三星 XS1715 2.5″ NVMe 固態硬盤評測

by StorageReview 企業實驗室 on 2015 年 12 月 11 日

企業 ◇ SSD

三星在 2.5 年夏天發布 XS1715 時率先參加了企業級 2013" NVMe SSD 派對。它也是第一款採用新型 SFF-8639 連接器的固態硬盤。雖然該硬盤直到 2014 年才進入量產1715 年 1715 月，XS920 立即被服務器 OEM 廠商採用，他們希望突破高速服務器存儲方面的可能性邊界。我們首先在戴爾 PowerEdge R4 中看到了 XS800，它是戴爾 1715x CPU 強大服務器的一部分戴爾在該系統中支持多達八個 NVMe 驅動器，即使只有兩個 1.1GB XS4，我們也看到了超過 800,000 萬的 8K 讀取 IOPS 和超過 3,000 的 500K 讀取 IOPS；它還被引用以提供高達 3MB/ s, 允許它在 1.6 分鐘內處理 1715GB 的數據。因此，我們將有點晚地看看 XNUMXTB XSXNUMX SSD，看看它是如何承受一點點時間的，因為其餘的業界競相撼動三星在企業 NVMe 市場的早期領導地位。

從那以後，市場上出現了多種 NVMe 驅動器，例如 Memblaze PBlaze4 和 Intel SSD DC P3700 驅動器，我們將在評測的性能部分將這兩種驅動器與 XS1715 進行比較。

XS1715 的核心是 PMC 89HF16P04CG3 控制器，這是一款高效能 PCIe 快閃記憶體控制器，專為企業級工作負載而最佳化。該控制器採用可程式架構，使 SSD 開發人員能夠透過韌體客製化實現產品差異化。三星顯然充分利用了這一點。 XS1715 還配備了完整的資料路徑保護和透過鉭電容實現的斷電保護，其不可修正誤碼率 (UBER) 為 1/1017。此外，XS1715 的平均故障間隔時間 (MTBF) 也高達 200 萬小時。 XS1715 NVMe SSD 提供 400GB、800GB 和 1.6TB 三種容量，我們將測試 400GB 版本。此外，三星硬碟是 NVMe 整合商清單 (IL) 的一部分，這意味著 XS1715 是一款易於管理的硬碟，對於資料中心和伺服器/儲存客戶而言，它都是一個高度可靠的解決方案。

XS1715 SSD 提供五年保修和 5 年 DWPD 保證。

三星 XS1715 規格

外形尺寸 2.5”：(SFF-8639)
容量（GB）：400GB、800GB、1.6TB
主機接口：PCIe Gen 3.0 (x4) — NVMe
物理尺寸：100 x 70 x 15mm
重量：210g
MTBF：2,000,000小時
不可糾正的誤碼率 (UBER)：1 分之一
功耗（活動/閒置）：25/8 W
持續表現
- 讀取延遲：90 微秒
- 寫入延遲：25 微秒
- 4K 隨機讀取：高達 750,000 IOPS
- 4K 隨機寫入：高達 115,000 IOPS
- 128K 順序讀取：高達 3,000 MB/s
- 128K 順序寫入：高達 1,400 MB/s
耐力 4K 隨機 WPD：
- 400GB：7 個 WPD
- 800GB/1.6TB：5.6 WPD

設計和建造

XS2.5 通過 15mm z 高度提供 1715" 外形尺寸，使用 SFF-8639 連接器與 PCIe 總線連接。雖然這看起來類似於典型的 SAS 連接器，但實際上並非如此。XS1715 的外觀和感覺是與三星的其他 SSD 產品組合一致，採用簡約的啞光黑色設計，只有公司的品牌和驅動器類型。

驅動器的側面輪廓有 4 個孔，便於安裝在工作站或服務器內。驅動器內部有一個雙 PCB 構建以及一個大的散熱墊，以幫助保持組件在負載下散熱。

測試背景和比較

StorageReview企業測試實驗室提供靈活的架構，用於在與管理員實際部署環境相近的環境中對企業儲存設備進行基準測試。該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。

我們在 Supermicro SuperServer 2.5U-TNR1715T 2028x NVMe 系統中測試了 4" Samsung XS4，同時將其與 NVMe SSD 進行了比較：

2.5" 英特爾固態硬盤 DC P3700 固態硬盤
2.5" Memblaze PBlaze4 固態硬盤

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，我們對三星 XS1715 的首要基準測試是使用 SysBench 測試 MySQL OLTP 效能，以及使用模擬 TCP-C 工作負載測試Microsoft SQL Server OLTP 效能。在我們的應用工作負載測試中，每個硬碟將執行 2-4 個配置相同的虛擬機器。

StorageReview 的Microsoft SQL Server OLTP 測試協定採用交易處理效能委員會 (TPC) 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，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。在本次評測中，我們使用的每個 SQL Server 虛擬機器執行個體都包含一個 333GB（1,500 規模）的 SQL Server 資料庫，並在 15,000 個虛擬使用者的負載下測量其交易效能和延遲。

查看 SQL Server 輸出時，Intel 驅動器的總吞吐量最高，為 3,157.341 TPS，單個 VM 的吞吐量最高，為 3,157.469，儘管 XS1715 的單個 VM 與 Intel VM 的 TPS 相差不到 0.1。

在 15k 用戶 SQL Server 基準測試期間的平均延遲結果將三星驅動器置於包的前面，所有這些都有 7 毫秒的延遲，平均也為 7 毫秒。結果與英特爾 P3700 SSD 相同，而 Memblaze 驅動器的聚合時間略高，為 7.5 毫秒。

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。

在每秒平均事務處理基準測試中，XS1715 遠低於群首，記錄了 3,463.6 TPS 的性能。英特爾驅動器表現出最佳性能，總計 5,779.7 TPS。

平均延遲結果顯示，驅動器的位置大致相同，三星再次位於底部，單個 VM 的運行時間在 37.27 毫秒到 36.58 毫秒之間，平均延遲為 36.96 毫秒。英特爾驅動器再次位居榜首，為 21.80 毫秒。英特爾的總成績也最好，為 22.15 毫秒。

就我們最糟糕的 MySQL 延遲情況（第 99 個百分位延遲）而言，三星 XS1715 以明顯的優勢位居排行榜底部，虛擬機運行時間在 71.97 毫秒和 73.36 毫秒之間，平均得分為 73.03 毫秒。

企業綜合工作負載分析

快閃記憶體效能會隨著磁碟機逐漸適應工作負載而變化，這意味著在進行每次fio 綜合基準測試之前，必須對快閃記憶體儲存進行預處理，以確保基準測試的準確性。所有可比較的驅動器均預先設定為穩定狀態，並施加 16 個執行緒的高負載，每個執行緒的未處理佇列為 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。我們對三星 XS1715 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，Intel P3700 表現最佳，開始時大約為 400,000 IOPS，然後達到略低於 170,000 IOPS 的穩定狀態。儘管三星 XS1715 的爆發結果僅次於英特爾驅動器，但它在大約 113,000 IOPS 的穩定狀態下跌至最後一位（落後於更一致的 Memblaze）。

在平均延遲方面，三星和英特爾驅動器開始時都在 0.6 毫秒左右，並在 20 分鐘後達到峰值。英特爾驅動器在剩下的測試中保持最穩定，位居榜首；然而，Memblaze 是驅動器延遲方面最一致的。

在查看最大延遲時，結果相對相同，因為 Memblaze 仍然是最一致的驅動器。三星 XS1715 在測試開始時表現出出色的延遲，但很快就逐漸減少並以大約 2.2 毫秒的穩定狀態結束。

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。在這裡，三星驅動器開始時表現強勁，但在 22 分鐘左右出現了顯著的延遲峰值，最後徘徊在 3.0 毫秒左右。

在主要的 4k 綜合基準測試中，三星 XS1715 以 420,544 IOPS 讀取和 114,444 IOPS 寫入吞吐量墊底。 Memblaze 以驚人的 717,172 IOPS 在讀取列中名列前茅，而 Intel 驅動器則以 172,672 IOPS 表現出最佳寫入性能。

結果反映了平均延遲，因為三星驅動器顯示 0.61 毫秒讀取和 2.23 毫秒寫入，排在最後（雖然不是很多）。

在最大延遲方面，三星 XS1715 擁有最低的讀取最大延遲，僅為 5.8 毫秒。最大寫入延遲最好的驅動器是 Intel P3700，它記錄了 33.1 毫秒。

在標準偏差中，三星 XS1715 再次顯示出最高的讀取延遲，為 0.08 毫秒（寫入為 2.994 毫秒）。寫入延遲一致性最好的驅動器是 Intel 驅動器，為 1.377 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，三星驅動器在測試開始時顯示出一系列峰值，在整個過程中落後於英特爾和 Memblaze 驅動器，最終達到大約 120,000 IOPS。

平均延遲有類似的結果，三星驅動器在測試的第一部分顯示出各種尖峰。到最後，它在 2.0 毫秒左右達到穩定狀態。

在查看最大延遲時，迄今為止最穩定的驅動器是英特爾驅動器，它始終顯示出某種程度的穩定狀態。三星驅動器在測試期間記錄了輕微的尖峰；然而，Memblaze SSD 的延遲非常不一致，在整個基準測試中出現了巨大的峰值。

標準偏差在三星驅動器測試的第一個小時內顯示出不穩定的延遲，到基準測試結束時大約為 1.4 毫秒，這比 Memblaze 略好。 Intel P3700 顯示出最好的結果，因為它只有幾次超過 1.2 毫秒的峰值。

在我們對三星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，三星驅動器在整個測試過程中都落後於英特爾和 Memblaze 驅動器，直到結束，開始時約為 23,700 IOPS，最終約為 128,000 IOPS。

平均延遲講述了一個類似的故事，儘管英特爾和 Memblaze 驅動器的結果更接近。三星驅動器開始時大約為 0.2 毫秒，到 2.0T/16Q 時增加了近 16 毫秒。其他兩個驅動器比三星好一點，最終在終端中都有 1.6 毫秒的延遲。

查看最大延遲表明，三星 XS1715 的結果最一致，延遲峰值最少；然而，Intel P3700 的整體結果最好，因為它只有幾次超過 20 毫秒大關。

標準偏差顯示出與平均延遲相似的結果，儘管三星 XS1715 在終端隊列深度上擊敗了 Memblaze 驅動器。 Intel 驅動器以 0.2 毫秒到 1.15 毫秒的範圍取得了最佳的整體結果。

結語

三星 XS1715 約一年前上市，被譽為業界首批 NVMe 固態硬碟之一，其效能在高速伺服器儲存領域前所未見。這並不令人意外，因為三星長期以來一直是消費級和企業級固態硬碟行業的領導者。雖然我們在之前的戴爾 PowerEdge R920 評測中已經簡要介紹過這款三星硬碟，但我們還是決定在它上市一年後，看看這款 1.6TB 機型與更新的 NVMe 硬碟相比表現如何。三星 XS1715 提供 400GB、800GB 和 1.6TB 三種容量選擇，配備鉭電容，提供完整的資料路徑和斷電保護，其 UBER 故障率評級為 1/10¹⁷，平均故障間隔時間⁽ MTBF) 為 17 萬小時。

從性能上看，三星 XS1715 在我們測試的許多工作負載中確實難以跟上更新的 NVMe 驅動器、Memblaze PBlaze4 3.2TB 和英特爾 P3700 2TB SSD。在我們的 SQL Server 測試中，三星驅動器以低於 0.1 TPS 的 TPS 落後於英特爾驅動器，位居榜首，平均速度為 3,157。此外，三星 XS1715 的平均延遲為 7.0 毫秒（平均為 7.0 毫秒），位居排行榜首位。在我們的 Sysbench 測試中，我們看到 TPS 達到 3,463.6，平均延遲為 36.96 毫秒，最壞情況（第 99 個百分位數）的總結果為 73.03 毫秒，所有這些都在可比較項中墊底。在我們的綜合基準測試中，三星 XS1715 為我們提供了 4k 吞吐量 420,544 IOPS 讀取和 114,444 IOPS 寫入，平均延遲為 1.61 毫秒讀取和 2.23 毫秒寫入，領先的最大延遲/標準偏差性能為 5.8 毫秒讀取和 0.08 毫秒讀取. 在我們的 8k 70/30 工作負載中，速度有所放緩，因為三星驅動器大多排名墊底。

優點