東芝 PX02SS 企業級固態硬盤評測

by 馬克基德 on 2014 年 3 月 3 日

企業 ◇ SSD

東芝 PX02SS 是一款 2.5 英寸企業級固態硬盤，專為事務密集型工作負載而設計，包括 OLTP 數據庫應用程序，並具有雙端口 12Gb/s SAS3 接口。 PX02SS 提供 100GB、200GB、400GB 和 800GB 容量，並且由於過度配置的東芝 24nm eMLC 架構，在同類產品中具有顯著的寫入耐用性。東芝 PX02SS 的 5.48GB 版指定寫入總字節數為 100PB，43.8GB SSD 指定為 800PB TBW。

2013年，東芝推出了一系列新型固態硬碟產品，並在2014年初完成了OCZ Technology的收購。 OCZ Technology是眾多使用東芝NAND快閃記憶體的硬碟製造商之一。由此可見，東芝正逐步擴大其作為獨立固態硬碟製造商的影響力。與我們近期評測的東芝PX02SM一樣，PX02SS也是東芝全新PX系列12Gb/s SAS3企業級固態硬碟的成員之一，該系列產品在功能和設計上均有部分共通之處。

與 PX02SM 一樣，PX02SS 可用作標準驅動器或採用自加密技術，並具有東芝代碼分層 ECC 糾錯和斷電保護的四重擺動功能。兩者之間的核心差異在很大程度上與耐力有關； SS 只是為更多的寫入密集型工作負載而設計的。在高端 800GB 容量下，SS 可以處理近 44 TBW。另一方面，SM 放棄了耐用性，專為更平衡的工作負載而設計，因此容量最高可達 1.6TB。兩款 SSD 均享有五年保修。

我們對 PX02SS 的評測包括四個 400GB 容量的驅動器。

東芝 PX02SS 規格

容量（標準模型、安全模型）
- 100GB (PX02SSF010, PX02SSU010)
- 200GB (PX02SSF020, PX02SSU020)
- 400GB (PX02SSF040, PX02SSU040)
- 800GB (PX02SSB080, PX02SSQ080)
NAND 技術：24nm eMLC
驅動器接口：SAS 12 Gb/秒，雙端口
扇區大小：512B、520B、528B、4096B、4104B、4160B 和 4224B
性能
- 4KiB 隨機讀取（持續）：130,000 IOPS
- 4KiB 隨機寫入（持續）：42,000 IOPS
- 4KiB 隨機 70/30 讀/寫（持續）：80,000 IOPS
- 64KiB 順序讀取（持續）：
  - 100GB、200GB、400GB：1,100MiB/s（標準型號）、910MiB/s（安全型號）
  - 800GB：1,060MiB/s（標準型號），910MiB/s（安全型號）
- 64KiB 順序寫入（持續）：410 MiB/s
電壓：5V (+/- 5%), 12V (+/- 5%)
耗電量：
- 100GB、200GB、400GB：2.7 W（典型值）
- 800GB：3.6 W 典型值。
能源消耗效率：
- 100GB、200GB、400GB：19,500 IOPS/W
- 800GB：24,400 IOPS/瓦
尺寸（寬）x（深）x（高）
- 100GB、200GB、400GB：69.85 毫米 x 100.45 毫米 x 7.0 毫米
- 800GB：69.85 毫米 x 100.45 毫米 x 15.0 毫米
重量：
- 100GB、200GB、400GB：70 克（最大）
- 800GB：170 克（最大）
溫度 – 工作：0° 至 55°C
溫度 – 非工作狀態：-40° 至 70°C
振動 – 運行：21.27 m/s²
振動 – 非工作時：159.74 m/s²
衝擊 - 運行：9,800 m/s²（1,000G 0.5ms，½ 正弦）
衝擊 - 非工作：9,800 m/s²（1,000G 0.5ms，½ 正弦）
電源丟失保護
產品壽命：5 年或每個型號容量的最大總寫入字節數 (TBW)
- 100GB：5.475PB 總重量
- 200GB：10.95PB 總重量
- 400GB：21.9PB 總重量
- 800GB：43.8PB 總重量

設計和建造

東芝的許多新企業級 SSD 使用 7 毫米 z 高度而不是 15 毫米，後者仍然是其競爭對手中的主要外形尺寸。除了 02GB 型號使用 2.5mm 機箱外，PX7SS 的所有容量均採用 800 英寸、15mm 沖壓鋁製機身。

PX02SS 使用雙端口 12Gb/s SAS3 接口，通常向後兼容 6Gb/s SAS2 背板，儘管在 PX02SS 的情況下，東芝與 SAS2 規範略有不同。在我們的案例中，我們發現在 Power Disable 功能方面符合 SAS2 協議的 Lenovo ThinkServer 無法打開 PX02SS SSD。 PX02SS SSD 專為 SAS3 系統和其他不完全兼容的 SAS2 服務器而設計，這些服務器使 Power Disable 連接保持打開狀態。在具有完全兼容的 SAS02 硬件的情況下使用 PX2SS 的補救措施是選擇可以解決該差異的特殊版本的 SSD，或者通過手動從 SSD 物理切割和移除電阻器以使其無法檢測到電源禁用電路。

內部有一顆Marvell聯名TC58NC9036GTC SAS 12Gb/s兼容控制器，與PX02SM相同。我們的 400GB 評測型號還有 16 個 24nm eMLC Toshiba NAND 芯片封裝。

測試背景和比較

PX02SS 採用 Marvell TC58NC9036GTC 控制器和 24nm Toshiba eMLC NAND，接口支持 SAS 12Gb/s。 StorageReview Enterprise 測試實驗室使用 Supermicro SuperStorage Server 2027R-AR24NV 作為我們的 SAS3 測試平台，其特點是：

2 x Intel Xeon E5-2687 v2（3.4GHz，25MB 緩存，2 核）
英特爾 C602 芯片組
內存 – 256GB (16 x 16GB) 1333Mhz Micron DDR3 Registered RDIMM
Windows Server 2012 標準版 – 100GB 美光 RealSSD P400e 啟動固態硬盤
3 x Supermicro SAS3 HBA（LSI SAS 3008 控制器）
- 100GB 美光 P400e Linux CentOS 6.3 啟動
- 200GB 美光 P400m Windows Server 2012 啟動
- 100GB Micron P400e Linux CentOS 6.3 boot (Sysbench) w/ Micron M500 960GB 用於數據庫存儲
Mellanox ConnectX-3 雙端口 VPI PCIe 3.0 適配器

為了了解 PX02SS 與目前具有 12Gb/s SAS 接口的其他 eMLC SSD 的對比情況，我們將 PX02SS 測試的結果與東芝 PX400SM 的 800GB 和 02GB 版本以及 HGST 的 SSD800MM 的結果進行對比：

日立SSD800MH （400GB，Intel聯名DB29AA11B0控制器，Intel 25nm MLC NAND，12.0Gb/s SAS）
東芝 PX02SM （400GB，Marvell聯名TC58NC9036GTC主控，東芝24nm eMLC NAND，12Gb/s SAS）
東芝 PX02SM （800GB，Marvell聯名TC58NC9036GTC主控，東芝24nm eMLC NAND，12Gb/s SAS）

應用性能分析

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，我們對東芝 PX02SS 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。

Toshiba PX02SS 在我們的 MarkLogic NoSQL 數據庫基準測試中表現出色，落後於 Hitachi SSD800MM，但遙遙領先於其兄弟 PX02SM。

HGST SSD800MM 在同類產品中保持著決定性的領先優勢，在合併讀取和合併寫入操作期間僅偶爾出現峰值。

PX02SS 比我們之前在 PX02SM SAS3 SSD 上記錄的內容有了很大改進。在測試期間，它的大部分延遲都保持在 10 毫秒以下。

PX02SM 架構未針對我們的 NoSQL 工作負載的訪問模式進行優化，觸發延遲在整個協議中達到或超過 9 毫秒的標準化最大值。

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。

一旦工作負載增加到超過四個線程，東芝 PX02SS 就在我們的 MySQL 基準測試中脫穎而出，成為整體表現最佳的產品。 HGST SSD800MM 在其第二名的性能中始終保持與 PX02SS 的競爭力。

在三個線程以上，PX02SS 在 MySQL OLTP 基準測試期間的平均延遲方面也略優於 HGST SSD800MM。

在 MySQL 基準測試中遇到最壞情況下的延遲時，東芝 PX02SS 的性能排名第二，與東芝 PX99SM 02GB 的第 800 個百分位延遲非常接近。

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。

在本次審查中，我們比較了三個 SSD 平台，每個平台均由 Windows Server 配置為鏡像存儲空間。 HGST 以每秒 6,315.4 筆交易量領先 30 名用戶，東芝的兩款同類產品均在 SSD100MM 性能的 800TPS 以內。

Microsoft SQL TPC-C 工作負載期間的延遲結果揭示了兩家製造商之間更顯著的差異，因為 HGST SSD800MM 相對於 PX02SM 和 PX02SS 保持著絕對的延遲優勢。

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。我們對東芝 PX02SS 的綜合工作負載分析使用了兩個廣泛用於製造商規範和基準測試的配置文件。

4k
- 100% 讀取和 100% 寫入
8k
- 70% 讀取/30% 寫入

在 4k 綜合基準測試的預處理過程中，PX02SS 的吞吐量性能在任何時候都不等於 HGST SSD800MM，但它確實比其 PX02SM 同類產品更長時間地維持突發性能，並且達到穩定狀態，性能明顯高於 PX02SM 中的任何一個。

4k 預處理期間的平均延遲結果還表明，PX02SS 能夠為寫入操作提供比 PX02SM 更嚴格的延遲。 PX02SS 提供持續近 90 分鐘的低延遲性能爆發，然後迅速穩定在 6 毫秒以下的一致平均延遲性能。

在我們對 02k 預處理操作的最大延遲值的審查中，PX800SS 繼續提供僅次於 HGST SSD4MM 的強大第二名性能。

標準偏差結果可以更輕鬆地可視化整個預處理過程中測得的延遲的一致性。雖然不如 HGST 穩定，但 Toshiba PX02SS 在我們迄今為止進行基準測試的其他 12Gb/s eMLC SAS SSD 中具有最一致的預處理延遲。

完成 4k 基準測試的預處理後，PX02SS 達到了 117,204 次讀取 IOPS 和 42,507 次寫入 IOPS，僅次於 HGST SSD800MM。

在 02k 基準測試中，PX2.18SS 的讀取操作平均延遲為 6.02 毫秒，寫入操作平均延遲為 4 毫秒。

PX02SS 在同類產品中具有最佳的最大讀取延遲值，為 13.3 毫秒。 SSD800MM 以 39.0 毫秒的最大寫入延遲領先。

PX02SS 的延遲結果比我們迄今為止在 SAS3 測試台上評估過的其他兩款東芝 SSD 中的任何一款都更一致。

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%。在經歷了 HGST SSD800MM 和 Toshiba PX02SS 爭奪最佳吞吐量性能的爆發期後，PX02SS 達到穩定狀態，接近 800 IOPS，僅次於 SSD62,500MM。

8k 70/30 預處理的平均延遲結果反映了 PX02SS 和 SSD800MM 在突發期間的相同早期競爭，隨後 PX02SS 保持一致的第二名性能。

就 8k 70/30 預處理期間測得的最大延遲而言，東芝 PX02SS 更像是 PX02SM 的同類產品，而不是 HGST 的 SSD800MM，因為驅動器接近穩定狀態。

就平均延遲的標準偏差而言，PX02SS 花費的大部分預調節時間僅次於 HGST SSD800MM。

驅動器經過預處理後，8k 70/30 吞吐量基準會改變工作負載強度，從 2 個線程和 2 個隊列到 16 個線程和 16 個隊列。測量 8k 吞吐量時，PX02SS 在許多工作負載上都超過了 SSD800MM。

通過 8k 70/30 操作測量一系列線程數和隊列深度的平均延遲，與其他東芝 eMLC SSD 相比，PX02SS 的性能更像 HGST。

8k 70/30 基準測試期間的最大延遲值不那麼決定性，儘管 HGST SSD800MM 在最大工作負載下開始更明顯地優於其他同類產品。

標準偏差計算表明，東芝 PX02SS 在 8k 70/30 基準測試期間的延遲結果比 PX02SM 更一致，但無法提供與 HGST SSD800MM 一樣窄的變化範圍。

結語

在企業級 SSD 開始從 6Gb/s SAS2 向 12Gb/s SAS3 遷移的同時，東芝正在擴大其在 SSD 市場的作用。 PX 系列 eMLC SSD 為東芝提供了一個機會，可以推出擴展的企業級 SSD 產品線，展示其內部能力，將其廣泛使用的 MLC NAND 設計到東芝品牌的驅動器中，利用 SAS3 標準增加的帶寬. 他們產品組合的廣度也意味著他們擁有適用於幾乎所有流行 SSD 用例的解決方案。

HGST 的 SSD800MM 仍然是我們在大多數測試中進行基準測試的性能最高的 SAS3 SSD，但 PX02SS 在我們對這個新興市場的分析中排名第二。東芝 PX02SS 放棄了 PX02SM 的一半容量，在其 PX 系列兄弟產品的基礎上全面提升了性能。 PX02SS 還能夠提供高寫入耐久性，這也將吸引那些為生產 OLTP 數據庫等密集環境尋找高性能 SSD 的客戶。事實上，PX02SS 在我們的 Sysbench MySQL OLTP 基準測試中表現非常出色，領先於 HGST SSD800MM。在我們的 02k 8/70 混合工作負載中，我們還看到了 PX30SS 強大的低隊列深度性能，這使其在更高的線程/隊列級別之前處於領先地位。唯一令人失望的是 SQL 測試，該驅動器在 TPS 方面表現良好，但發布的延遲高於預期。

優點