Тестирование SSD Samsung PM863a

05.06.18

Твердотельные накопители Samsung

По состоянию на май 2018 года линейка твердотельных накопителей корпоративного класса Samsung выглядит следующим образом:

• SAS SSD. Предназначены, в основном, для систем хранения данных, где от накопителей требуется двухпортовое подключение и возможность размещения в стандартных дисковых полках вместо SAS HDD. Модель PM1633a разбита на две серии, с ресурсом 1 и 3 DWPD. Ключевые особенности — нет моделей с повышенным ресурсом и производительностью на запись (максимум 31 тыс. IOPS), ставка делается на объём — до 15,36 ТБ.
• NVMe SSD в компактных форм-факторах M.2 и 2.5" высотой 7 мм — Samsung SM963 и PM963. Объём до 3,84 ТБ, ресурс 3,6/0,8 DWPD и производительность до 430/40 тыс. IOPS на случайное чтение/запись.
• SATA SSD. Две модели, отличающиеся производительностью на запись и ресурсом: SM863a и PM863a, последний и будет тестироваться.

Обзор PM863a

Характеристики

• Объём: 240, 480, 960, 1920, 3840 ГБ
• Форм-фактор: 2,5", высота 7 мм
• Интерфейс: SATA 3.0, 6 Гбит/с
• Заявленная производительность (для модели 960 ГБ)
  • Последовательный доступ (блок 128 КиБ): чтение — 520 МБ/с, запись — 480 МБ/с
  • Случайный доступ (блок 4 КиБ): чтение — 97 000 IOPS, запись — 24 000 IOPS
• Эмулируемый размер сектора: 512 байт (логический/физический)
• Ресурс: 1,3 DWPD (на 3 года) / 0,8 DWPD (в пересчёте на 5 лет)
• Гарантийный срок: 3 года

Официальная спецификация.

Тестирование

Условия тестирования

Конфигурация тестового стенда:

• Процессор Intel Xeon E5-2620 V4 (8 ядер, 2,1 ГГц, HT включен)
• 32 ГБ памяти
• Системная плата Supermicro X10SRi-F (1x socket R3, Intel C612)
• SAS3 HBA Broadcom 9300-8i (драйвер v15, прошивка v14)
• CentOS Linux 7.2 X86_64
• Для генерации нагрузки применялся FIO версии 3.6

Тестируемое устройство:

• Samsung PM963a 960 ГБ (MZ7LM960HMJP)
• Прошивка: GXT5104Q
• Объём: 960 197 124 096 байт (894 ГиБ)^*

^*1 ГиБ = 2³⁰ байт, 1 ГБ = 10⁹ байт.

Использованы модифицированные тесты из SNIA Solid State Storage Performance Test Specification Enterprise v1.1. 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 8. 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 1 МиБ и 128 КиБ.
• Latency Test. Измеряется значение средней и максимальной задержки для различных размеров блока (8 КиБ, 4 КиБ, 0,5 КиБ) и соотношений чтение/запись (100/0, 65/35, 0/100) при минимальной глубине очереди (1 поток с QD=1). Отличия от спецификации:
  • исключён блок 0,5 КиБ
  • вместо однопоточной нагрузки с очередями 1 и 32 нагрузка варьируется по количеству потоков (1, 2, 4) и глубине очереди (1, 2, 4, 8, 16, 32) для СХД, массивов, одиночных накопителей SAS и SATA. Для NVMe и all-flash конфигураций используется большее количество потоков с глубиной очереди до 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 (1200 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.

Для первых трех тестов проводится серия замеров из 25 раундов длительностью 1 минута каждый. Перед тестом производится зануление (в данном случае — secure erase при помощи утилиты Micron msecli), 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.

Samsung SSD DC Toolkit

Стандартный метод выполнения secure erase через hdparm для Samsung PM863a не подходит. Для данной операции необходимо использовать утилиту от Samsung под названием Samsung SSD DC Toolkit:

  [root@localhost usr]# samsung -E -d 4:0:0
  ================================================================================================
  Samsung SSD DC Toolkit RC3 Version 1.0.0
  Copyright (C) 2016 SAMSUNG Electronics Co. Ltd. All rights reserved.
  ================================================================================================
  ------------------------------------------------------------------------------------------------
  Disk Number: 4:0:0 | Model Name: SAMSUNG MZ7LM960HMJP-00005 | Firmware Version: GXT5104Q
  ------------------------------------------------------------------------------------------------
    [[ WARNING ]]

    All data on disk will be erased and cannot be recovered,
    Please take a back up of any data if necessary.
    Continue Secure Erase ? [ yes ]: yes
  ------------------------------------------------------------------------------------------------
  ------------------------------------------------------------------------------------------------
  Completed [ 100% ]
  [Erase] Secure Erase completed successfully, Data loss has occurred, Re-configure the RAID

Эта же утилита используется для увеличения резервной области (дополнительный over provisioning), обновления прошивки и получения атрибутов SMART (другие утилиты для работы со SMART тоже работают):

[root@localhost usr]# samsung -I -d 4:0:0
================================================================================================
Samsung SSD DC Toolkit RC3 Version 1.0.0
Copyright (C) 2016 SAMSUNG Electronics Co. Ltd. All rights reserved.
================================================================================================
------------------------------------------------------------------------------------------------
Disk Number: 4:0:0 | Model Name: SAMSUNG MZ7LM960HMJP-00005 | Firmware Version: GXT5104Q
------------------------------------------------------------------------------------------------
Over Provision          | Write Cache             | Max address             | SCT Write Cache
------------------------------------------------------------------------------------------------
N/A                     | Enabled                 | 1875385008              | Not in effect
------------------------------------------------------------------------------------------------
SATA Phy Speed          | WWN                     | Power Status            |
------------------------------------------------------------------------------------------------
6.0Gb/s                 | 5002538c404d133b        | Active or Idle          |
------------------------------------------------------------------------------------------------

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

Табличные данные:

Размер блока, КиБ	Чтение/запись
	0/100	5/95	35/65	50/50	65/35	95/5	100/0
4	54161	45887	53392	59578	56342	79974	81957
8	34159	24609	28750	30150	31543	47301	50228
16	14088	11637	14496	16456	16071	25925	27922
32	5810	5197	7173	8124	7926	13034	14920
64	3577	2893	3766	3958	3759	6778	7852
128	1738	1652	1966	2120	2039	3552	4063
1024	433	358	309	299	312	459	523

Без выхода в режим насыщения (см. Write Saturation Test) PM863a демонстрирует отличную для SATA SSD с небольшим ресурсом производительность на запись. Полученные 75 тыс. IOPS на чтение не дотягивают до заявленных значений, но это тоже хороший показатель. Возможно, стоило провести повторный тест с подключением через чипсетный SATA-порт, но из-за ограниченных сроков тестирования сделать этого не удалось.

SNIA PTS: throughtput test

Пропускная способность при последовательном доступе блоками 128 КиБ и 1 МиБ, 8 потоков с глубиной очереди 16 на каждый поток.

Данные:

• 128 КиБ последовательное чтение: 520,5 МиБ/с
• 128 КиБ последовательная запись: 484,65 МиБ/с
• 1 МиБ последовательное чтение: 520,97 МиБ/с
• 1 МиБ последовательная запись: 490,97 МиБ/с

Тестирование производительности последовательного доступа для современных SATA SSD постепенно теряет смысл. Чтение вплотную приближается к пределу пропускной способности интерфейса SATA 3, запись тоже не отстаёт, даже у SSD класса read intensive.

SNIA PTS: latency test

Приведены значения задержки в микросекундах (средняя, и перцентили 99%, 99,9%, 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).

	Samsung PM863a 960 ГБ
Задержка	4 КиБ	8 КиБ
Средняя
Чтение	160	178
Запись	53	65
Чтение/запись 70/30%	246	321
99%
Чтение	202	215
Запись	101	146
Чтение/запись 70/30%	848	1574
99,9%
Чтение	215	228
Запись	117	177
Чтение/запись 70/30%	1998	2353
99,99%
Чтение	228	240
Запись	134	193
Чтение/запись 70/30%	2668	2842

Samsung PM863a отлично контролирует уровень задержки на чтение, задержка растёт лишь при появлении смешанной нагрузки. Традиционно низкая практически для всех накопителей задержка на запись при глубине очереди 1 практически не имеет отношения к характеристикам накопителя, так как при такой нагрузке запись производится в DRAM-кэш. В целом, PM863a демонстрирует QoS задержки заметно лучше, чем тестировавшийся ранее Micron 5100 ECO.

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 32 при 1–4 потоках (хотя для накопителей SATA достаточно максимальной глубины очереди 32 при одном потоке). По мере увеличения глубины очереди растёт задержка, и по подобному графику можно оценить не просто абстрактное число IOPS, а производительность с учётом задержки.

Средняя задержка.

99,99% перцентиль задержки.

Samsung PM863a демонстрирует ожидаемое для современного серверного SSD класса read intensive поведение. Производительность хорошо масштабируется при росте глубины очереди при 100% чтении и в смешанной нагрузке, но случайный доступ на запись даётся накопителю с большим трудом.

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

Рост объёмов современных SSD вынуждает увеличивать продолжительность данного теста. Стандартных 360 минут уже не достаточно для выхода в режим насыщения — тест был увеличен до 1200 минут.

При непрерывной нагрузке на запись по мере исчерпания запаса подготовленных для записи блоков Samsung PM863a снижает производительность с 68 до заявленных 24 тыс. IOPS.

На следующем графике представлены задержки — от среднего (в пределах каждого 60-секундного раунда) до максимума, плюс перцентили 99%, 99,9% и 99,99%. Задержка растёт пропорционально падению IOPS, никаких больших пиковых значений задержки не наблюдается. Напомним, что в данном случае тестирование осуществляется в 8 потоков с глубиной очереди 16 на каждый поток.

Заключение

Появление относительно недорогих NVMe-накопителей снижает интерес к SATA SSD форм-фактора 2.5", так что производители отреагировали на этот тренд, сконцентрировавшись на классе read intensive, сравнительно недорогих накопителях с ресурсом менее 1 DWPD. У таких накопителей остаётся по-прежнему масса плюсов: совместимость с большим количеством систем (контроллеры, материнские платы, корпуса), большой объём, отсутствие проблем с охлаждение (в отличие от M.2) и достаточный уровень производительности. SSD Samsung PM863a показал себя вполне достойно на фоне конкурентов от Micron (Crucial) и Intel.

Если вам нужен существенно больший (в несколько раз) ресурс на запись, то стоит обратить внимание на линейку Samsung SM863a.