東芝 HK4R 固態硬盤評測

by 亞當·阿姆斯特朗 on 2016 年 6 月 30 日

企業 ◇ SSD

早在 4 月，東芝就發布了 HK4 系列，這是其高性能企業級 SSD 的最新成員。 HK1.92系列有兩種型號：超值續航型和閱讀密集型。東芝將硬盤的最大容量翻了一番，一路跑到最大3TB（HK960s最高可達4GB）。與之前的型號一樣，HK2.5 是 6 英寸外形尺寸，支持 SATA 4Gb/s 接口。 HKXNUMX 還具有重要的企業功能，包括完全斷電和端到端保護，以及專有的 QSBC（四重擺動碼）糾錯技術，後者有助於保護數據免受由以下原因引起的損壞NAND 閃存介質磨損。

HK4 使用東芝的下一代 15 納米 MLC NAND 東芝控制器，並提供他們所謂的一流應用程序性能。 HK4 有兩種不同的型號，適用於兩種不同的用例。 HK4R（這是支持每天寫入一個驅動器的讀取密集型版本）專為網絡服務器、文件服務器、媒體流、視頻點播、搜索引擎和熱數據存儲等應用而設計。 HK4R 運行到更高的 1.92TB 容量。另一個版本是高耐用性的 HK4E 型號。此模型在設計時考慮了混合工作負載，最多可提供三個 DWPD。

HK4 有兩種型號，五種不同的容量，並提供 5 年保修。在我們的審查中，我們將查看容量為 1.92TB 的讀取密集型模型。

HK4系列規格：

HK4R系列
- 外形尺寸：2.5 英寸，7.0 毫米
- 型號名稱：THNSN8120P | THNSN8240P | THNSN8480P | THNSN8960P | THNSN81Q92
- 內存：15nm MLC NAND閃存
- 容量：120GB | 240GB | 480GB | 960GB | 1.92TB
- 性能
  - 持續順序讀取 (64KiB)：500MiB/s
  - 持續順序寫入 (64KiB)：120MiB/s | 270MiB/秒 | 480MiB/秒 | 480MiB/秒 | 480MiB/秒
  - 持續隨機讀取 (4 KiB)：75K IOPS
  - 持續隨機寫入 (4 KiB)：4K IOPS | 10K IOPS | 12K IOPS | 14K IOPS | 14K IOPS
- 接口：ACS-3，SATA 修訂版 3.2
- 接口速度：6.0 Gbit/s、3.0 Gbit/s、1.5 Gbit/s
- 尺寸（長 x 寬 x 高）：100.0mm x 69.85mm x 7.00mm
- DWPD：1

設計和建造

外觀在設計上沒有太大變化，也沒有太多理由對其進行大修。企業 SSD 通常隱藏在數據中心中，因此需要性能而不是具有美學吸引力。外殼是一個簡單的鋁製機身，上面有一個標籤，上面寫著型號、容量和認證等細節。

設備的側面和底部顯示了用於安裝驅動器的螺孔。

驅動器中有兩組螺釘，每組四個。第一組固定外殼；第二組將 PCB 固定到位。卸下兩組螺絲可以彈出 PCB。在一側，東芝控制器和 NAND 包很容易看到。

與 HK3 非常相似，NAND 僅位於 PCB 的一側。

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。

由於這是我們在測試過程中運行的首批 2TB SATA 樣品之一，我們手頭沒有一組可比較的驅動器來進行同類比較。為了幫助建立參考框架，我們從最近的 SAS3 審查小組中提取了數據，其中類似容量的驅動器通過我們的 SQL Server 和 MySQL 測試運行。這些驅動器將顯示更高的分數，這是預期的，但也可以深入了解東芝 HK4 的比較情況。本次審核的應用程序工作負載比較：

希捷SAS3
東芝 PX04S SAS3
HGST 1.6TB SAS3

本次審查的綜合比較：

英特爾 S3500 480GB
美光 M500DC 480GB
三星 845DC 480GB
東芝 HK3R2 960GB
東芝HG6 512GB
閃迪 CloudSpeed Eco 960GB
美光 M510DC 480GB
三星 SM863 960GB （注意：SM863 是混合用途驅動器，不是讀取密集型驅動器）
三星 PM863 960GB

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，我們首先對東芝HK4硬碟進行基準測試，測試內容包括使用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，每個硬碟將運行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 輸出結果，我們發現東芝 HK4 的效能落後於速度更快的 SAS3 型號，但這也在意料之中，畢竟它是一款 SATA 硬碟。 HK4 的總 TPS 為 6,245.67，每個虛擬機器的 TPS 幾乎相同，分別為 3,122.69 和 3,122.98。值得注意的是，雖然 HK4 在我們的基準測試中效能最低，但它僅比效能最佳的希捷 SAS硬碟（TPS 為 6305.24）慢了 60 TPS。

HK4 有兩個單獨的虛擬機，延遲為 61 毫秒，平均也為 61 毫秒。

下一個應用基準測試是使用SysBench 對Percona MySQL OLTP 資料庫進行測量。此測試測量平均 TPS（每秒交易數）、平均延遲以及平均第 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，我們仍使用它們的「傳統」區塊儲存模式對每個裝置進行測試。

在平均每秒事務處理基準中，基於 SATA 的東芝 HK4 落後於 SAS3 比較驅動器，但仍以一致的方式執行工作負載。各個 VM 給我們的 TPS 在 436 到 469 之間，總分是 1787.4 TPS。

查看平均 Sysbench 虛擬機延遲，我們測量了 68.15 毫秒到 73.39 毫秒之間的單個虛擬機，平均為 71.68 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，HK4 給出的延遲在 135.15 毫秒到 138.67 毫秒之間，平均為 137.41 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對工作負載的適應而變化，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。所有用於對比的驅動器均使用廠商提供的工具進行安全擦除，並在 16 個執行緒的高負載下（每個執行緒有 16 個未完成任務）進行預處理，使其達到穩定狀態。

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 Toshiba HK4 的綜合工作負載分析使用了兩個在製造商規範和基準測試中廣泛使用的配置文件。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，HK4 從高位開始，然後下降到第四位，然後以 32,000 IOPS 左右的穩定狀態獲得第二名。

查看平均延遲預處理，我們再次看到 HK4 始終具有更強的性能。有時 HK4 的延遲最低，然後以不到 8 毫秒的穩態延遲位居第二。

與我們運行的所有最大延遲預處理測試一樣，我們在整個過程中看到了幾個峰值。東芝 HK4 相當一致，只有少數尖峰 99.38 毫秒是最高的。該驅動器以大約 70 毫秒的延遲位居第三。

標準偏差顯示了 HK4 的另一個穩定表現。 HK4 與美光 500DC 並駕齊驅，最後被淘汰，以不到 6 毫秒的穩定狀態結束。

在主要的 4k 綜合基準測試中，HK4 以 79,709 IOPS 的讀取吞吐量（總體排名第三）和 30,688 IOPS 的寫入吞吐量（總體排名第二）成為性能更強的產品之一。

在平均延遲方面，HK4 再次名列前茅，寫入延遲為 8.34 毫秒（組中最佳），讀取延遲為 3.211 毫秒（總體第三，但緊隨兩台三星 SM863 之後顯示 3.203ms 的延遲和 PM863 的 3.206ms 延遲）。

查看最大延遲，我們看到 HK4 在讀取延遲方面落後於大多數其他驅動器，速度為 27.973 毫秒，位居第二。 HK4 確實具有更好的寫入速度，延遲為 96.288 毫秒，位居第三。

標準偏差顯示 HK4 的讀取延遲大約在中間，為 2.048 毫秒，寫入延遲再次排在第三位，為 6.285 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%。在切換到主要測試之前，我們再次從預處理結果開始。在這裡，HK4 重複了其 4k 預處理的位置，具有良好的開端，從而獲得了較高的完成度。 HK4 穩定在 39,000 IOPS 左右。

從平均延遲來看，HK4 再次開局強勁，最終以 6.5 毫秒左右的穩定狀態位居榜首，位居第二。

包括 HK4 在內的所有驅動器的最大延遲都顯示出大量跳躍和峰值。 HK4 能夠在基準測試中排名第三，直到測試結束為止，最大延遲在大約 55 毫秒到 40 毫秒之間跳躍。

使用標準差時，HK4 的性能更加穩定，以不到 5 毫秒的延遲位居第二。

一旦驅動器經過預處理，我們就會切換到我們的 8k 70/30 主要基準測試。從吞吐量來看，HK4 以 38,481 IOPS 的峰值位居第二。

HK4 的平均延遲再次表現出色，再次位居第二，以 6.65 毫秒的成績完成測試，僅次於表現最好的三星 SM6.38 的 863 毫秒。

從最大延遲來看，HK4 從高位跌落並落在了中間位置。在這裡，我們看到 HK4 給我們的最大延遲為 63.83 毫秒，是性能最差的延遲（HK3R2 的 132.32 毫秒）的一半，但幾乎是性能最好的延遲（SM863 的 34.32 毫秒）的兩倍。

標準偏差在最後有一個真正的並駕齊驅的場景，但 HK4 能夠以 5.02 毫秒的延遲獲得第二名。

結語

東芝 HK4 是一款 2.5 英寸企業級 SATA SSD，有兩種型號：讀取密集型 (HK4R) 和高耐用型 (HK4E)。這些驅動器的容量範圍從 120GB 到 1.92TB（取決於型號類型），並使用東芝的下一代 15nm NAND 以及東芝控制器。這將使它成為首批達到 2TB 容量點的 SATA 驅動器之一。這些驅動器提供 5 年保修，專為各種用例而設計，包括混合工作負載、Web 服務器、文件服務器、媒體流、視頻點播、搜索引擎和熱數據存儲。

在我們的應用程序工作負載中，我們看到東芝 HK4R 與 SAS3 同類產品相比表現出色，儘管它最終被更昂貴的型號所超越。這是預料之中的，但也顯示了與 SAS 型號相比，東芝能夠帶來 SATA 企業級 SSD 的程度。它為我們提供了 6,245 TPS 的總分，每個 VM 在我們的 SQL Server 基準測試中的性能均為 3,122 TPS。 HK4 在我們的 SQL Server 中有 61 毫秒的延遲（單獨的和平均的）。在運行 4 個高負載 MySQL 虛擬機的 Sysbench 測試中，我們測得總 TPS 為 1787，平均延遲為 72 毫秒，最壞情況下的延遲為 137 毫秒。

與 HK863 相比，我們的綜合基準測試更符合使用多個 SATA 驅動器的同類測試（SM4 除外，它是一種混合用途驅動器）。在這裡，HK4 閃耀得更亮一些，上升到幾個測試的上限。在我們的 4k 基準測試中，HK4 以 30,688 IOPS 的寫入吞吐量排名第二，以 79,709 IOPS 的讀取吞吐量排名第三。 HK4 的寫入延遲最好，為 8.34 毫秒。在我們的 8k 70/30 基準測試中，HK4 在吞吐量方面表現出色，再次以 38,481 IOPS 位居第二。 HK4 還為我們提供了平均 6.65 毫秒、最大 63 毫秒和 5.02 毫秒標準偏差的延遲速度。

優點