美光 M500DC 企業級 SSD 評測

by StorageReview 企業實驗室 on 2014 年 4 月 22 日

企業 ◇ SSD

美光今天宣布推出其全新的 M500DC 企業級固態硬盤，這是一款完全由美光自主設計和製造的輕型企業級固態硬盤，其價格旨在讓閃存更易於採用。與其表兄弟 M500 一樣，M500DC 採用美光的 20 納米 MLC 閃存構建，並提供 SATA 接口。最大的變化是新的 M500DC 增加了 M500 的耐用性，保證五年內每天兩次驅動器填充和 2 萬小時的平均故障間隔時間。耐用性數據足以交付寫入次數較少但仍需要高級數據路徑保護和電源故障保護等功能的企業用例。

與其他 SSD 一樣，Micron 的 M500DC 利用其 SSD 工程和製造能力來利用組件之間的深度集成並利用規模經濟。除了採用美光的 20 納米 MLC NAND，M500DC 還採用了美光的 DDR3 DRAM 和串行 NOR 閃存。帶有自定義固件的 Marvell 控制器為驅動器供電。 M500DC 還利用該公司的獨立 NAND 冗餘陣列 (RAIN) 架構，通過精細對齊 NAND 讀寫點來提供微調的磨損和性能管理，從而延長 MLC NAND 的使用壽命。 RAIN 的架構還為數據完整性提供了額外的奇偶校驗和糾錯元數據層。

除了 RAIN 之外，美光的定制固件和 XPERT SSD 技術套件還包括 DataSAFE，這是一種數據保護功能，可記錄動態數據的目標主機邏輯塊地址 (LBA) 作為 M500DC 元數據架構的一部分，以確保數據達到預期目的目的地，儘管沿途中斷。

美光 M500DC 的容量高達 800GB。我們的評測單元包括 480GB 和 800GB 容量。

美光 M500DC 企業級固態硬盤規格

容量：120GB、240GB、480GB、800GB
外形尺寸：1.8 英寸、5 毫米 z 高度和 2.5 英寸、7 毫米 z 高度
控制器：Marvell
介質類型：20nm MLC NAND
接口：SATA 6Gb/s (SATA III)
工作衝擊：1500 G/1ms
工作振動：10G 時 500-3.1Hz
耐力
- 120GB：寫入的總字節數為 0.5PB
- 240GB：寫入的總字節數為 1.0PB
- 480GB：寫入的總字節數為 1.9PB
- 800GB：寫入的總字節數為 1.9PB
- 驅動器填充：每天 2 次，持續 5 年
- MTTF：2 萬設備小時
順序讀/寫 @ 128K：425/375 MB/s
隨機讀/寫 @ 4K：65/35K IOPS
電力
空閒/待機/睡眠：200mW
有源平均功率：200mW、250mW、300mW、325mW
有源最大值（128k 連續）：4.0W、5.0W、6.0W、6.3W
XPERT 功能集（RAIN、ARM/OR、ReCAL、eDPP）
工作溫度：0°C 至 +70°C
重量：<142g

設計和建造

美光 M500DC 企業級固態硬盤採用了美光 M500 的更新款式和機箱顏色，因此這款驅動器看起來更像該公司的 P400M 而不是 M500。

美光 M500DC 採用美光的 20 納米 NAND 以及該公司的 DDR3 DRAM 和串行 NOR 閃存。

板載電容器為驅動器存儲電力，以便在意外斷電時將任何待處理的 WRITE 命令提交到持久內存。

測試背景和比較

StorageReview企業測試實驗室提供靈活的架構，用於在與 SAN 管理員實際部署環境類似的條件下對企業儲存設備進行基準測試。此測試實驗室整合了各種伺服器、網路、電源調節和其他網路基礎設施，使我們的工作人員能夠模擬真實環境，從而在評測過程中準確評估設備效能。

我們在評測中融入了實驗室環境和測試流程的詳細內容，以便IT專業人員和儲存採購負責人能夠了解我們取得以下結果的條件。我們所有的評測均未接受被測設備製造商的付費或監督。有關StorageReview企業測試實驗室及其網路功能的更多詳情，請參閱相關頁面。

美光 M500DC 使用美光 20nm MLC NAND 和帶有 SATA 6.0Gb/s 接口的 Marvell 控制器。本次審查的 SSD 可比產品：

三星SSD 840 Pro （512GB，300mhz Samsung 3 核 MCX 控制器，Samsung 2x nm Toggle NAND 閃存，6.0Gb/s SATA）
三星SM843 （240GB，300mhz Samsung 3 核 MCX 控制器，Samsung 2x nm Toggle NAND 閃存，6.0Gb/s SATA）
智能存儲 CloudSpeed 1000E （400GB，Marvell 9187 控制器，19nm Toshiba MLC NAND，6.0Gb/s SATA）
美光 M500 960GB （960GB，Marvell 9187 控制器，Micron 20nm MLC NAND，6.0Gb/s SATA）
美光P400m （400GB，Marvell 9187 控制器，Micron 25nm MLC NAND，6.0Gb/s SATA）
英特爾固態硬盤 DC S3500 （480GB，英特爾 PC29AS21CA0 控制器，英特爾 20 納米 MLC NAND，6.0Gb/s SATA）
英特爾固態硬盤 DC S3700 （200GB，英特爾 PC29AS21CA0 控制器，英特爾 25 納米 MLC NAND，6.0Gb/s SATA）

我們使用基於聯想ThinkServer RD630的第二代企業級測試平台對SAS和SATA企業級固態硬碟進行基準測試。該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。對於綜合基準測試，我們使用Linux平台的FIO 2.0.10版本和Windows平台的FIO 2.0.12.2版本。

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）
Mellanox ConnectX-3 10GbE PCIe 3.0 適配器
Mellanox ConnectX-3 InfiniBand PCIe 3.0 適配器

應用程序工作負載分析

為了解企業級儲存設備的效能特徵，必須對實際生產環境中的基礎架構和應用工作負載進行建模。因此，我們對 Micron M500DC 進行了前三項基準測試：MarkLogic NoSQL 資料庫儲存基準測試、透過 SysBench 測試的 MySQL OLTP 效能以及使用模擬 TCP-C 工作負載測試的 Microsoft SQL Server OLTP 效能。

我們的 MarkLogic NoSQL 數據庫環境需要四個一組的 SSD，可用容量至少為 200GB，因為 NoSQL 數據庫的四個數據庫節點需要大約 650GB 的空間。我們的協議使用 SCST 主機並在 JBOD 中呈現每個 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。 MarkLogic 記錄每個 SSD 的總平均延遲以及間隔延遲。

美光 M500DC 大大落後於同類領先的 SanDisk 和英特爾 MLC 固態硬盤，以及以消費者為中心的三星固態硬盤 840 Pro，總體平均延遲為 13.729 毫秒。它能夠領先三星 SM843 和希捷 SSD 600 Pro，以及相同容量的面向客戶的 M500。

在 NoSQL 基準測試期間，大多數操作的延遲結果保持在 60 毫秒或以下，但是 M500DC 確實遇到了中等數量的延遲峰值，這通常發生在日誌寫入操作期間。

下一個應用基準測試是使用SysBench 對 Percona MySQL OLTP 資料庫進行測量。在此配置中，我們使用一組Lenovo ThinkServer RD630伺服器作為資料庫用戶端，並將資料庫環境儲存在單一磁碟機上。此測試測量平均每秒事務數 (TPS)、平均延遲以及在 2 到 32 個執行緒範圍內的平均第 99 個百分位延遲。 Percona 和 MariaDB 在其資料庫的最新版本中都使用了 Fusion-io 快閃記憶體感知應用程式 API，但為了便於比較，我們在此測試中使用的是每個裝置的「傳統」區塊儲存模式。

在整個 MySQL 基準測試中，美光 M500DC 一直處於中間位置，在 1,197 線程的最艱鉅工作負載下以每秒近 32 個事務結束。

在 MySQL 基準測試期間，M500DC 的平均延遲結果保持在同類產品的前半部分。

在我們最壞的 MySQL 延遲情況下，美光 M500DC 總體上獲得了第三名的成績。

StorageReview 的 Microsoft SQL Server OLTP 測試協定採用事務處理效能委員會 (TPPC) 基準測試 C (TPC-C) 的最新草案。 TPC-C 是一款線上事務處理基準測試工具，能夠模擬複雜應用環境中的各種活動。與合成效能基準測試相比，TPC-C 基準測試更能準確評估資料庫環境中儲存基礎架構的效能優勢和瓶頸。我們的 SQL Server 協定使用一個 685GB（3,000 規模）的 SQL Server 資料庫，並透過 30,000 VU 負載來測量交易效能和延遲。

在我們的 SQL Server 測試中，美光 M500DC 和 M500 遠遠落後於同類產品，低於三星 SSD 840 Pro 以及同類領先的英特爾和閃迪產品。

更新5 / 13 / 2014：

通過與 StorageReview 團隊的密切合作，美光能夠快速隔離 Windows Server 2012 SQL Server 測試平台中的系統級瓶頸，並主動提供解決方案，該解決方案現已內置到 M500DC 的固件中。在同一環境中重新測試時，該解決方案消除了瓶頸。憑藉最新的固件，M500DC 在 SATA 組中擁有最高的 TPS，僅次於 SAS SanDisk Optimus Eco。

將我們的注意力轉移到總體平均延遲上，我們將看到美光 M500DC 和 M500 落後於同類產品的程度。雖然 SanDisk 和英特爾提供的產品在 19-464 毫秒範圍內競爭，但美光 M500DC 的延遲呈指數級增長，達到 8,121 毫秒。這優於以客戶端為中心的 M500，後者在此工作負載中測得的平均延遲為 75,916 毫秒或 75 秒。

5 年 13 月 2014 日更新：在 M500DC 應用最新固件後，延遲顯著改善至平均 32 毫秒，領先 SATA 同類產品。

綜合工作負載分析

我們的綜合基準測試協議均首先使用與測試設備時相同的負載，對目標儲存設備進行預處理，使其達到穩定狀態。預處理過程使用 16 個執行緒進行高負載運行，每個執行緒的待處理佇列為 16。

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，每個被比較的設備都會在多個線程/隊列深度配置文件中進行測試，以顯示輕度和重度使用情況下的性能。我們對美光 M500DC 的綜合工作負載分析使用 4k、8k 和 128k 配置文件，這些配置文件廣泛用於製造商規範和基準測試。

4k 配置文件
- 100% 讀取和 100% 寫入
8K 配置文件
- 70% 讀取，30% 寫入
- 100% 8K

在預處理過程中，美光 M500DC 在接近 37,000IOPS 的穩定狀態下迅速脫穎而出，成為同類驅動器中的佼佼者。

美光 M500DC 在 4k 預處理期間的領先性能也延長了平均延遲，其中 M500DC 在第一個小時後出現了整體最低延遲。

美光 M500DC 在 4k 預處理期間將其最大延遲值保持在最好的三個可比值之內，僅次於美光 P400M 和英特爾的 DC S3700。

我們的 4k 預處理過程的標準偏差結果圖延續了 M500DC 隨機 4k 傳輸的強勁性能，在穩定狀態下接近 5.8ms。

完成 4k 預處理後，美光 M500DC 能夠在 72,820k 配置文件期間達到 37,041IOPS 的讀取操作和 4IOPS 的寫入操作。這些吞吐量結果使 M500DC 在我們的同類產品中名列前茅。

在穩定狀態下，Micron 的 M500DC 讀取操作的平均延遲為 3.51 毫秒，寫入操作的平均延遲為 6.91 毫秒。這兩項結果再次將 M500DC 置於我們可比產品的首位。

在 M4DC 的 500k 基準測試中記錄的最大讀取延遲為 21.75 毫秒，在同類產品中並列第二低。 M500DC 的最大 4k 寫入延遲限制為 49.44 毫秒，是迄今為止同類產品中最好的。

計算 4k 延遲結果的標準偏差表明 M500DC 具有嚴格的延遲容限，儘管它沒有通過該測量獲得最佳的整體結果。

在 8k 傳輸的預處理和 70% 的讀取操作和 30% 的寫入操作的工作負載期間出現最初的性能爆發後，M500DC 的吞吐量性能排名第三。

在 500k 11/8 配置文件的預調節期間，美光 M70DC 的平均延遲接近 30 毫秒。

預處理期間的 8k 70/30 最大延遲結果並未顯示 M500DC 有任何重大問題點，MXNUMXDC 繼續保持其強勁但在同類產品中不領先的性能。

8k 70/30 預處理過程中的標準偏差計算顯示 M500DC 在穩定狀態下接近 7.5ms。

完成 8k 70/30 預處理後，美光 M500DC 的吞吐量總體結果保持第三名，並且在此配置文件中使用的線程數和隊列深度範圍內沒有出現任何性能下降。

在我們測量 500k 8/70 配置文件的平均延遲期間，美光 M30DC 的第三名吞吐量結果得到了回應。

8k 70/30 協議的最大延遲結果未顯示美光 M500DC 的任何問題點，沒有超過 7.89 毫秒的結果。

我們的標準偏差計算加強了 M500DC 在 8k 70/30 配置文件中的一致延遲性能。

結語

M500DC Enterprise SSD 結合了美光在 NAND 工程和製造方面的專業知識、Marvell 控制器和美光 XPERT 技術棧。 M500DC 的目標是輕型企業用例，通常包括服務器啟動任務、以讀取為中心的活動，如媒體流或其他通常讀取密集型的應用程序使用。 M500DC 的部署還獲得了一系列企業功能，例如電源故障保護，而這些功能在經常潛入該領域的低成本客戶端驅動器中是找不到的。

在達到 Micron 的性能要求時，M500DC 可以毫不費力地匹配 Micron 宣傳的額定合成結果。這些表明 M500DC 在 4k 和 8k 70/30 工作負載方面是一個強大的競爭對手，但我們的應用程序測試顯示出喜憂參半的情況。在我們的 MarkLogic NoSQL 工作負載期間，Micron M500DC 落後於 SanDisk 和 Intel 的同類產品，延遲高出 5.5 倍。它也低於流行的三星 SSD 840 Pro，一些企業買家已經轉向讀取密集型市場。轉向我們的 Sysbench MySQL TPC-C 測試，Micron M500DC 處於中間位置，再次落後於 Intel 和 SanDisk 型號。

值得慶幸的是，當我們在 SQL 中看到參差不齊的初始性能時，Micron 能夠識別問題並為我們提供測試版固件來解決。固件進入 GA 需要一些時間，但當它進入 GA 時，在某些 Microsoft 環境中區別是白天和黑夜。我們具有更新固件的新數據顯示 M500DC 在 SQL Server 包的頂部執行。預計美光驅動器的價格也將低於輕型企業領域的一些競爭產品，因此根據成本，M500DC 也可能會看到可觀的 IOPS/$ 收益。

優點