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

Официальная спецификация.

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

Официальная спецификация.

Различные размеры секторов в характеристиках указаны не для разных модификаций. Все SSD Toshiba с интерфейсом SAS позволяют задать размер сектора при низкоуровневом форматировании — базовые 512 байт или 4096 байт вместе с соответствующими расширенными вариантами (520/528 и 4104/4160/4224). Сделать это можно, например, при помощи утилиты sg_format из пакета sg3_utils:

sg_format --format --size=4096 /dev/sdc

После 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

Тестируемые устройства:

• 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)

Производительность на последовательном доступе в целом соответствует заявленной, разница в результатах на чтение опять связана с подключением через 2 порта.

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

Интересная особенность, связанная с оптимизацией контроллера SSD — для обоих дисков пиковые значения задержки при 100% чтении оказываются ниже при глубине очереди 32, чем при 1.

SNIA PTS: Write Saturation Test (насыщение при случайной записи блоками 4КиБ)

После выхода в режим насыщения оба SSD выходят на рубеж 26-27 тыс. IOPS. В ходе недавнего тестирования SSD HGST Ultrastar SSD1600MR (по классу соответствует Toshiba PX03SN) тот показал более скромные результаты — 16000 IOPS, что, впрочем, всё равно остаётся достаточно хорошим результатом для SSD класса «read intensive».

Отличные результаты для обоих дисков, но заметно, что PX02SM гораздо лучше справляется с экстремальными нагрузками на запись — даже пиковые значения задержки не превышают 20мс (для 8 потоков с QD=16 это достаточно низкое значение).

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:

1. Типовая для остальных тестов предварительная нагрузка (запись блоками 128КиБ до достижения 2-кратной емкости).
2. Дополнительно 60 минут случайной записи блоками 4КиБ.
3. 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).

В сравнении со спецификацией SNIA PTS была изменена визуализация для значений задержки — точки оказались нагляднее линий.

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.

Но на графиках задержек мы видим, что PX02SN опять показывает более стабильные значения задержки. Перцентиль 99% (например, перцентиль 99% равный 27мс означает, что статистически 99% всех значений задержки не превышает отметки 27мс) и максимальные значения в сравнении с PX03SN ниже в 1,5-2 раза.

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.