Две Тошибы: тестирование SSD Toshiba PX02SM и PX03SN
16.06.15
В данном обзоре мы будем рассматривать сразу две модели твёрдотельных дисков от компании Toshiba — PX02SM и PX03SN. Они относятся к линейкам Enterprise Mid Endurance и Enterprise Read Intensive, т.е. со средним и минимальным ресурсом соответственно.
Полностью линейка серверных SSD Toshiba представлена на сайте: топовые PX02SS из серии Enterprise High Endurance с внушительным ресурсом 30 DWPD (перезаписи в день), средние Enterprise Mid Endurance PX02SM — 3 DWPD, Enterprise Value Endurance — HK3E2 с интерфейсом SATA3 и бюджетные Enterprise Read Intensive с ресурсом 1 DWPD: PX03SN и SATA SSD HK3R/HK3R2. Все модели оснащены полной защитой от потери данных при аварийном отключении питания (обеспечивается защита всех данных в кэше, а не только от повреждения метаданных). Модели PXxxxx имеют современный интерфейс SAS3 (12Гбит/с), что для современных SSD является совсем не лишним.
Серверные SSD Toshiba выпускаются в форм-факторе 2,5", высота корпуса — 7мм у всех моделей, кроме PX02SM и PX03SN объёмом 1,6ТБ с 15мм-корпусом.

Характеристики PX02SM
- Модельный ряд: 200ГБ, 400ГБ, 800ГБ, 1600ГБ
- Форм-фактор: 2,5"
- Интерфейс: SAS3 (12Гбит/с)
- Отображаемый размер сектора: 512/520/528 или 4096/4104/4160/4224 байт
- Заявленная производительность
- Последовательный доступ (блок 64КиБ, подключение через два порта): чтение — 1100МБ/с (1060МБ/с для PX02SMB160), запись — 410МБ/с
- Случайный доступ блоками 4КиБ, чтение (подключение через два порта): 130000 IOPS
- Случайный доступ блоками 4КиБ, запись (подключение через два порта): 27000 IOPS
- Уровень невосстановимых ошибок чтения (BER): 10-17
- Ресурс: 10 DWPD, 5 лет
- Энергопотребление: 2,7 Вт / 3,7 Вт (PX02SMB160)
- Срок ограниченной гарантии: 5 лет
Характеристики PX03SN
- Модельный ряд: 200ГБ, 400ГБ, 800ГБ, 1600ГБ
- Форм-фактор: 2,5"
- Интерфейс: SAS3 (12Гбит/с)
- Отображаемый размер сектора: 512/520/528 или 4096/4104/4160/4224 байт
- Заявленная производительность
- Последовательный доступ (блок 64КиБ, подключение через два порта): чтение — 1100МБ/с (1060МБ/с для PX03SNB160), запись — 380МБ/с
- Случайный доступ блоками 4КиБ, чтение (подключение через два порта): 130000 IOPS
- Случайный доступ блоками 4КиБ, запись (подключение через два порта): 26000 IOPS
- Уровень невосстановимых ошибок чтения (BER): 10-17
- Ресурс: 1 DWPD, 5 лет
- Энергопотребление: 2,7 Вт / 3,7 Вт (PX03SNB160)
- Срок ограниченной гарантии: 5 лет
sg_format --format --size=4096 /dev/sdcПосле форматирования можно проверить размер сектора через smartctl:
Logical block size: 4096 bytes
Результаты тестирования
Условия тестирования
Конфигурация тестового стенда:- Процессор Intel Xeon E5606
- 40ГБ памяти
- Системная плата Supermicro X8DT3-F
- Контроллер LSI 9300-8i (SAS3 HBA)
- CentOS Linux 7 X86_64
- Для генерации нагрузки применялся FIO версии 2.1.14
- Toshiba PX03SN 200ГБ (PX03SNF020)
- Серийный номер: 15D0A029TZQ1
- Прошивка: 0201
- Объём: 200ГБ (186,3ГиБ)
- Toshiba PX02SM 200ГБ (PX02SMF020)
- Серийный номер: 2540A00JTY96
- Прошивка: 0205
- Объём: 200ГБ (186,3ГиБ)
Мы тестируем SSD в нашей лаборатории в соответствии со спецификацией SNIA Solid State Storage Performance Test Specification Enterprise v1.1. Данная спецификация описывает алгоритмы различных тестов и формат отчетов. Некоторые тесты были модифицированы (отличия от спецификации приведены ниже). Описание тестов SNIA PTS Ent. 1.1:
- IOPS Test. Измеряется количество IOPS (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). Используется 8 потоков с глубиной очереди 16. Отличие от спецификации — из теста был исключён блок 0,5КиБ.
- 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). Отличие от спецификации: добавлена глубина очереди 32, исключён блок 0,5КиБ, приводятся не только средние и максимальные значения, но и перцентили 99%, 99,9% и 99,99%
- Write Saturation Test. Тестируется изменение производительности (IOPS и задержка) при непрерывной нагрузке (600 раундов по 1 минуте) на случайную запись блоками 4КиБ. Цель — добиться перехода SSD в режим насыщения, при котором контроллеру приходится непрерывно заниматься сборкой мусора для подготовки пригодных для записи блоков NAND.
- Host Idle Recovery. Тестируется эффективность работы алгоритмов сборки мусора. После перехода в режим насыщения: непрерывная нагрузка на случайную запись чередуется с облегчённой нагрузкой (5 секунд + паузы 5, 10, 15, 25, 50 секунд). Подробное описание см. ниже.
Для первых трех тестов проводится серия замеров из 25 раундов длительностью 1 минута каждый. Перед тестом производится зануление (например, для SATA-дисков запускается secure erase), 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 задержки замеряется в пределах каждого раунда.
SNIA PTS: IOPS test (IOPS при варьировании размера блока и соотношения чтение/запись)


PX03SN: 116973/36333 IOPS чтение/запись блоками 4КиБ, PX02SM — 116965/37872. Заявленная производительность на чтение 130000 IOPS достигнута не была, т.к. Toshiba при измерении использовала подключение через 2 порта SAS. Производительность на запись была превышена (заявлено 26000/27000 для PX03SN и PX02SM соттветственно), т.к. тест не обеспечивает выхода на режим полного насыщения, производительность на запись в худшем сценарии (непрерывная 10-часовая нагрузка) представлена в тесте Write Saturation Test.
SNIA PTS: throughput test (пропускная способность при последовательном доступе)

SNIA PTS: latency test (задержка при QD=1 и QD=32)
В данных таблицах приведены значения задержки (средняя, максимальная и перцентили 99%, 99.9% и 99.99%) при одном потоке с глубиной очереди 1 и 32 в зависимости от размера блока и соотношения чтение/запись (100% чтение, 65/35 чтение/запись, 0/100 = 100% запись).PX03SN:
4КиБ | 8КиБ | |||
QD=1 | QD=32 | QD=1 | QD=32 | |
Средняя | ||||
Чтение | 0.20 | 0.28 | 0.17 | 0.31 |
Запись | 0.06 | 1.11 | 0.08 | 1.81 |
Чтение/запись 65/35% | 0.23 | 1.01 | 0.27 | 1.58 |
99% | ||||
Чтение | 1.06 | 0.38 | 0.25 | 0.51 |
Запись | 0.12 | 7.28 | 0.16 | 12.35 |
Чтение/запись 65/35% | 0.53 | 6.91 | 1.15 | 8.76 |
99,9% | ||||
Чтение | 2.83 | 0.48 | 0.38 | 0.75 |
Запись | 2.77 | 14.94 | 5.33 | 17.33 |
Чтение/запись 65/35% | 3.21 | 8.91 | 3.40 | 20.87 |
99,99% | ||||
Чтение | 3.12 | 0.60 | 0.44 | 0.97 |
Запись | 2.77 | 19.23 | 8.26 | 27.19 |
Чтение/запись 65/35% | 3.56 | 26.21 | 5.55 | 29.30 |
Максимальная | ||||
Чтение | 11.29 | 1.15 | 0.96 | 1.37 |
Запись | 18.77 | 25.65 | 25.72 | 30.49 |
Чтение/запись 65/35% | 16.23 | 31.66 | 18.48 | 40.77 |
PX02SM:
4КиБ | 8КиБ | |||
QD=1 | QD=32 | QD=1 | QD=32 | |
Средняя | ||||
Чтение | 0.19 | 0.28 | 0.18 | 0.32 |
Запись | 0.06 | 1.09 | 0.08 | 1.91 |
Чтение/запись 65/35% | 0.25 | 0.98 | 0.29 | 1.53 |
99% | ||||
Чтение | 0.66 | 0.40 | 0.26 | 0.55 |
Запись | 0.11 | 6.88 | 0.14 | 12.58 |
Чтение/запись 65/35% | 0.56 | 6.55 | 1.01 | 8.73 |
99,9% | ||||
Чтение | 2.51 | 0.54 | 0.43 | 0.78 |
Запись | 2.63 | 9.95 | 5.45 | 16.41 |
Чтение/запись 65/35% | 2.97 | 10.51 | 3.24 | 13.43 |
99,99% | ||||
Чтение | 2.76 | 0.83 | 0.54 | 1.15 |
Запись | 2.63 | 12.99 | 8.04 | 19.58 |
Чтение/запись 65/35% | 3.30 | 14.41 | 7.54 | 17.94 |
Максимальная | ||||
Чтение | 4.86 | 1.42 | 1.08 | 1.61 |
Запись | 12.74 | 15.91 | 14.71 | 22.51 |
Чтение/запись 65/35% | 11.5 | 20.74 | 12.03 | 23.42 |
SNIA PTS: Write Saturation Test (насыщение при случайной записи блоками 4КиБ)



SNIA PTS: Host Idle Recovery
HIR — очень интересный тест для некоторых SSD, показывающий работу алгоритмов сборки мусора, т.е. насколько эффективно и быстро SSD может восстановить производительность за время простоя.
Тест состоит из нескольких циклов:
- Типовая для остальных тестов предварительная нагрузка (запись блоками 128КиБ до достижения 2-кратной емкости).
- Дополнительно 60 минут случайной записи блоками 4КиБ.
- Четыре комбинации нагрузки с разными паузами: цветные участки на графиках (State 1 AB, State 2 AB и т.д.) соответствуют 360 раундам по 5 секунд с нагрузкой (случайная записи блоками 4КиБ, 16 потоков с глубиной очереди 8) и паузами по 5, 10, 15, 25, 50 секунд. Чёрные участки (State 1 C, State 2 C) соответствуют нагрузке без пауз (те же 360 раундов по 5 секунд).
IOPS


Оба SSD Toshiba не успели сильно снизить свою производительность после предварительной нагрузки и остались в диапазоне 40-48 тыс. IOPS. С появлением большего времени на сборку мусора производительность становится более стабильной. Заметно лишь, что PX02SM восстанавливается чуть быстрее.
Задержка


Процесс уменьшения задержки зеркально повторяет ситуацию с IOPS.
Максимальная задержка

PX02SM значительно лучше контролирует пиковые значения задержки на запись, но и PX03SN несмотря на название «read intensive» не демонстирует «задумчивости», свойственной некоторым аналогичным SSD других производителей.
8k 70/30 read/write saturation test (насыщение при случайном чтении/записи блоками 8КиБ, 16 потоков, QD=16)
Если посмотреть на производительность при смешанной нагрузке в режиме насыщения, то на первый взгляд кажется, что PX03SN и PX02SN демонстрируют одинаковую производительность: оба выходят на 45000 IOPS при средней задержке в 12мс.



Заключение
Обычно при тестировании SSD одного производителя с десятикратной разницей в ресурсе преполагают существенные различия в производительности. Оказалось, что в случае с Toshiba это не совсем так. Оба диска, PX03SN начального уровня и PX02SM среднего уровня продемонстрировали отличную производительность при различных нагрузках и стабильность значений задержки. Это позволяет рекомендовать их практически для любых применений, требующих использования SSD с интерфейсом SAS (например, в Storage Spaces), сделать выбор можно, в основном, на основании заявленного ресурса. Конечно, при наличии экстремальной нагрузки на запись в арсенале Toshiba есть топовые PX02SS с 30 DWPD и 42000 IOPS на запись в устоявшемся режиме.
В сравнении с конкурентами SSD Toshiba выглядят не совсем однозначно. Наш обзор HGST SSD1600MR, условного конкурента (2,6 DWPD вместо 1 DWPD у Toshiba) Toshiba PX03SN показал, что SSD от Toshiba демонстрирует лучшую производительность на запись в условиях насыщения (при исчерпании массива свободных для записи блоков и интенсивном процессе сборки мусора) — наблюдалась существенно меньшая деградация IOPS и отсутствие больших пиковых значений задержки. Но в облегчённом режиме работы, без выхода в режим насыщения (а именно в таком режиме обычно и будут работать SSD класса «read intesive») ситуация оказалась противоположной.
Пока что у нас не было возможности сравнить Toshiba PX02SN и HGST SSD1600MM, но на Storage Review есть можно увидеть результаты в сравнении с HGST SSD800MM — HGST лидирует в синтетических тестах по производительности на запись в условиях насыщения.