Заказ звонка

*
*
Защита от автоматических сообщений
CAPTCHA
Введите слово на картинке*

Новые SSD Seagate Nytro

08.04.20

В данном обзоре представлены сразу три серверных твердотельных накопителя от компании Seagate: два с интерфейсом SATA и один SAS, существенно отличающийся от первых двух по производительности:

  • Seagate Nytro 1331, 960 ГБ, 1 DWPD
  • Seagate Nytro 1351, 960 ГБ, 3 DWPD
  • Seagate Nytro 3331, 1920 ГБ, 1 DWPD

Серверные SSD Seagate

Бренд Seagate раньше ассоциировался исключительно с жёсткими дисками, но опыт в разработке твердотельных накопителей у компании накопился достаточно большой. В том числе за счет приобретений — шесть лет назад был куплен у Avago флеш-бизнес LSI, в том числе контроллеры SandForce и PCIe-накопители WarpDrive1. Успешным был и партнёрский проект с Micron, благодаря которому появились накопители Seagate 1200.2 с интерфейсом SAS2.

В 2020 году портфолио серверных твердотельных накопителей Seagateсостоит из трёх категорий, объединённых под общим брендом Nytro:

  • Nytro SAS. Пока ещё сохраняется линейка Nytro 3000 2018 года на основе памяти 3D eMLC, но сейчас её вытесняет Nytro 3031 на основе 3D TLC NAND от Toshiba. Модельный ряд очень широкий: 4 категории (3131, 3331, 3531, 3731) по ресурсу (0.8, 1, 3 и 10 DWPD), объёмы от 400 ГБ до 15 терабайт — в общей сложности 15 моделей, если не учитывать разновидности с самошифрованием. В этом обзоре мы подробно изучим одну из моделей новой линейки — Nytro 3331 объёмом 1920 ГБ.
  • Nytro SATA. Здесь всего две категории по ресурсу, на 1 и 3 DWPD (Nytro 1331 и 1351 соответственно), но сохраняется большой выбор по объёмам — от 240 ГБ до 3,84 ТБ. Сегодня мы сравним два накопителя одинакового объёма разных моделей.
  • Nytro NVMe. Накопители форм-факторов M.2 и U.2 (2.5"), двух категорий с 0.3 и 1.5 DWPD.

Seagate Nytro 1351 и 1551

Новая линейка серверных накопителей с интерфейсом SATA использует 64-слойную NAND-память TLC от компании Toshiba. Предлагается 1 или 3 перезаписи в день и пять вариантов по объёму: 240, 480, 960, 1920, 3840 ГБ. Заявленная производительность на запись зависит от объёма, на средних моделях составляет примерно 40 тыс. IOPS — это существенный шаг вперёд в сравнении с предыдущей линейкой Seagate XF1200. Все накопители в линейке снабжены защитой от аварийного отключения питания. Прямыми конкурентами новых SATA-накопителей Seagate являются: Intel S4510/S4610, Micron 5200/5300, Kingston DC500R/DC500M.

В качестве ключевой особенности Seagate упоминает технологию DuraWrite, использующую «сжатие без потерь» для увеличения производительности на запись (до 3.5 раз в сравнении с конкурентами согласно заявлению Seagate) и экономии ресурса NAND. Мы не знаем, зачем упомянуто именно «сжатие без потерь» (кому нужно сжатие критически важных данных с потерями?), но действительно, предварительное сжатие данных контроллером перед записью в NAND имеет смысл. Данная технология применялась ещё в первых накопителях с интерфейсом PCIe производства LSI и продемонстрировала прирост производительности как в синтетических тестах (производительность на запись линейно росла при увеличении сжимаемости блоков вплоть до 50%), так и в OLTP-нагрузках (среднестатистическая сжимаемость данных в СУБД составляет 10—20%). Тестирование, проведенное компанией Demartek, показало хорошие результаты на сжимаемых данных. При написании обзоров накопителей нас, в первую очередь, интересует чистая производительность, так что все тесты проводятся на несжимаемых данных — FIO генерирует псевдослучайную последовательность для каждого нового блока записываемых данных. К сожалению, текущая обстановка не позволила провести дополнительные тесты на сжимаемых блоках. В ближайшее время эти тесты будут проведены, статья будет дополнена соответствующими графиками.

Характеристики модели 960 ГБ 1331 и 1351

  • Форм-фактор: 2,5", высота 7 мм
  • Интерфейс: SATA 3.0, 6 Гбит/с
  • Заявленная производительность
    • Последовательный доступ: чтение — 564/564 МБ/с, запись — 536/537 МБ/с
    • Случайный доступ (блок 4 КиБ): чтение — 93000/93000 IOPS, запись — 22000/59000 IOPS
    • Средняя задержка (блок 4 КиБ, QD=1): чтение — 153/148 мкс, запись — 58/38 мкс
  • Эмулируемый размер сектора: 512/4096 байт (логический/физический)
  • Ресурс: 1/3 DWPD
  • Гарантийный срок: 5 лет

Подробные характеристики всех накопителей в линейке приведены в официальной спецификации. В этом документе упоминается, что показатели получены для данных с сжимаемостью 20%. Тестирование в True System проводилось для несжимаемых данных. В ближайшее время мы проведем дополнительные тесты на блоках с сжимаемостью в 20%.

Серверные SSD Seagate с интерфейсом SAS

Твердотельные накопители с интерфейсом SAS обеспечивают гораздо большую производительность. Связано это не только с интерфейсом (хотя пропускная способность SAS и особенности работы протокола тоже имеют значение), но в первую очередь — с форм-фактором. Толщина корпуса в 15 мм позволяет разместить более производительный контроллер с большим тепловыделением. Несмотря на появление накопителей NVMe интерфейс SAS всё ещё востребован в решениях, требующих размещения большого объёма быстрого флеша: в классических системах хранения данных и серверах без возможности подключения NVMe.

Верхняя часть корпуса накопителя выполнена из алюминия толщиной около 1,5 мм. Под тонкой нижней стальной крышкой находится печатная плата.

Контроллер, память DRAM, часть NAND размещена на верхней стороне платы, остальные микросхемы NAND на нижней. К ней прижат небольшой плоский радиатор, который через термопасту продольным ребром передаёт тепло на верхнюю крышку корпуса.

При сравнении со старым накопителем Seagate 1200.2 наглядно виден эффект более плотной упаковки NAND-памяти и совершенствования контроллеров. При том же «сыром» объёме накопитель на базе MLC потребовал применения более громоздкой конструкции из двух печатных плат.

Характеристики Nytro 3331 1920 ГБ

  • Форм-фактор: 2,5", высота 15 мм
  • Интерфейс: SAS 3, 12 Гбит/с
  • Заявленная производительность (при однопортовом доступе)
    • Последовательный доступ: чтение — 1100 МБ/с, запись — 1000 МБ/с
    • Случайный доступ (блок 4 КиБ): чтение — 180 000 IOPS, запись — 80 000 IOPS
  • Эмулируемый размер сектора: 512/4096 байт (логический/физический)
  • Ресурс: 1 DWPD
  • Гарантийный срок: 5 лет

Подробные характеристики всех накопителей в линейке приведены в официальной спецификации. В документе указаны условия тестирования производительности последовательного и случайного доступа: глубина очереди 32 на порт и тестирование «в начале срока эксплуатации». Не совсем ясно, означает ли это отсутствие предварительной нагрузки (preconditioning'а) или речь идёт просто о возможном снижении производительности при деградации ячеек и уменьшении резервной области. Обратите внимание, что характеристики в нашей статье приведены для однопортового доступа. В системах, обеспечивающих доступ к накопителям через два порта SAS (т.н. dual-domain SAS, с доступом через два SAS-экспандера), производительность будет выше. Например, для Nytro 3331 объёмом 1920 ГБ заявлено последовательное чтение со скоростью 2200 МБ/с вместо 1100 МБ/с.

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)
  • SAS HBA Broadcom 9300-8i
  • Arch Linux, ядро 5.5.8
  • Для генерации нагрузки применялся FIO версии 3.19
Тестируемые устройства:
  • Seagate Nytro 1351 960 ГБ (XA960LE10063)
  • Прошивка: SF441121
  • Объём: 960 197 124 096 байт (894 ГиБ)
  • Seagate Nytro 1551 960 ГБ (XA960ME10063)
  • Прошивка: SF442147
  • Объём: 960 197 124 096 байт (894 ГиБ)
  • Seagate Nytro 3331 960 ГБ (XS1920SE70004)
  • Прошивка: 0004
  • Объём: 1 920 383 410 176 байт (1788,5 ГиБ)

Использованы модифицированные тесты из SNIA Solid State Storage Performance Test Specification v2.0.1. 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%.
    • для выбранного значения количества потоков строятся графики зависимости задержки (99%, 99,9% 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 hdparm, для накопителей SAS — форматирование при помощи 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)

Данный тест не предусматривает выхода в режим насыщения, так что результаты производительности на запись оказываются существенно выше заявленных и приблизительно соответствуют нагрузке с небольшой долей записи.

Seagate Nytro 1351

Табличные данные:
Размер блока, КиБ Чтение/запись
0/1005/95 35/65 50/50 65/35 95/5 100/0
4 65315 61975 44444 44786 49390 61940 69348
8 46218 45329 39197 35860 36006 41629 45621
16 27206 26360 23172 21725 23748 26198 27110
32 14769 13601 11531 10440 12870 14340 14272
64 7804 7511 6793 5947 7035 7692 7747
128 4019 3878 3187 3134 3571 4071 4114
1024 513 488 430 421 458 536 542

Seagate Nytro 1551

Табличные данные:
Размер блока, КиБ Чтение/запись
0/1005/95 35/65 50/50 65/35 95/5 100/0
4 65936 62126 45769 44580 49728 62219 69764
8 46266 45711 39453 36933 35906 41791 45848
16 27220 26805 23108 22179 23866 26153 27135
32 14794 13567 11492 10956 12778 14339 14271
64 7814 7523 6793 6516 6953 7669 7745
128 4016 3863 3164 3166 3531 4073 4114
1024 513 486 432 427 467 536 542

Оба накопителя демонстрируют практически одинаковую и достаточно высокую производительность во всех нагрузках этого теста. Но при этом производительность на чтение далека от заявленных 93000 IOPS.

Seagate Nytro 1551

Табличные данные:
Размер блока, КиБ Чтение/запись
0/1005/95 35/65 50/50 65/35 95/5 100/0
4 189965 173382 194379 217491 222164 234802 242854
8 125316 111799 117518 137415 137067 128426 128138
16 65106 51062 56774 77755 77464 67892 65880
32 33098 25458 29728 40332 29773 33892 33390
64 13814 13995 16119 18744 20789 17423 16829
128 7369 7584 8296 9957 11665 8796 8433
1024 985 1017 834 858 858 820 826

Nytro 3331 с интерфейсом, помимо существенно более высокого уровня производительности в сравнении с SATA-собратьями, но и не отклоняется в меньшую сторону от заявленных характеристик — при 180 тысячах IOPS в спецификации накопитель демонстрирует 242 тысячи. Это даже больше, чем заявлено при двухпортовом подключении.

SNIA PTS: throughtput test

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

Seagate Nytro 1331:

  • 128 КиБ последовательное чтение: 455,6 МиБ/с
  • 128 КиБ последовательная запись: 500,3 МиБ/с
  • 1 МиБ последовательное чтение: 408,5 МиБ/с
  • 1 МиБ последовательная запись: 502,1 МиБ/с

Seagate Nytro 1351:

  • 128 КиБ последовательное чтение: 453,5 МиБ/с
  • 128 КиБ последовательная запись: 499,1 МиБ/с
  • 1 МиБ последовательное чтение: 426,4 МиБ/с
  • 1 МиБ последовательная запись: 499,9 МиБ/с

Seagate Nytro 3331:

  • 128 КиБ последовательное чтение: 834,7 МиБ/с
  • 128 КиБ последовательная запись: 959,1 МиБ/с
  • 1 МиБ последовательное чтение: 1054,1 МиБ/с
  • 1 МиБ последовательная запись: 850,4 МиБ/с

SATA-накопители Nytro 1331 и 1351 снова отстают от заявленных характеристик на чтение, на этот раз при последовательном доступе. Сжимаемость данных на чтение никакого влияния не оказывает, в качестве причин остаётся наличие предварительной нагрузки — возможно, сборка мусора снижает производительность накопителя, в том числе на чтение.

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.

Seagate Nytro 1351

Средняя задержка:

99.9%-перцентиль задержки:

Seagate Nytro 1551

Средняя задержка:

to do

99.9%-перцентиль задержки:

Мы снова наблюдаем практически идентичное поведение накопителей 1331 и 1351. Задержка при минимальной очереди оказалась выше заявленной, но тут необходимо провести повторный тест в соответствии с условиями, упомянутыми Seagate в спецификации — использовать блоки с сжимаемостью в 20%. Использование таких блоков приведёт к тому, что на стадии предварительной нагрузки объём данных, фактически записанный в NAND будет существенно меньше. Как следствие, у накопителя останется больший резерв подготовленных для записи ячеек, и производительность в последующих тестах, в том числе со смешанной нагрузкой, должна быть выше.

Если сравнить Nytro 1000-й серии с другими накопителями на базе 3D-TLC NAND, например, Kingston DC500, то мы увидим, что даже младшая модель DC500R ведёт себя чуть лучше при смешанных нагрузках, но накопители Seagate существенно лучше справляются с записью.

Seagate Nytro 3331

Средняя задержка:

99.9%-перцентиль задержки:

Nytro 3331 демонстрирует наглядно демонстрирует преимущество в смешанных нагрузках. Если при 100% чтении мы можем говорить о том, что при небольшой нагрузке накопители Nytro 1000 и 3000 могут продемонстрировать сопоставимые результаты (30—40 тыс. IOPS при задержке менее 200 мкс), то при добавлении 30% записи картина меняется: Nytro 3331 обеспечивает практически в несколько раз меньший уровень задержки.

Дополнение: Latency vs IOPS test на сжимаемых данных

Для всех тестируемых накопителей тест был повторён. Необходимо было воспроизвести условия тестирования с учётом работы технологии DuraWrite. На этот раз вместо полностью случайных данных содержимое для каждого блока генерировалось с сжимаемостью в 20% (т. е. до 80% от исходного объёма). Результат для SATA-накопителей: производительность на 100%-запись выросла почти в 2 раза при снижении задержки на порядок, в смешанных нагрузках (чтение+запись 30/70%) — в 1,5 раза.

1351, средняя задержка:

1351, 99.9%-перцентиль задержки:

1551, средняя задержка:

1551, 99.9%-перцентиль задержки:

Мы вновь видим, что 1351 и 1551 практически идентичны по производительности в синтетических тестах. Так что выборать между ними придётся исключительно исходя из требований к ресурсу.

Для Nytro 3331 увеличение сжимаемости данных не оказало никакого влияния. Очевидно, что в накопителях линейки 3031 сжатие данных не применяется. При этом производительность этих накопителей всё равно остаётся выше, чем у младшей линейки с интерфейсом SATA.

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

В предыдущих тестах мы уже отметили, что оба SATA-накопителя практически не отличимы друг от друга по производительности. В тесте с насыщением записью эта картина, казалось бы, должна измениться, так как существенную разницу в заявленном ресурсе (1 и 3 DWPD) нужно чем-то обеспечить — увеличением резервной области, применением другой разновидности NAND, увеличением объёма DRAM-кэша. Но этого не произошло — графики практически совпадают, и заявленные 68 тысяч IOPS одинаково превращаются в 25. Напомним, что «на бумаге» разница должна быть. Seagate заявляет 22 и 59 тысяч IOPS, но из методики тестирования указывает только сжимаемость данных в 20%.

Дополнительную «резвость» на запись накопителю может придать увеличение резервной области. Мы уменьшили доступный объём для Nytro 1551 с 960 до 900 ГБ при помощи hdparm. Результат на графике IOPS представлен синим цветом. Как видите, появился существенный прирост, уровень падает до 33 тысяч IOPS.

Графики задержки ведут себя аналогичным образом. Дополнительный overprovisioning для Nytro 1551 помогает пропорционально снизить уровень задержки. Но она по-прежнему выглядит не очень стабильно: перцентиль 99.99% демонстрирует периодические с многократным ростом. Такое поведение вполне ожидаемо от бюджетных накопителей, не предназначенных для экстремальной нагрузки на запись, но некоторым конкурентам удаётся обойтись без этих пиков.

Nytro 1351:

Nytro 1551:

Nytro 1551 с дополнительным OP (900 ГБ):

Если вам нужна быстрая запись с минимальной задержкой, то лучше рассматривать накопители с интерфейсом SAS. IOPS'ы снижаются до 80000, что полностью соответствует документации. Но главное — задержка ведет себя гораздо скромнее: выше производительность контроллера, больше объём кэша, больше каналов подключения NAND.

Nytro 3331:

SNIA PTS: Host Idle Recovery (HIR)

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

Nytro 3331:

Для большинства накопителей график HIR выглядит так: после предварительной нагрузки производительность снижается, затем при добавлении пауз восстанавливается, снова снижаясь в периоды непрерывной нагрузки (см. тест Toshiba PX05). Скорость восстановления уровня производительности зависит от реализации алгоритма сборки мусора контроллером и приоритета этой задачи — важно не только своевременно подготовить блоки для записи, но и успеть обработать нагрузку.

Nytro 3331 ведёт себя не совсем обычно: в середине третьего раунда нагрузки с паузами по 15 секунд накопитель немного, приблизительно на 15%, снижает производительность. Дополнительная ступенька образуется после предпоследнего раунда непрерывной нагрузки.

Применение многослойной TLC памяти требует изменения алгоритмов сборки мусора, но даже в этом случае при экстремальных нагрузках на запись не удаётся сохранить низкий уровень задержки в сравнении с накопителями на основе MLC. Например, Toshiba PX05SR с аналогичным ресурсом в 1 DWPD три года назад демонстрировал в данном тесте гораздо меньшую дисперсию значения задержки — основная масса запросов обрабатывалась с задержкой не более 8 мс.

Заключение

Обе линейки новых твердотельных накопителей получились у Seagate достаточно удачными. Накопители Nytro 1000 ограничены по производительности интерфейсом SATA и компактным корпусом, зато Nytro 3031 демонстрируют типично высокий для накопителей с интерфейсом SAS уровень производительности в несколько сотен тысяч IOPS на чтение, достаточно высокую для данного класса скорость записи при низкой задержке.

Сжатие данных (технология DuraWrite) действительно оказывает существенное влияние на производительность записи накопителей Nytro 1331 и 1351.

Примечания

  1. Пресс-релиз Seagate, 2014.
  2. Обзор одной из моделей Seagate линейки 1200.2 мы публиковали в 2016 году.

Вернуться к списку

0
Посетитель
Добрый день. У Вас ошибка в моделях SSD? У Вас упоминается 1331 и 1351, но на сайте 1351 (1DWPD) и 1551 (3DWPD)
https://www.seagate.com/ru/ru/enterprise-storage/nytro-drives/nytro-sata-ssd/
Ответить Цитировать 0

Контакты:

  • Адрес: 115487, г. Москва, ул. Нагатинская, дом 16 (Метро "Нагатинская")
  • Телефон: (495) 747-3113
  • Факс: (495) 747-3112
  • Гарантийный отдел: (495) 747-3113 (доб. 333, 304)
  • Отдел продаж: (495) 747-3113
© 2006-2020 True System inc