東芝 PX04S 企業級固態硬盤評測

by 亞當·阿姆斯特朗 on 2015 年 8 月 4 日

企業 ◇ SSD

東芝 PX04S 系列是第三代企業級 SAS SSD。 PX04S 系列是 2.5 英寸 15 毫米固態硬盤，容量為 12TB，是目前所有 3.84Gbps 固態硬盤中容量最大的。東芝 PX04S 系列由 4 種不同型號組成，可滿足特定需求。有高耐力、中等耐力、價值耐力和閱讀密集型。新的 PX04S 還採用自加密驅動器模型，具有即時安全擦除功能並支持 pin-3 電源禁用。 PX04S 是雙端口的，並帶有一個性能選項，使用戶能夠將寫入性能提高多達 47%。

Toshiba 提供四種不同的模型，可以處理不同的工作負載或支持陣列中的不同級別的分層。 High Endurance 模型非常適合寫入密集型虛擬化數據中心、大數據分析和 HPC。該驅動器的容量範圍從 200GB 到 1.6TB，每天支持 25 次完整的驅動器寫入。 Mid-Endurance 的容量高達 3.2TB，適用於混合用途、任務關鍵型超大規模、虛擬化環境、OLTP 和電子商務。 Mid-Endurance 每天支持 10 次完整的驅動器寫入。 Value-Endurance 模型在容量、性能和耐用性之間取得了平衡。該驅動器非常適合讀取密集型存儲和服務器應用程序，例如媒體流、數據倉庫和 Web 服務器。 Value-Endurance 型號的運行容量高達 3.84TB。最後，東芝提供了一種讀取密集型驅動器，適用於每天一次或更少的完整驅動器寫入足以承受視頻點播和數據倉庫等工作負載的情況。 Read-Intensive 驅動器的最大容量也為 3.84TB。

PX04S 系列將很快向原始設備製造商發貨，並提供東芝 5 年保修。在我們的評測中，我們將查看 1.6TB PX04SMB 或中等耐用型號。

東芝 PX04S 系列規格：

外形：2.5 英寸，15 毫米 z 軸高度
型號：PX04SHB、PX04SMB、PX04SVB 和 PX04SRB
容量：200GB、400GB、480GB、800GB、960GB、1.6TB、1.92TB、3.84TB
NAND：A19nm eMLC
接口：SAS 12Gbps
性能：
- PX04SMB
  - 順序。讀取 64KiB（9W 單/雙）MiB/s：1000 / 1900 1000/1500
  - 順序。寫入 64KiB (9W 單/雙) MiB/s: 850 / 850 750/750
  - 順序。寫入 64KiB（<11W 單/雙）MiB/s：1050 / 1100
  - 跑了。讀取 4KiB (9W 單/雙) (QD>32) IOPS: 195K / 270K
  - 跑了。寫4KiB（9W單/雙）（QD>16）IOPS：90K/90K 85K/85K
  - 跑了。寫入 4KiB（<11W 單/雙）(QD>16) IOPS：115K/115K
  - 蘭特。 W30%/R70% 4KiB (9W單/雙) (QD>32) IOPS: 140K/180K
  - 蘭特。 W30%/R70% 4KiB (<11W 單/雙) (QD>32) IOPS: 140K/180K
- 潛伏
  - 平均讀取：100ms
  - 平均寫入：30ms
- 耐力：10DWPD
- 數據保留（@ EOL，斷電）：3 個月。 @ < 40°C
- MTTF：2萬小時
- 產品壽命：5年

設計和建造

PX04S 系列為 2.5 英寸外形尺寸，z 軸高度為 15 毫米。厚度有助於實現更高的容量（更多 NAND），但驅動器仍然能夠安裝在幾乎所有陣列和服務器中。外殼大部分是銀色的，頂部有一個標明型號和容量的標籤。雖然驅動器主要是銀色，但接口附近是黑色散熱器。

翻轉驅動器可以看到底部金屬板在附近有凹坑的位置，相應的導熱墊接觸電路板以散熱。

驅動器的接口是支持 SAS3 12Gb/s 傳輸速度的雙端口 SAS 連接器。

在引擎蓋下，我們看到了一個 Marvell 控制器。

在 PCB 的另一側，我們看到 NAND 包為驅動器提供了容量。

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。

本次審查的可比性：

東芝 PX03SN （800GB，Marvell聯名TC58NC9036GTC主控，東芝19nm MLC NAND，12.0Gb/s SAS）
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）
東芝 PX02SS （400GB，Marvell聯名TC58NC9036GTC主控，東芝24nm eMLC NAND，12Gb/s SAS）
希捷 1200 （400GB，Marvell 控制器，21nm 三星 eMLC NAND，12Gb/s SAS）

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，我們針對東芝 PX04SMB 的前三個基準測試分別是：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 TCP-C 工作負載的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。測試以 24 個間隔重複進行，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。

使用我們的 MarkLogic NoSQL 數據庫基準測試，PX04SMB 的延遲最低，為 1.312 毫秒。

在我們的 NoSQL 基準測試中查看 PX04SMB 的詳細整體延遲性能，我們發現該驅動器在測試期間保持非常低的延遲。該驅動器始終存在一些尖峰，但比同類驅動器更一致。

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 測試協定使用 685GB（3,000 規模）的 SQL Server 資料庫，並在 30,000 個虛擬使用者的負載下測量交易效能和延遲。

PX04SMB 以 6,319.7 TPS 再次位居榜首，以 40 TPS 多一點的優勢擊敗 Hitachi。

看看平均延遲，確實沒有可比性。 PX04SMB 以 3 毫秒的延遲輕鬆擊敗了其他同類產品，不到第二接近的同類產品延遲的一半。

我們的下一個應用測試是透過 SysBench 對 Percona MySQL 資料庫進行測試，以衡量 OLTP 活動的效能。在此測試配置中，我們使用一組Lenovo ThinkServer RD630 伺服器，並將資料庫環境載入到單一 SATA、SAS 或 PCIe 硬碟上。此測試測量平均 TPS（每秒交易數）、平均延遲以及 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，我們仍使用它們的「傳統」區塊儲存模式對每個裝置進行測試。

就每秒平均事務而言，東芝 PX04SMB 開局強勁，並保持其領先的吞吐量峰值 2,405.2 TPS。它從開始到結束的每一步都是表現最好的。

查看我們的 MySQL 協議中的平均延遲，我們再次看到 PX04SMB 脫穎而出，但它並沒有那麼大的領先優勢。

Sysbench 平均第 99 個百分位圖突出顯示了我們的可比較對像在最壞情況下的延遲性能。我們再次看到 PX04SMB 的強勁表現使其位居榜首。下一個最接近的驅動器是日立。

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 Toshiba PX04SMB 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

在我們的吞吐量 4k 寫入預處理測試中，PX04SMB 開始時的吞吐量比其下一個競爭對手高出 50% 以上。 PX04SMB 開始在 170K-180K IOPS 範圍內運行，而下一個最接近的 Hitachi 則在 110K 範圍內運行。在進入穩定狀態後，PX04SMB 的運行速度約為 90,000 IOPS，Hitachi 驅動器的運行速度約為 66,000 IOPS。

PX04SMB 的平均延遲也處於領先地位，開始時僅為 1.47 毫秒，穩定到大約 2.77 毫秒的穩定狀態。 PX04SMB 的穩定狀態低於大多數其他驅動器的啟動延遲。

最大延遲顯示 PX04SMB 的類似位置。它開始大約 11 毫秒，結束大約 12 毫秒。雖然它的整體延遲時間最好，但它確實在大約 3 小時標記處出現了一個巨大的峰值，一直跳到 183.66 毫秒。

標準偏差計算使 PX04SMB 延遲性能結果的一致性更容易可視化。毫無疑問，該驅動器再次成為最好的驅動器。在 3 小時標記附近也有一個尖峰，但這次要低得多，為 1.82 毫秒。

在主要的 4k 綜合基準測試中，東芝 PX04SMB 在吞吐量性能方面擊敗了競爭對手。對於讀取性能，PX04SMB 為我們提供了 177,378 IOPS，對於寫入，我們看到了 92,335 IOPS。第二名是 Hitachi，其讀寫性能均落後約 30,000 IOPS。

4k 工作負載的平均延遲結果繼續將 PX04SMB 置於首位，但差距沒有那麼大。該驅動器的平均讀取延遲為 1.44 毫秒，寫入為 2.77 毫秒。

最大延遲顯示了 PX04SMB 的第一個絆腳石。儘管到目前為止，它在擊敗競爭對手方面幾乎沒有遇到什麼困難，但它確實在 53.26 毫秒的讀取延遲測試中得分最差。另一方面，它的最佳寫入延遲為 17.19 毫秒，是嵌套驅動器的兩倍多。

在標準偏差方面，PX04SMB 擺脫了上次測試的結果，以分別為 0.58 毫秒和 1.42 毫秒的速度再次在讀取和寫入方面名列前茅。

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%。雖然 PX4SMB 的領先優勢不如它在 04K 預處理中的領先優勢，但它無疑是表現最好的。它的初始突發速度約為 120K IOPS，穩態性能達到 105K IOPS 左右，下一個最接近的性能達到 64K IOPS 左右。

憑藉平均延遲，PX04SMB 率先脫穎而出。它不僅具有最低的延遲，而且從大約 2 毫秒開始到大約 2.4 毫秒結束時最一致。

最大延遲顯示與上圖非常相似的圖片，PX04SMB 具有最低和最一致的延遲，範圍在 10-16 毫秒之間。

8k 70/30 預處理的標準偏差計算將最大延遲異常置於接近穩定狀態期間在其他方面一致且不顯著的延遲配置文件的上下文中。

驅動器經過預處理後，8k 70/30 吞吐量基準測試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。東芝 PX04SMB 以 105,105 IOPS 的峰值性能輕鬆奪冠。

PX04SMB 以平均延遲開始並在整個過程中保持強勁，在測試完成時實現了更好的比較延遲。

在最大延遲下，PX04SMB 再次具有最低和最一致的延遲。

以標準偏差衡量，PX04SMB 再次成為表現最佳的產品，日立緊隨其後。

結語

PX04S 系列是東芝全新的第三代 SAS SSD，專為各種企業工作負載而設計。新生產線全部由東芝內部設計和建造，作為一個完整的垂直整合解決方案。這些驅動器有四種不同的型號，旨在滿足特定的耐用性和讀/寫需求，最高的每天最多可完成 25 次完整的驅動器寫入。東芝表示這是最高容量的 12Gb/s SAS SSD，最大容量不到 4TB。這些驅動器還帶有一個性能選項，可以增加寫入次數，但這需要額外的功耗。東芝提供具有安全擦除功能的自加密模型，並且驅動器享有東芝的 5 年保修。

從性能上看，我們測試的 PX04SMB 驅動器不僅比其他測試驅動器表現更好，而且表現出色。它為我們提供了同類產品中任何 SSD 的最佳整體性能。 PX04SMB 在我們的應用程序工作負載分析中名列前茅，在整個領域佔據主導地位。在所有三項測試中，SAS 類別都創下了新高。

該驅動器繼續在企業綜合測試中大放異彩。在 4K 預處理中，PX04SMB 的性能比最接近的競爭對手高出約 50%。在 4K 預調節中，PX04SMB 的穩態性能優於其他潛水的一些突發性能。在其他 4K 綜合基準測試中，PX04SMB 的吞吐量超過第二名驅動器 30,000 IOPS，讀取 IOPS 177,378 IOPS，寫入 IOPS 92,335。通過我們的 8K 70/30 測試，出色的性能也得以延續。事實上，除了幾個延遲峰值外，PX04SMB 唯一沒有名列前茅的是我們的 4K 最大延遲，它的讀取速度最差，但寫入速度仍然最好。

總的來說，東芝 PX04SMB 令人印象深刻。數字表明，東芝繼續通過其垂直整合戰略獲得巨大收益。該系列中廣泛提供的驅動器還為幾乎所有工作負載提供了解決方案，包括多層全閃存陣列。最後，憑藉近 4TB 的高端容量，東芝擁有一整套產品，旨在滿足當今絕大多數企業對 SAS 閃存的需求。

優點