Обзор SSD HGST Ultrastar SSD1600MR

02.03.15

Описание

Сегодня мы впервые публикуем тест SSD с интерфейсом SAS3. Речь пойдёт о HGST серии SSD1600MR. Данные SSD позиционируются для нагрузок с преимущественным чтением. Заявленный ресурс составляет 2 перезаписи в день (при гарантии 5 лет), это достаточно приличный показатель, просто в арсенале HGST есть SSD с большим ресурсом: по 10, 25 и даже 40 DWPD.

Интерфейс SAS нужен серверным SSD не только ради производительности. SAS SSD обычно стоят заметно дороже аналогичных по классу SATA SSD, почему бы просто не обеспечить нужный уровень производительности за счёт количества? Дело в том, что все современные диски SAS имеют два порта и поддерживают обработку запросов от нескольких инициаторов. Диски SAS необходимы для 2-контроллерных СХД и других решений, требующих подключения двух инициаторов к одному диску, например для кластерного применения Storage Spaces или для кластера на базе контроллеров Avago Syncro CS.

Серия SSD1600MR состоит из множества моделей, отличающихся ёмкостью (от 250 до 1600ГБ) и поддержкой шифрования. Наш экземпляр имеет партномер HUSMR1625ASS204 — это модель на 250ГБ без поддержки шифрования. Результаты тестов будут сравниваться с Toshiba HK3R объёмом 480ГБ (см. обзор в техническом блоге True System). Конечно, почти в 2 раза больший объём SSD Toshiba даёт ему существенное преимущество в тестах на запись.

Характеристики

Модельный ряд: 250, 400, 500, 800, 1000, 1600
Тип флеш-памяти: MLC
Форм-фактор: 2,5" (высота 15мм))
Интерфейс: SAS3 (12/6Гбит/с), два порта
Отображаемый размер сектора: 512 байт логический / 4096 байт физический (512E)
Шифрование (три варианта): без шифрования, TCG, TCG + FIPS
Уровень ошибок: 1x 10^-17
Защита целостности данных (технология T10)
Защита содержимого кэш-памяти
Заявленная производительность
- Последовательный доступ (чтение / запись): 1100/700МБ/с
- Случайный доступ блоками 4КиБ (чтение / запись): 130000 / 30000 IOPS
Ресурс:
- 250ГБ: 1,2ПБ (2,6 DWPD)
- 400ГБ: 1,46ПБ (2 DWPD)
- 500ГБ: 2,4ПБ (2,6 DWPD)
- 800ГБ: 2,92ПБ (2 DWPD)
- 1000ГБ: 4,8ПБ (2,6 DWPD)
- 1600ГБ: 5,8ПБ (2 DWPD)
Энергопотребление: 2,2 Вт при простое / 9-11 Вт среднее
Срок ограниченной гарантии: 5 лет

Официальная спецификация.

Результаты тестирования

Условия тестирования

Конфигурация тестового стенда:

Два процессора Intel Xeon E5-2620v2
64ГБ памяти
Системная плата Supermicro X9DRW-CF31
Контроллеры: LSI 9300-8i (SAS3 HBA) и Adaptec 7805H (SAS2 HBA). Доступ осуществляется через один порт SAS-диска.
CentOS Linux 7 X86_64
Для генерации нагрузки применялся FIO версии 2.1.14

Тестируемое устройство:

HGST Ultrastar SSD1600MR 250ГБ (HUSMR1625ASS204)
Серийный номер: 0PV494TA
Прошивка: C100
Объём: 250059350016 байт (232,89ГиБ), в тестах с дополнительным OP использовался объём 200ГБ (186,26ГиБ)

Мы тестируем SSD в нашей лаборатории в полном соответствии со спецификацией SNIA Solid State Storage Performance Test Specification Enterprise v1.1. Данная спецификация описывает алгоритмы различных тестов и формат отчетов. Для данной статьи вместо полного PDF-отчета в формате, описанном спецификацией, были выбраны только графики окончательных результатов по первым четырем тестам:

IOPS Test. Измеряется количество IOPS'ов (операций ввода-вывода в секунду) для блоков различного размера (1024КиБ, 128КиБ, 64КиБ, 32КиБ, 16КиБ, 8КиБ, 4КиБ, 0.5КиБ) и случайного доступа с различным соотношением чтение/запись (100/0, 95/5, 65/35, 50/50, 35/65, 5/95, 0/100). 16 потоков, глубина очереди — 8.
Throughput Test. Тестируется пропускная способность при последовательном доступе: чтение и запись блоками 1МиБ и 128КиБ.
Latency Test. Измеряется значение средней и максимальной задержки для различных размеров блока (8КиБ, 4КиБ, 0.5КиБ) и соотношений чтение/запись (100/0, 65/35, 0/100) при минимальной глубине очереди (1 поток с QD=1).
Write Saturation Test. Тестируется изменение производительности (IOPS и задержка) при непрерывной нагрузке на случайную запись блоками 4КиБ.

В связи с тем, что отображаемый размер физического блока у тестируемого SSD составляет 4096 байт, из тестов был исключён доступ с размером блока 512 байт.

Для первых трех тестов проводится серия замеров из 25 раундов длительностью 1 минута каждый. Перед тестом производится зануление, затем — предварительная нагрузка: последовательная запись блоками 128КиБ до достижения 2-кратной емкости. Далее выбирается по одной из величин окно установившегося состояния (4 раунда), которое проверяется построением графика. Критерии установившегося состояния: линейная аппроксимация в пределах окна не должна выходить за границы 90%/110% среднего значения.

Для теста Write Saturation Test используется 600 раундов длительностью 1 минута каждый. Среднее и максимальное значение задержек замеряется в пределах каждого раунда.

SNIA PTS: IOPS test (IOPS при варьировании размера блока и соотношения чтение/запись)

Для HGST Ultrastar SSD1600MR данный тест проводился с подключением как через SAS3 HBA, так и через SAS2 с целью выяснить, действительно ли переход на SAS3 даёт какой-либо прирост производительности.

101647 IOPS на чтение и 54894 IOPS на запись для блока 4КиБ при подключении через SAS2 HBA. Уже отличный результат, но через SAS3 можно получить больше:

125456 IOPS на чтение и 74588 IOPS на запись. Близкий по классу SSD Toshiba HK3R давал 60093 и 43616 IOPS соответственно.

SNIA PTS: throughput test (пропускная способность при последовательном доступе)

Часто встречающаяся ситуация с производительностью на запись для SSD десктопного класса или серверных SSD класса "read-intensive": указывается максимальный результат, полученный на "свежем" SSD. Спецификация SNIA PTS предусматривает для данного теста подготовительную операцию — 2-кратную последовательную перезапись блоками 128КиБ (со случайным содержимым).

До заявленных 700МБ/с (667,6МиБ/с) на запись тут, конечно, далеко, но и 481,7МиБ/с является отличным результатом для любого SAS или SATA SSD, а не только для ориентированного на чтение. Результат на чтение практически совпадает с заявленным и наглядно показывает преимущество перехода на SAS3.

SNIA PTS: latency test (задержка при QD=1)

На данном графике — среднее значение задержки при одном потоке с глубиной очереди 1 в зависимости от размера блока и соотношения чтение/запись (100% чтение, 65/35 чтение/запись, 0/100 = 100% запись).

Максимальное значение задержки в тех же условиях (в пределах каждого 60-секундного раунда). В сравнении с Toshiba HK3R присуствуют существенно меньшая максимальная задержка на запись, но в раз больше — на чтение (8,69/9,8мс для блоков 4/8КиБ против 2,08/4,92мс). Более наглядно ситуацию с задержкой можно будет увидеть на графиках из тестов с насыщением.

SNIA PTS: write saturation test (насыщение при случайной записи блоками 4КиБ, 8 потоков, QD=16)

Тяжёлый и не совсем подходящий для "read-intensive" SSD тест: 10 часов записи небольшими блоками.

После исчерпания массива чистых блоков производительность HGST Ultrastar SSD1600MR снижается примерно до 16200 IOPS. Близкие результаты (15700 IOPS) демонстрирует Toshiba HK3R. Отличный результат для не предназначенных для больших нагрузок на запись SSD.

Среднее значение задержки — в норме для такой глубины очереди.

С максимальным значением задержки всё не так хорошо: периодические пики в десятки раз превышают среднее значение. В экстремальных условиях SSD1600MR явно не справляется с быстрой сборкой мусора. Справедливости ради стоит повторить, что на подобную нагрузку он и не рассчитан. В арсенале HGST есть множество моделей, прекрасно справляющихся с интенсивной записью (SSD800MH, SSD800MM, SSD1600MM и наследие Stec), но их цена при этом существенно выше.

8k 70/30 read/write saturation test (насыщение при случайном чтении/записи блоками 8КиБ, 16 потоков, QD=16)

Такой профиль нагрузки больше соответствует реальному применению SSD "read-intensive" класса. Для HGST Ultrastar SSD1600MR в этом тесте представлен ещё один график для варианта с дополнительным 25% увеличением резервной области (over-provisining). После зануления просто создавался раздел объёмом 200ГБ (186,26ГиБ) и на нём запускался тест.

Наличие дополнительного пространства "для манёвра" положительно влияет на производительность SSD начального уровня: в два раза больше IOPS на смешанной нагрузке.

Средняя задержка снизилась в 2 раза:

Без дополнительного OP можно наблюдать периодический рост задержки до неприемлемых значений. В 200ГБ-варианте остаются лишь редкие пики.

Заключение

Относительно недорогих SSD с интерфейсом SAS не так уж и много на рынке. Из списка ведущих производителей SSD остаются HGST (SSD1000MR и SSD1600MR), Toshiba (PX03SN) и Sandisk (Lightning Eco Gen. II). К сожалению, у нас пока не было возможности провести непосредственное сравнение с прямыми конкурентами, но на фоне Toshiba HK3R, одного из лучших SSD подобного класса с интерфейсом SATA результаты HGST SSD1600MR выглядят весьма впечатляюще: 125000/75000 IOPS на случайном доступе блоками 4КиБ (чтение/запись) и почти 1ГиБ в секунду на последовательном чтении.

Плюсы:

Интерфейс SAS. Причём в самом современном варианте — SAS3.
Высокая производительность на чтение. Высокая производительность на запись при условии отсутствия больших нагрузок, приводящих к состоянию насыщения.
Достаточно большой для SSD подобного класса ресурс — 2-2,6 перезаписей в день (5 лет).

Минусы: