智能存儲系統 Optimus SAS 企業級 SSD 評測

by 凱文·奧布萊恩 on 2012 年 10 月 9 日

企業 ◇ SSD

當 SMART Storage Systems（現為 SanDisk）幾個月前宣布推出 Optimus SAS SSD 時，他們在設計、構建和製造方面的自豪感顯而易見，就像一位自豪的父母炫耀他們的長子一樣。從 SMART 的角度來看，關鍵是能夠更好地理解 NAND，以推動消費級 MLC NAND 的企業級耐用性。然而，Optimus 更進一步，通過利用在自定義控制器之上構建的自定義固件來提升 SMART 的工程技能，使他們能夠更好地控制 SSD 作為一個系統。主流企業 SSD 的結果令人印象深刻——五年內每天 10 次完全隨機驅動器寫入的耐用性，以及高達 500MB/s 的持續讀/寫吞吐量。然而，僅憑規格並不能說明 Optimus 的全部故事。在這篇評論的介紹中，我們已經將 Optimus 稱為主流企業 SSD，它主要基於 NAND 配置文件。然而，這可能是一個錯誤。雖然 Optimus 可以通過 MLC NAND 提供類似 SLC 的耐用性，但它也能夠通過 MLC NAND 提供類似 SLC 的性能。在某些情況下，它甚至優於 SLC 驅動器，我們將在下面深入探討。

Optimus 補充了 SMART 圍繞 SandForce 控制器設計的其他企業產品。 SMART 擁有雙線產品，以滿足企業買家不同的工作負載需求和預算。 Optimus 系列無疑是他們的旗艦產品，根據用例的耐久性需求提供多種產品。 Optimus 具有標準的 28% 超額配置 (OP) 和每天 10 次驅動器寫入 (DWPD)，向上游 Optimus Ultra 提供 71% OP 和 25DWPD，而 Optimus Ultra+ 帶來 156% OP 並支持 50 DWPD，所有這些都具有標準 MLC NAND。

OP 在耐力方面起著重要作用，但這並不是 SMART 帶來的唯一技巧。 SMART 開發了一系列技術，結合在一起可以滿足 Optimus 的耐久性需求，以及性能和數據保護。一般來說，這些屬於由 FlashGuard、DataGuard 和 EverGuard 組成的 Guardian Technology 保護傘。總的來說，Guardian Technology 不僅提供耐用性和閃存處理算法和方法，還包括完整的數據路徑保護和電源故障保護。 Optimus 還提供企業所需的功能，如 AES 256 位加密、TGC 企業合規性、T-10 DIF 支持和五年保修。 Optimus 有 200GB、400GB 和 800GB 三種規格，採用標準的 9.5 毫米 2.5 英寸 SAS 規格。 1.6TB Optimus 還提供 15mm 驅動器高度。

智能存儲系統 Optimus SAS 規格

容量
- 200GB – TXA2D20200GA6001
- 400GB – TXA2D20400GA6001
- 800GB – TXA2D20800GA6001
- 1.6TB – TXA2D21600GA6001
持續讀/寫：500/500 MB/s
1GB/s 持續讀取寬端口
隨機讀/寫 100K/50K IOPS
6Gb/秒 SAS 接口
接口端口雙/寬
扇區大小：512、520、528 字節
數據可靠性 1 次中出現 10 次不可恢復的錯誤¹⁷ 位讀取
耐力：10 次完全隨機驅動器寫入/天
電源故障恢復：備用電源電路
數據路徑保護：DataGuard、T-10 DIF
保修5年
符合安全 TCG 企業標準
加密 AES 256 位
功率：有源（典型值）7 W
衝擊：1000 g 半正弦波，0.5 毫秒，沿每個軸 X、Y、Z、每個方向 3 次沖擊
振動：2.17 g rms，7-800 Hz
工作溫度：0° C 至 70° C（內部）
儲存溫度：-40°C 至 90°C
濕度：5% 至 95%，非冷凝，相對濕度
海拔高度：5486.4 米 [18,000 英尺]
長 100.20 毫米 x 寬 69.85 毫米 x 高 9.50 毫米 (1.6TB 15 毫米)

設計和建造

SMART Storage Systems Optimus 是一款具有 SAS 接口的企業級 9.5mm SSD。與其大多數競爭對手不同，除了同樣為 300 毫米的 P9.5，Optimus 遵循這種更小的外形尺寸，而不是企業閃存或主軸驅動器中常見的更大的 15 毫米 Z 高度（除了 1.6TB Optimus 為 15 毫米）。隨著許多企業平台開始將其重點從傳統的 2.5 英寸硬盤驅動器外形規格轉移到更薄的面向 SSD 的設計，這為其提供了最好的立足點。

Optimus 周圍的外殼是 CNC 加工合金，非常適合我們安裝它的所有系統。CNC 加工在內部結構方面也具有優勢，因為 SMART 可以設計外殼以緊密貼合電路板組件充當大量的熱導體。整個 SSD 的重量相當可觀，但沒有其 15 毫米 Z 軸高度的同類產品那麼重。

Optimus 的前視圖顯示其 SAS 接口，該接口兼容雙端口，額定連接速度為 6.0Gb/s。從前面看不到任何服務引腳或附加連接器；儘管後部確實有一個開口，但我們收到的樣本中並未使用該開口。

就大多數企業級 SSD 而言，打開 Optimus 相當簡單。您只需卸下四個標準尺寸的十字頭螺絲，然後將頂蓋和底蓋分開。在內部，我們發現了一個經過精心加工的頂蓋和底蓋，有助於從 NAND、功率調節器、電容器和控制器等重要組件中吸走熱量。

SMART Storage Systems Optimus SSD 的核心是一個定制控制器，運行優化的 SMART 固件和 SMART 的 Guardian 技術。這種組合使消費類 MLC 東芝 NAND 的耐用性達到 10DWPD。我們的 512GB 原始、400GB 可用 SSD 包括東芝 MLC Toggle NAND (TH58TEG8D2HBA8C)，這是我們最後一次在面向消費者的 Corsair Performance Pro 評測中發現的。然後將此 NAND 用美光 RAM 緩存。

測試背景和比較

我們的 400GB 智能存儲系統 Optimus 使用定制控制器和 Toshiba MLC NAND 以及 SAS 6.0Gb/s 接口。下面列出了可比產品，其中僅包括基於 SLC 的驅動器。如下所示，包括類似規格的 MLC 或 eMLC 企業級 SSD 會使我們的圖表的規模遠遠超出正常範圍，並且不會公正地對待 Optimus，因為顯示它針對基於 SLC 的驅動器的性能更為相關。

本次審查的可比性：

美光 RealSSD P300 （100GB，美光 88SS9174 控制器，美光 34nm SLC NAND，6.0Gb/s SATA）
閃迪閃電 LB 406S （400GB，Pliant PTHEMI2-1VO 控制器，Micron 34nm SLC NAND，6.0Gb/s SAS）
日立Ultrastar SSD400S.B （400GB，英特爾 EW29AA31AA1 控制器，英特爾 25 納米 SLC NAND，6.0Gb/s SAS）
東芝 MKx001GRZB （400GB，Marvell 88SS9032 控制器，東芝 32nm SLC NAND，6.0Gb/s SAS）

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。 ThinkServer RD240的設定如下：

2 個英特爾至強 X5650（2.66GHz，12MB 緩存）
Windows Server 2008 Standard Edition R2 SP1 64 位和 CentOS 6.2 64 位
英特爾 5500+ ICH10R 芯片組
內存 – 8GB (2 x 4GB) 1333Mhz DDR3 Registered RDIMM
LSI 9211 SAS/SATA 6.0Gb/秒 HBA

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。我們的企業存儲基準流程首先分析驅動器在徹底預處理階段的運行方式。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四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，通常用於企業驅動器）進行比較。我們還包括兩個傳統的混合工作負載，傳統的文件服務器和網絡服務器，每個都提供廣泛的傳輸大小組合。

4K
- 100% 讀取或 100% 寫入
- 100% 4K
8K 70/30
- 70% 讀取，30% 寫入
- 100% 8K
文件服務器
- 80% 讀取，20% 寫入
- 10% 512b、5% 1k、5% 2k、60% 4k、2% 8k、4% 16k、4% 32k、10% 64k
網絡服務器
- 100% 閱讀
- 22% 512b、15% 1k、8% 2k、23% 4k、15% 8k、2% 16k、6% 32k、7% 64k、1% 128k、1% 512k

從我們的第一個具有 100% 4K 隨機活動的預處理工作負載開始，SMART Optimus 以較慢的突發速率開始，類似於東芝 eSSD，但隨著其他驅動器迅速下降，Optimus 比其 SLC 競爭對手取得了絕對領先。

將我們的注意力轉移到全飽和預處理階段的延遲上，Optimus 在我們 100% 隨機 4K 工作負載的持續時間內擁有最快的響應時間。

當我們將注意力轉移到 4K 預處理工作負載的峰值延遲時，SMART Optimus 保持最低的最大響應，這與其他 MLC 甚至 eMLC 產品相比非常獨特。

在我們的 4K 預處理測試中，另一個關於響應時間的觀點表明，Optimus 在整個測試期間保持非常一致的響應時間……是整個組中最低的。

預處理過程完成後，SMART Optimus 在讀寫活動中的平均 100% 4K 隨機吞吐量最高。它測得 92,698 IOPS 4K 隨機讀取和 34,778 IOPS 4K 隨機寫入，遠高於這兩個類別中的大多數驅動器。

憑藉其令人難以置信的快速吞吐量性能，SMART Optimus 還提供了最低的平均延遲。

比較我們 100% 隨機 4K 測試的峰值響應時間，SMART Optimus 的峰值響應時間是同類產品中最好的。

對比4K隨機讀寫標準差，Optimus非常一致，在企業級SLC SSD中遙遙領先。

在我們使用 8% 讀取和 70% 寫入擴展的 30K 配置文件的第一個混合工作負載中，SMART Optimus 再次在吞吐量方面領先；這次還提供了最高的連拍速度。

我們 8K 70/30 工作負載的平均延遲顯示 SMART Optimus 在兩小時左右處於接近穩定狀態，並且具有最佳響應能力。

與我們在 100% 4K 工作負載中測得的峰值延遲類似，SMART Optimus 再次提供了一些最低的峰值響應時間，僅次於 Hitachi Ultrastar SSD400S.B。

深入研究延遲標準偏差，SMART Optimus 在我們的 8K 70/30 預處理測試期間提供了最一致的延遲。

雖然 100% 4K 工作負載僅查看 16T/16Q 負載下的性能，但我們的混合工作負載顯示了性能如何在 2T/2Q 到 16T/16Q 範圍內擴展。與 SATA/SAS MLC、eMLC 或 SLC 空間中的任何其他驅動器相比，新上市的 SMART Storage Systems Optimus 企業級 SSD 提供了迄今為止同類產品中最高的領先性能。

將我們的注意力轉移到平均延遲上，Optimus 提供了迄今為止最好的響應時間，除了較低的 2T/2Q 和 2T/4Q 負載外，日立 SSD400S.B 和東芝 eSSD 提供了更好的離線性能。

比較 8K 70/30 工作負載範圍內的峰值響應時間，SMART Optimus 提供最低的最大延遲數，日立 SSD400S.B 最接近。

將我們的注意力轉移到延遲標準偏差上，SMART Optimus 失去了一些優勢給 Hitachi SSD400S.B，儘管它仍然緊隨其後。

我們查看的下一個工作負載是我們的文件服務器配置文件，它涵蓋了從 512b 到 512K 的各種傳輸大小。在本節中，Optimus 首次滑落到閃迪 Lightning LB 406S 之後的第二位。

比較我們的文件服務器工作負載的平均延遲，Optimus 的性能在 2 小時後開始趨於穩定，而 SanDisk Lightning 在我們的預處理過程中大約 20 分鐘達到穩定狀態。

雖然 SanDisk Lightning LB 406S 提供了最快的吞吐量和最低的平均延遲，但 Optimus 在預處理過程中能夠提供略低的峰值延遲。

比較文件服務器工作負載中的延遲標準偏差，雖然 SMART Optimus 的延遲峰值略低，但其一致性僅次於 SanDisk LB 406S（與 Ultrastar SSD400S.B 緊密匹配），後者提供了最佳性能群組。

雖然我們的預處理階段是查看靜態負載為 16T/16Q 的文件服務器工作負載，但此測試的主要部分在 2T/2Q 和 16T/16Q 之間變化，以顯示每個企業 SSD 在最小到最大飽和負載下的性能。除 406T/2Q 負載外，SanDisk Lightning LB 2S 在該類別中提供了最佳性能，SMART Optimus SSD 緊隨其後。

比較平均響應時間，SanDisk LB 406S 和 SMART Optimus 以極短的響應時間脫穎而出，在較重的負載條件下顯示出最強的強度。

比較文件服務器測試的不同負載段的最大延遲顯示 SMART Optimus 和 Hitachi Ultrastar SSD400S.B 具有最低的延遲峰值。

在我們的標準偏差測量中仔細觀察每個測試期間的延遲，SMART Optimus 滑落至第三位，緊隨 SanDisk Lightning LB 406S 和 Hitachi Ultrastar SSD400S.B。

我們最終的預處理工作負載採用傳統的 100% 讀取活動 Web 服務器測試，並將其轉換為 100% 寫入以預處理每個 SSD。在此細分市場中，SanDisk Lightning LB 406S 與其他同類產品相比具有高吞吐量，包括性能低得多的 Optimus。在該細分市場中確實引起關注的一個方面是性能大幅下降超過三個多小時的測試，性能在恢復之前急劇下降。

在我們的 100% 寫入 Web 服務器預處理測試中切換到平均延遲，SMART Optimus 僅次於 SanDisk Lightning，儘管在測試中途它顯示了一個巨大的延遲信號。

比較最大響應時間，SMART Optimus 在預處理階段的表現相當好，在大多數測試中測得低於 250 毫秒。當它在我們測試的一個階段凍結時，它確實有一個巨大的尖峰測量了 54,689 毫秒。

在我們的 Web 服務器預處理測試中，Optimus 的延遲標準偏差非常好，除了尖峰。

對於 Web 服務器測試的其餘部分，我們切換回 100% 讀取活動（而預處理是 100% 寫入）。在此測試中，除了最低的 2T/2Q 和 2T/4Q 負載外，SMART Optimus SSD 提供了最高的吞吐量，其次是 Toshiba MKx001GRZB。

SMART Optimus 的平均響應時間在我們的 Web 服務器配置文件的 100% 讀取部分非常好，它在 SLC SSD 組中占主導地位。

雖然 SMART Optimus 在 Web 服務器配置文件預調節階段的峰值響應時間可能更好，但它在 100% 讀取部分翻開了新的一頁，在延遲峰值最低的情況下僅次於 Hitachi SSD400S.B。

由於 100% 讀取活動對我們測試的基於 SLC 的驅動器的影響非常小，除了基於 SATA 的美光 RealSSD P300 在高於 QD32 的負載下，該組中的每個驅動器都顯示出非常一致的標準偏差。在測試過程中，東芝 eSSD 比 Optimus 略有優勢，儘管優勢不大。

結語

SMART Storage Systems Optimus 是一家迄今為止以 SandForce 驅動的 SSD 聞名的公司的首次亮相，在競爭日益激烈的市場中，從性能的角度來看，這些 SSD 有時會被淘汰。要取得成功，SSD 供應商必須通過獨特的 IP 或工程實現差異化，這正是 SMART 在這裡所做的。雖然他們不擁有 NAND 工廠，但他們已經設法圍繞自定義控制器和專有方法創建自己的固件，用於處理和尋址 NAND，從而使他們能夠通過 Optimus 實現巨大的耐用性和性能。

為了公平對待直觀的基於 MLC 和 eMLC 的可比 SSD，我們將本次評測的組件調整為僅 SLC。並且有充分的理由，Optimus 擊敗了我們實驗室迄今為止擁有的幾乎所有 SATA 或 SAS 驅動器。完全披露，我們比較的一些 SLC 驅動器已經在市場上銷售多年，但這並沒有改變它們是被 Optimus 粗暴對待的知名公司的領先企業產品的事實。 Optimus 在我們的基準測試中表現出色，在我們的 4K、8K 70/30 和 Web 服務器工作負載中保持領先地位。在 8K 70/30 工作負載等領域，性能明顯高於競爭 SLC 型號，包括更好的平均和峰值延遲。

Optimus 並非沒有缺陷，在我們的一次預處理運行期間，我們確實看到了相當大的延遲峰值，驅動器暫停了將近 55 秒。此活動未在任何其他測試中重複，也不會影響預處理階段之後的最終 100% 讀取活動。作為第一個真正將消費類 MLC NAND 推向與 SLC 競爭對手相媲美的性能和耐用性水平的新產品，看到一兩次性能波動並不令人意外。我們希望這些遺留問題中的大部分在未來的固件修訂版中得到解決，或者甚至不會出現在大多數不會像我們那樣對驅動器施加壓力的安裝中。

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