 最大讀取 IOPS（隨機 4K）57,500
- 最大寫入 IOPS（隨機 4K）25,500
耐力（隨機寫入）：
- 400GB 容量 – 35PB
- 200GB 容量 – 18PB
- 100GB 容量 – 9PB
錯誤率（不可恢復的位讀取）1 / 10¹⁶
MTBF——2.0萬
電力
- 工作（W，典型值）5.5
- 閒置（W）1.7
功耗效率 (IOPS/Watt) – 8,360
五年保固
尺寸（寬 x 深、高 mm）– 70.1 x 100.6 x 15
重量（最大）– 222 克 (400GB)
環境溫度0至60℃
衝擊（半正弦波）1000G（0.5ms）、500G（2ms）
振動（隨機 G RMS）– 2.16，所有軸，5 至 700 Hz

設計與拆卸

Hitachi Ultrastar SSD400S.B 擁有光滑的不銹鋼機身，沖壓成高度為 2.5 毫米的 15 英寸驅動器的精確形狀。驅動器頂部有一個白色貼紙，佔據了整個頂部表面，描述了驅動器的認證和固件版本。底部包括額外的貼紙，重申驅動器的序列號和部件號。機身外觀比較簡潔乾淨，重量高達 205 克，其中很大一部分重量與內部散熱有關。考慮到露天數據中心的冷卻設計（使用外部空氣而不是冷卻或空調空氣）以及降低與冷卻相關的能源成本的普遍推動，Hitachi 為 Ultrastar SSD400S.B 提供了 70C / 158F 的最高工作溫度。

驅動器的側面輪廓清楚地顯示了構成 SSD400S.B 主體的兩個部分。日立在 SSD 的側面和底部使用行業標準螺絲位置進行垂直或水平安裝。

Ultrastar SSD400S.B 的正面僅包括雙鏈路 6.0Gb/s SAS 連接器，從驅動器外部看不到其他連接。

打開驅動器可以看到 Ultrastar SSD400S.B 的一些散熱特性，並解釋了一些驅動器重量的來源。頂蓋和底蓋均採用厚導熱墊，可將 SSD 關鍵組件的熱量排出。頂蓋包括一個額外的散熱器，以進一步增加外殼主體可以吸收大量使用期間升溫的內部電路板的能量。 SSD 的設計分為兩部分，控制器在每個電路板之間面向內。外殼底部的白色墊片旨在將熱量從控制器底部帶走，粉紅色的導熱墊片對準 NAND 部件。主體在外部盡可能平坦，以允許與驅動器托架有更大的表面接觸，以將熱能散發到服務器機箱中，並最終通過強制空氣冷卻散發出去。

Hitachi Ultrastar SSD400S.B 的核心是 Intel EW29AA31AA1 處理器，使用由 Hitachi 和 Intel 共同開發的固件。對於緩存，SSD400S.B 使用四個美光 SDRAM 內存塊。

分佈在兩塊電路板上的是 40 片 Intel SLC NAND。這分為 34 個 16GB NAND 和 6 個 32GB NAND。這些為它提供了總共 736GB 的原始 NAND，儘管只有 400GB 可用。此保留空間用於後台垃圾收集、磨損均衡和處理模具故障，不會在其生命週期內減慢或禁用驅動器。

電路板向內的部分包括英特爾 EW29AA31AA1 控制器、額外的 NAND，以及連接 SSD 兩半的長接口。

下面顯示的是 Hitachi Ultrastar SSD400S.B 的兩個朝外的部分。

值得注意的是，這款固態硬碟設計並未採用超級電容。日立公司選擇了十個鉭基KEMET有機電容（KO-CAP）。這些電容壽命更長，且不會像其他替代電容那樣快速膨脹或性能衰減。消費級英特爾固態硬碟320和企業級英特爾固態硬碟710也採用了類似的設計。

這些電容器為驅動器提供了足夠的時間將 SDRAM 刷新為 NAND，但未指定實際的保持時間量。

企業基準

日立 Ultrastar SSD400S.B 採用英特爾 25nm SLC NAND 快閃記憶體、英特爾 EW29AA31AA1 控制器和 6.0Gb/s SAS 介面；我們評測的樣機容量為 400GB。本評測的比較產品包括以下幾款近期測試過的企業級固態硬碟：美光 P300（100GB，Marvell 9174 控制器，美光 34nm SLC NAND 快閃記憶體，SATA 介面）、東芝 MKx001GRZB（400GB，Marvell 9032介面SSD400M（400GB，Intel EW29AA31AA1 控制器，Intel 25nm eMLC NAND 快閃記憶體，SAS 介面）。所有企業級固態硬碟均在我們基於聯想 ThinkServer RD240 的企業級測試平台上進行基準測試。所有 IOMeter 測試結果均以 MB/s 為單位的二進位數數值表示。

我們的第一個測試著眼於具有大塊傳輸的順序寫入環境中的速度。此特定測試使用 IOMeter 的 2MB 傳輸大小，4k 扇區對齊並測量隊列深度為 4 的性能。在這種情況下，Hitachi 聲稱其 536GB Ultrastar 的最大讀取速度為 502MB/s，寫入速度為 400MB/s SSD400S.B.

在我們的大塊順序傳輸測試中，Ultrastar SSD400S.B 的讀取速度為 532MB/s，穩態寫入速度為 510MB/s。讀取速度略低於日立的估計，但寫入速度高於列出的速度。這些直線基準測試將 SSD400S.B 置於我們圖表的頂部。

轉向隨機訪問配置文件，但仍保持 2MB 的大塊傳輸大小，我們開始看到性能在多用戶環境中的變化。該測試保持我們在之前的順序傳輸基準測試中使用的相同隊列深度級別 4。

隨著轉向隨機大塊傳輸，Hitachi Ultrastar SSD400S.B 保持了讀取速度的領先地位，達到 533MB/s。其穩態寫入速度降至 215MB/s，仍處於領先地位。

轉向更小的 4K 隨機訪問傳輸大小，我們更接近在重度隨機訪問環境中可能發現的數據包大小，例如具有多個 VM 訪問同一陣列的服務器設置。在第一個測試中，我們查看擴展的 4K 讀取性能以及它如何從 1 的隊列深度擴展到最大 64。

查看我們的隨機 4K 斜坡圖表，我們注意到 Ultrastar SSD400S.B 的強勁性能，排名低於東芝 eSSD，隊列深度為 4 時的最大 57,217K 讀取速度為 64 IOPS。請注意，SSD400S.B 和 SSD400M 基本相同相同的 4K 讀取性能配置文件。

我們的下一個測試著眼於靜態隊列深度為 4 時的 32K 隨機寫入性能，一旦驅動器達到穩態，就會記錄結果並取平均值。雖然 IOPS 性能是衡量穩態性能的一個很好的指標，但另一個重要的關注領域是平均和峰值延遲。更高的峰值延遲數字可能意味著某些請求可以在大量連續訪問下備份。

日立聲稱峰值 4K 隨機寫入工作負載速度為 25,500 IOPS，我們在測試中發現在穩定狀態下為 24.312 IOPS。這個速度在我們小組中排名最高，高於基於 SLC 的美光 P300。在這些條件下，Ultrastar 測得的平均速度為 95MB/s，平均響應時間為 1.32ms。最大響應時間可能是最令人印象深刻的，僅為 25.01 毫秒。

我們最後一系列的綜合基準測試比較了一系列服務器混合工作負載中的兩種企業驅動器，靜態隊列深度為 32。與本次審查開始時的綜合基準測試一樣，這些測試也是在穩定狀態下進行測量的。我們的每個服務器配置文件測試都對讀取活動有強烈的偏好，範圍從 67% 讀取我們的數據庫配置文件到 100% 讀取我們的 Web 服務器配置文件。

第一個是我們的數據庫配置文件，67% 的讀取和 33% 的寫入工作負載組合主要集中在 8K 傳輸大小上。

使用我們的數據庫 IOMeter 配置文件進行測試時，Hitachi SSD400S.B 處於領先地位，優於我們測試過的其他基於 SLC 的企業級 SSD。與提供 400 IOPS 的 eMLC SSD15,441M 相比，基於 SLC 的 SSD400S.B 的速度為 21,849 IOPS。

下一個配置文件著眼於一個文件服務器，80% 的讀取和 20% 的寫入工作負載分佈在從 512 字節到 64KB 的多種傳輸大小上。

切換到具有更廣泛的傳輸大小組合的文件服務器設置後，Hitachi Ultrastar SSD400S.B 仍然保持領先，性能測量為 20,193 IOPS，而基於 eMLC 的 SSD14,488M 為 400 IOPS。

我們的 Web 服務器配置文件是只讀的，傳輸大小從 512 字節到 512KB 不等。

在只讀設置中，東芝 MKx001GRZB 能夠提供更高的傳輸速度，測量到 24,193 IOPS，而 Ultrastar SSD19,373S.B 為 400 IOPS，eMLC SSD18,593M 為 400 IOPS。

最後一個配置文件查看工作站，使用 20K 傳輸混合使用 80% 的寫入和 8% 的讀取。

在工作站設置中，日立 Ultrastar SSD400S.B 略低於東芝 MKx001GRZB，測得 25,291 IOPS，東芝為 26,337 IOPS。

企業用電量

在為數據中心或其他密集存儲環境選擇驅動器時，性能並不是公司在考慮 SSD 或硬盤驅動器時唯一感興趣的指標。在某些情況下，功耗可能是一個巨大的問題，因此您想知道驅動器在恆定工作負載下的性能如何是有道理的。

在本次評測的 Enterprise Power 部分，我們在之前用於測試讀寫速度的相同條件下查看每個驅動器。這包括隊列深度為 2 的順序和隨機 4MB 傳輸以及隊列深度為 4 的小型隨機 32K 讀取和寫入傳輸。與我們之前的測試一樣，我們正在測量穩態下的所有數據，以使驅動器處於最佳狀態耗電條件。

在除啟動之外的所有條件下，Hitachi Ultrastar SSD400S.B 的功耗為 4.35 瓦或更低。這比日立自家基於eMLC的SSD400M還要少。 SSD400S.B 最耗電的活動是順序 QD4 2MB 寫入，在測試期間平均耗電 4.35 瓦。其次是使用 4 瓦的隨機 32K QD3.34 寫入，第三個是使用 4 瓦的順序 QD2.91 讀取，其次是第四個需要 4 瓦的 32K QD2.39 穩定讀取。

雖然數據中心環境中對 eMLC SSD 的大力推動是圍繞每 GB 成本和 IOPS/瓦特，但仍然需要高耐用性和高性能的基於 SLC 的模型。我們在隊列深度為 20,180 的純隨機 4K 讀取中計算出 32 IOPS/瓦的數字，如果您改為查看穩定的 7,279K 隨機寫入，則下降到 4 IOPS/瓦。相比之下，SLC Micron P38,481 的讀取速度為 10,119 IOPS/瓦，寫入速度為 300 IOPS/瓦，SLC Toshiba MKx16,385GRZB 的讀取速度為 3,082 IOPS/瓦，寫入速度為 001 IOPS/瓦。這實際上歸結為業務需求，找到購買 SSD 或硬盤驅動器時考慮的功率與性能（或直接性能）的最佳結合。

結語

考慮到 eMLC SSD400M 的出色表現，我們在評測 Hitachi Ultrastar SSD400S.B 時抱有很高的期望。我們期待新的基於 SLC 的 Intel/Hitachi 協作會更好，而 SSD400S.B 沒有讓人失望。企業級 SSD 在我們的許多基準測試中以混合讀/寫工作負載位居榜首。它在我們的大塊隨機和順序讀/寫測試以及我們的 4K 隨機寫穩態測試中也表現非常出色。

當查看其在所有領域的性能時，它在只讀網絡服務器設置和我們的斜坡 4K 讀取測試中略有下降，其中東芝 MKx001GRZB 位居榜首。儘管如此，日立確實提供了更平衡的性能。鑑於高耐久性 SLC NAND，我們希望看到該驅動器在驅動器的整個生命週期內用於具有大量寫入活動的場景。日立將 Ultrastar SSD400S.B 評為 9PBW 至 35PBW，具體取決於容量。

就像 eMLC 迭代一樣，我們看到了英特爾和日立合作的明顯好處。英特爾提供經過時間考驗的 SSD 控制器和豐富的 NAND 專業知識，日立提供他們對包括 SAS 接口在內的存儲的深刻理解。雙方的共同努力是特殊的，使 SSD400S.B 成為迄今為止最適合需要支持大量讀寫性能的高強度使用環境的企業級 SSD 產品之一。

優點