Тестирование SAS SSD Seagate 1200.2 ME

15.03.16

Seagate 1200.2 и Micron S600DC

Альянс

Год назад, в феврале 2015 года Seagate и Micron объявили о подписании соглашения о стратегическом партнёрстве в области разработки твёрдотельных накопителей.^[1] Обе стороны обладают значительными ресурсами в этой сфере: Micron занимается производством чипов NAND и нескольких линеек SSD корпоративного уровня (SATA, SAS и PCI-E), Seagate так же имел опыт в создании SAS SSD, плюс к Seagate перешло подразделение компании LSI, занимавшееся разработкой контроллеров SSD и SSD-накопителей с интерфейсом PCI-E.

Первой совместной разработкой двух компаний стали накопители 2,5" Seagate 1200.2 и Micron S600DC с интерфейсом SAS3 (12 Гбит/с). Было подготовлено четыре линейки, отличающихся друг от друга ресурсом и производительностью:

• Seagate 1200.2 High Endurance (Micron S655DC): 25 DWPD, 200/400 ГБ
• Seagate 1200.2 Mainstream Endurance (Micron S650DC): 10 DWPD, 400/800/1600/3200 ГБ
• Seagate 1200.2 Light Endurance (Micron S630DC): 2–3 DWPD, 400/480/800/960/1600/1920/3200/3840 ГБ
• Seagate 1200.2 Scalable Endurance (Micron S610DC): 1 DWPD, 1920/3840 ГБ

Seagate 1200.2 Mainstream Endurance

Для данного обзора компания Seagate предоставила накопитель с партномером ST1600FM0003, что соответствует модели из линейки Mainstream Endurance объёмом 1,6 ТБ. Форм-фактор — стандартный для большинства современных SSD с интерфейсом SAS металлический корпус 2,5" высотой 15 мм.

Под крышкой корпуса Seagate 1200.2 ME находится «бутерброд» из соединённых шлейфом двух печатных плат с промежуточными теплоотводами между ними. Мы можем увидеть контроллер LSI, несколько FPGA eASIC, чипы DRAM и NAND производства Micron.

Характеристики

• Объём: 400, 800, 1600, 3200 ГБ
• Форм-фактор: 2,5", высота 15 мм
• Интерфейс: два порта SAS3.0 12 Гбит/с
• Производительность (для модели 1,6 ТБ)
  • Последовательный доступ (блок 128 КиБ): чтение — 1900 МБ/с, запись — 850 МБ/с
  • Случайный доступ (блок 4 КиБ): чтение — 200000 IOPS, запись — 80000 IOPS
  • Средняя задержка (блок 4 КиБ, случайный доступ, чтение?): 115 мкс
• Поддержка T10 DIF. Размер сектора: 512/520/528 и 4096/4160/4224 байт
• Ресурс: 10 DWPD
• Гарантийный срок: 5 лет

Подробнее — в официальной спецификации.^[2]

Управление/обслуживание

Обновление прошивки Seagate 1200.2 под Windows можно выполнить через SeaTools, под Linux — либо через проприетарную утилиту seaflashlin, либо при помощи sg_write_buffer из пакета sg3_utils.

seaflashlin удобнее в использовании:

[root@localhost seaflashlin]# ./seaflashlin_047_64 -f KohoSSD-STD-0004.LOD -d /dev/sg0
================================================================================
 Seagate Firmware Download Utility v0.4.7 Build Date: Jan 27 2016
 Copyright (c) 2016 Seagate Technology LLC, All Rights Reserved
 Fri Mar  4 14:08:22 2016
================================================================================
Flashing microcode file KohoSSD-STD-0004.LOD to /dev/sg0
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  :  !
Microcode Download to /dev/sg0 SUCCESSFUL

По умолчанию Seagate 1200.2 отформатирован с размером логического/физического сектора в 512/4096 байт (512E). Форматирование (с целью изменения размеров логического сектора), как и для других SAS SSD можно выполнить при помощи sg_format:

[root@localhost seaflashlin]# sg_format --format --size=4096 /dev/sda
    SEAGATE   ST1600FM0003      0004   peripheral_type: disk [0x0]
      << supports protection information>>
Mode Sense (block descriptor) data, prior to changes:
  Number of blocks=3125627568 [0xba4d4ab0]
  Block size=512 [0x200]

Format has started
FORMAT Complete

Результаты тестирования

Условия тестирования

Конфигурация тестового стенда:

• Процессор Intel Xeon E5-2660 V3 (10 ядер, 2,6 ГГц, HT включен)
• 32 ГБ памяти
• Системная плата Supermicro X10SRi-F (1x socket R3, Intel C612)
• SAS3 HBA Avago 9300-8i (драйвер 12.00.00.00-1, прошивка 12.00.00.00)
• CentOS Linux 7.2 X86_64 и Microsoft Windows Server 2012 R2
• Для генерации нагрузки применялся FIO версии 2.6

Тестируемое устройство:

• Seagate ST1600FM0003
• Серийный номер: ZAL1008L0000822150Z3
• Прошивка: 0004
• Объём: 1 600 321 314 816 байт (1,46 ГиБ)

Использованы модифицированные тесты из SNIA Solid State Storage Performance Test Specification Enterprise v1.1.^[5] Данная спецификация описывает алгоритмы различных тестов и формат отчетов. Ниже приведены параметры тестов и отличия от SNIA PTS:

• IOPS Test. Измеряется количество IOPS (операций ввода-вывода в секунду) для блоков различного размера (1024 КиБ, 128 КиБ, 64 КиБ, 32 КиБ, 16 КиБ, 8 КиБ, 4 КиБ, 0.5 КиБ) и случайного доступа с различным соотношением чтение/запись (100/0, 95/5, 65/35, 50/50, 35/65, 5/95, 0/100). Параметры: 16 потоков с глубиной очереди 16. Отличие от спецификации — из теста был исключён блок 0,5 КиБ (512 байт).
• 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). Отличия от спецификации:
  • исключён блок 0,5КиБ
  • вместо однопоточной нагрузки с очередями 1 и 32 нагрузка варьируется по количеству потоков (1, 2, 4, 8, 16) и глубине очереди (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128)
  • вместо соотношения 65/35 используется 70/30
  • приводятся не только средние и максимальные значения, но и перцентили 99%, 99,9% и 99,99%.
  • для выбранного значения количества потоков строятся графики зависимости задержки (99%, 99,99% и среднего значения) от IOPS для всех блоков и соотношений чтение/запись
• Write Saturation Test. Тестируется изменение производительности (IOPS и задержка) при непрерывной нагрузке (360 раундов по 1 минуте) на случайную запись блоками 4 КиБ. 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). Отличие от спецификации — вместо рекомендованной спецификацией предварительной нагрузки длительностью менее 30 раундов (минут) используется 360 раундов (минут) для обеспечения гарантированного перехода SSD в режим насыщения.

Для первых трех тестов проводится серия замеров из 25 раундов длительностью 1 минута каждый. Перед тестом производится зануление (в данном случае — форматирование через sg_format), затем — предварительная нагрузка: последовательная запись блоками 128 КиБ 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.

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

Сравнение с заявленными характеристиками:

• 4 КиБ чтение: 190 тыс. IOPS (заявлено 200)
• 4 КиБ запись: 132 тыс. IOPS (80)
• 8 КиБ чтение: 120 тыс. IOPS
• 8 КиБ запись: 95 тыс. IOPS
• 4 КиБ 65/35 чтение/запись: 161 тыс. IOPS (120^[3] для 70/30)

Seagate добросовестно указывает в спецификации производительность на запись для наихудшего сценария, при котором накопитель переходит в так называемый режим насыщения. Данный тест предполагает лишь выход на установившееся состояние после 2-кратной последовательной записи, и Seagate демонстрирует существенно большую производительность на запись в сравнении с заявленной.

SNIA PTS: throughtput test

Пропускная способность при последовательном однопоточном доступе блоками 128 КиБ с глубиной очереди 128. Сравнение с заявленными характеристиками:

• 128 КиБ последовательное чтение: 1058,4 МиБ/с, подключение через один порт (заявлено 1812^* для подключения через два порта)
• 128 КиБ последовательная запись: 887,1 МиБ/с (заявлено 810,6)

Для сравнения приведены результаты ещё трёх SSD с интерфейсом SAS3, участвовавших в предыдущих обзорах. Как и ранее, у нас нет возможности произвести двухпортовое прямое подключение к SAS HBA, из-за чего полученная производительность на чтение ограничивается пропускной способностью одного порта. Стоит учитывать, что остальные SSD, представленные на графике, имеют меньший объём (что влияет на производительность внутри одной линейки из-за уменьшения числа каналов доступа к NAND) и другой класс по ресурсу/производительности.

^*Произведён пересчёт данных, указанных в спецификации, из десятичных мегабайт (1 МБ = 10⁶ байт), в МиБ (1 МиБ = 2²⁰ байт).

SNIA PTS: latency test

Приведены значения задержки в микросекундах (средняя, максимальная и перцентили 99%, 99.99%) при одном потоке с глубиной очереди 1 в зависимости от размера блока и соотношения чтение/запись (100% чтение, 70/30 чтение/запись, 100% запись). В скобках указаны заявленные значения.

	Seagate ST1600FM0003		Intel P3608 (NVMe)		Toshiba PX02SM
Задержка	4КиБ	8КиБ	4КиБ	8КиБ	4КиБ	8КиБ
Средняя
Чтение	122 (115)	141	67	101	188	184
Запись	37 (25)	44	16	18	57	79
Чтение/запись 70/30%	164	193	92	139	252	287
99%
Чтение	147	165	125	153	673	259
Запись	44	73	31	31	108	143
Чтение/запись 70/30%	220	300	182	400	550	999
99,99%
Чтение	168	188	2832	2812	2768	526
Запись	70	90	79	86	3310	7955
Чтение/запись 70/30%	2730	2840	3096	3180	6624	7485

Для сравнения приведены результаты другого SSD с интерфейсом SAS3 аналогичного класса (10 DWPD) Toshiba PX02SM и результаты NVMe SSD Intel P3608.

Latency vs IOPS test

Данные усреднялись по четырём из 25-ти раундов длительностью 35 секунд (5 «прогревочных» + 30-секундная нагрузка) каждый. Для графиков выбрана серия значений с глубиной очереди от 1 до 128 при одном потоке.

Средняя задержка.

99% перцентиль задержки.

99,9% перцентиль задержки.

99,99% перцентиль задержки.

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

Продолжительность теста составляет 360 минут, так как переход в режим насыщения для большинства SSD происходит не позднее 180-й минуты.

Seagate 1200.2 ME снижает производительность до 75-78 тыс. IOPS, что близко к заявленным 80000.

На следующем графике представлены задержки — от среднего (в пределах каждого 60-секундного раунда) до максимума, плюс перцентили 99%, 99,9% и 99,99%. Странность заключается в том, что достаточно значительные пиковые значения задержки появляются до перехода в режим насыщения, а затем исчезают несмотря на повышение нагрузки (контроллер вынужден интенсивно заниматься сборкой мусора).

SNIA PTS: Host Idle Recovery

Графики для этого теста приведены для одной половины накопителя. Напомним, что данный тест проводится после предыдущего, т.е. накопитель находится в режиме насыщения, с небольшим запасом подготовленных для записи ячеек. Производительность на запись снижена, далее мы даём накопителю возможность восстановить её, прерывая серию из 360 раундов с непрерывной нагрузкой (чёрный цвет на графике) сериями из 360-ти раундов с увеличивающимися паузами:

• 5 секунд нагрузки + 5 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 10 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 15 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 25 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 50 секунд паузы

5-секундных пауз хватает на то, чтобы через некоторое время восстановить производительность с 75 тыс. IOPS до диапазона 105-135 тыс. С увеличением паузы стабильность производительности увеличивается — показатели приближаются к уровням «свежего» SSD.

Средняя задержка постепенно снижается и также становится стабильной.

Перцентиль 99,9%:

Перцентиль 99,99%:

Уровень пиковых задержек существенно снижается — на последнем этапе мы практически не наблюдаем выход на пределы 10 мс.

Заключение

Результатом объединения усилий Seagate и Micron стало большое семейство SSD с интерфейсом SAS и конкурентоспособными характеристиками. Seagate 1200.2 из линейки Mainstream Endurance по характеристикам не уступают по характеристикам аналогичным SSD от Toshiba (PX04SM) и HGST (1600MM).

Плюсы:

• Для тестируемой модели — высокая производительность при любых нагрузках.
• Широкий выбор моделей с разным объёмом (до 3,84 ТБ) и ресурсом (1-25 DWPD).

Минусы:

• Относительно большие пиковые значения задержки при интенсивной нагрузке на запись.

Ссылки

[1] Micron, Seagate Announce Strategic Alliance

[2] 1200.2 SAS SSD Family Datasheet

[3] Seagate 1200.2 SSD SAS Product Manual.

[4] Seagate 1200.2/Micron S600DC Enterprise SAS SSD Review. StorageReview.com.

[5] Solid State Storage (SSS) Performance Test Specification (PTS).