KIOXIA CM6 PCIe 4.0 SSD-Test

NVMe-SSDs haben sich durchweg als Spitzenreiter durchgesetzt. Sie begannen mit großen Sprüngen gegenüber SAS- und SATA-Laufwerken, konnten aber in den letzten Jahren mit jeder Iteration langsam etwas mehr Leistung erzielen. Bei PCIe 3.0 gibt es eine Obergrenze und die aktuellen Laufwerke erreichen diese. Aber jetzt, mit den AMD EPYC 7002-CPUs der zweiten Generation, ist PCIe 4.0 da und KIOXIA nutzt es mit den CM6-SSDs.

NVMe-SSDs haben sich durchweg als Spitzenreiter durchgesetzt. Sie begannen mit großen Sprüngen gegenüber SAS- und SATA-Laufwerken, konnten aber in den letzten Jahren mit jeder Iteration langsam etwas mehr Leistung erzielen. Bei PCIe 3.0 gibt es eine Obergrenze und die aktuellen Laufwerke erreichen diese. Aber jetzt mit der zweiten Generation AMD EPYC 7002-CPUs, PCIe 4.0 ist da und KIOXIA nutzt es mit den CM6-SSDs.

KIOXIA kündigte die neuen PCIe 4.0-Laufwerke CM6 und CD6 als Demo auf dem letzten Flash Memory Summit an, damals in längst vergessenen Zeiten physischer Veranstaltungen. Damals handelte es sich um die ersten PCIe 4.0-SSDs, und zum jetzigen Zeitpunkt ist die CM6-SSD-Serie möglicherweise immer noch eine der wenigen, wenn auch nur PCIe 4.0-SSDs für Unternehmen. Die große Sache mit den neuen Laufwerken wird eine höhere Leistung sein: Sie soll bis zu 6.9 GB/s und 1.4 Millionen IOPS beim Lesen erreichen. Das sind einige beeindruckende theoretische Zahlen. Die Laufwerke verfügen außerdem über In-Band-NVMe-MI, persistentes Ereignisprotokoll und Namespace-Granularität.

Der KIOXIA CM6 hat einen U.3-Formfaktor und ist SFF-TA-1001-konform, sodass er in Tri-Mode-fähigen Backplanes verwendet werden kann. Der CM6 ist in einer breiten Palette von Kapazitäten erhältlich, die von 800 GB bis hin zu 30.72 TB reichen. Die Laufwerke sind je nach Benutzeranforderungen in einer leseintensiven (CM6-R) und einer gemischten (CM6-V) Ausführung erhältlich. Zusätzlich zu den anwendungsfallspezifischen Modellen gibt es eine Vielzahl sicherer Versionen, darunter ein Sanitize Instat Erase (SIE), ein Self-Encrypting Drive (SED) und ein FIPS 140-2 (Level 2)-Modell. Das Laufwerk verfügt über zwei Ports, um auch eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten.

Für diesen Test betrachten wir einen KIOXIA CM6-V mit 6.4 TB Kapazität.

KIOXIA CM6 PCIe 4.0 Spezifikationen

Kennzahlen

Testbed

Unsere neuen PCIe Gen4 Enterprise SSD-Testberichte nutzen a Lenovo Think System SR635 für Anwendungstests und synthetische Benchmarks. Das ThinkSystem SR635 ist eine gut ausgestattete Single-CPU-AMD-Plattform, die eine CPU-Leistung bietet, die weit über das hinausgeht, was zur Belastung von leistungsstarkem lokalem Speicher erforderlich ist. Es ist auch die einzige Plattform in unserem Labor (und derzeit eine der wenigen auf dem Markt) mit PCIe Gen4 U.2-Schächten. Synthetische Tests erfordern nicht viele CPU-Ressourcen, nutzen aber dennoch dieselbe Lenovo-Plattform. In beiden Fällen besteht die Absicht darin, den lokalen Speicher im bestmöglichen Licht zu präsentieren, das mit den maximalen Laufwerksspezifikationen des Speicheranbieters übereinstimmt.

PCIe Gen4 Synthese- und Anwendungsplattform (Lenovo ThinkSystem SR635)

• 1 x AMD 7452 (2.35 GHz x 32 Kerne)
• 8 x 64 GB DDR4-3200 MHz ECC-DRAM
• CentOS 7.7 1908
• ESXi 6.7u3

PCIe Gen3-Anwendungsplattform (Lenovo Think System SR850)

• 4 x Intel Platinum 8160 CPU (2.1 GHz x 24 Kerne)
• 16 x 32 GB DDR4-2666 MHz ECC-DRAM
• 2 x RAID 930-8i 12 Gbit/s RAID-Karten
• 8 NVMe-Schächte
• VMware ESXI 6.7u3

Synthetische PCIe Gen3-Plattform (Dell PowerEdge R740xd)

• 2 x Intel Gold 6130 CPU (2.1 GHz x 16 Kerne)
• 4 x 16 GB DDR4-2666 MHz ECC-DRAM
• 1x PERC 730 2GB 12Gb/s RAID-Karte
• Add-in-NVMe-Adapter
• Ubuntu-16.04.3-desktop-amd64

Da es sich um die erste Reihe von Rezensionen auf einer neuen Plattform handelt, haben wir frühere Fahrergebnisse einbezogen, die nahe beieinander liegen, aber nicht zu 100 % vergleichbar sind, da sie auf einer älteren Plattform getestet wurden. Unsere synthetischen Testunterschiede werden keine großen Abweichungen in den Ergebnissen hervorrufen, aber die Anwendungs-Workloads, die auf der Single-CPU-Plattform von AMD und der Quad-CPU-Intel-Plattform ausgeführt werden, können bis zu einem gewissen Grad variieren. In unseren MySQL-Tests lag zwar eines der neuen KIOXIA-Produkte der 4. Generation an der Spitze, aber beim SQL-Server war die Latenz durchschnittlich. Mit nur zwei Gen4-Laufwerken, die wir veröffentlichen konnten, verfügen wir nicht über eine nennenswerte Menge vergleichbarer Daten, aber es ist etwas, das man bei der Betrachtung dieser Ergebnisse zur Kenntnis nehmen sollte. Wir haben auch unsere synthetischen Tests intensiviert, um die Vorteile der schnelleren SSDs zu nutzen, und zeigen nun Testergebnisse mit höheren Spitzen-Thread-Anzahlen.

Hintergrund und Vergleiche testen

Die StorageReview Enterprise Test Lab bietet eine flexible Architektur für die Durchführung von Benchmarks für Unternehmensspeichergeräte in einer Umgebung, die mit der Umgebung vergleichbar ist, die Administratoren in realen Bereitstellungen vorfinden. Das Enterprise Test Lab umfasst eine Vielzahl von Servern, Netzwerken, Stromkonditionierungs- und anderen Netzwerkinfrastrukturen, die es unseren Mitarbeitern ermöglichen, reale Bedingungen zu schaffen, um die Leistung während unserer Überprüfungen genau zu messen.

Wir integrieren diese Details zur Laborumgebung und zu den Protokollen in Überprüfungen, damit IT-Experten und diejenigen, die für die Speicherbeschaffung verantwortlich sind, die Bedingungen verstehen können, unter denen wir die folgenden Ergebnisse erzielt haben. Keine unserer Bewertungen wird vom Hersteller der von uns getesteten Geräte bezahlt oder überwacht. Weitere Details zum StorageReview Enterprise Test Lab und einen Überblick über seine Netzwerkfähigkeiten finden Sie auf den jeweiligen Seiten.

Analyse der Anwendungsauslastung

Um die Leistungsmerkmale von Unternehmensspeichergeräten zu verstehen, ist es wichtig, die Infrastruktur und die Anwendungs-Workloads in Live-Produktionsumgebungen zu modellieren. Unsere Benchmarks für den KIOXIA CM6 sind daher die MySQL OLTP-Leistung über SysBench und Microsoft SQL Server OLTP-Leistung mit einer simulierten TCP-C-Arbeitslast. Für unsere Anwendungs-Workloads werden auf jedem Laufwerk vier identisch konfigurierte VMs ausgeführt.

SQL Server-Leistung

Jede SQL Server-VM ist mit zwei vDisks konfiguriert: einem 100-GB-Volume für den Start und einem 500-GB-Volume für die Datenbank und Protokolldateien. Aus Sicht der Systemressourcen haben wir jede VM mit 8 vCPUs und 64 GB DRAM konfiguriert und den LSI Logic SAS SCSI-Controller genutzt. Während unsere zuvor getesteten Sysbench-Workloads die Plattform sowohl in Bezug auf Speicher-I/O als auch in Bezug auf die Kapazität ausgelastet haben, wird beim SQL-Test nach der Latenzleistung gesucht.

Dieser Test verwendet SQL Server 2014, das auf Windows Server 2012 R2-Gast-VMs ausgeführt wird, und wird durch Quests Benchmark Factory für Datenbanken belastet. StorageReviews Microsoft SQL Server OLTP-Testprotokoll verwendet den aktuellen Entwurf des Benchmark C (TPC-C) des Transaction Processing Performance Council, einen Online-Transaktionsverarbeitungs-Benchmark, der die Aktivitäten in komplexen Anwendungsumgebungen simuliert. Der TPC-C-Benchmark kommt der Messung der Leistungsstärken und Engpässe der Speicherinfrastruktur in Datenbankumgebungen näher als synthetische Leistungsbenchmarks. Jede Instanz unserer SQL Server-VM für diese Überprüfung verwendet eine SQL Server-Datenbank mit 333 GB (Maßstab 1,500) und misst die Transaktionsleistung und Latenz unter einer Last von 15,000 virtuellen Benutzern.

SQL Server-Testkonfiguration (pro VM)

• Windows Server 2012 R2
• Speicherbedarf: 600 GB zugewiesen, 500 GB genutzt
• SQL Server 2014

• • Datenbankgröße: Maßstab 1,500
  • Virtuelle Client-Auslastung: 15,000
  • RAM-Puffer: 48 GB

• Testdauer: 3 Stunden

• • 2.5 Stunden Vorkonditionierung
  • 30-minütiger Probezeitraum

Bei unserem SQL Server-Transaktions-Benchmark belegte der KIOXIA CM6 mit 12,633.6 TPS den vierten Gesamtrang, obwohl er nur 10.6 TPS unter dem Spitzenreiter lag.

Bei der durchschnittlichen SQL Server-Latenz hatte die CM6 eine durchschnittliche Latenz von 5.5 ms, genau wie die CD6-SSD ihres Cousins.

Sysbench-Leistung

Der nächste Anwendungsbenchmark besteht aus a Percona MySQL OLTP-Datenbank gemessen über SysBench. Dieser Test misst die durchschnittliche TPS (Transaktionen pro Sekunde), die durchschnittliche Latenz und auch die durchschnittliche 99. Perzentil-Latenz.

. Systembankben Die VM ist mit drei vDisks konfiguriert: eine für den Start (~92 GB), eine mit der vorgefertigten Datenbank (~447 GB) und die dritte für die zu testende Datenbank (270 GB). Aus Sicht der Systemressourcen haben wir jede VM mit 8 vCPUs und 60 GB DRAM konfiguriert und den LSI Logic SAS SCSI-Controller genutzt.

Sysbench-Testkonfiguration (pro VM)

• CentOS 6.3 64-Bit

• Percona XtraDB 5.5.30-rel30.1

• • Datenbanktabellen: 100
  • Datenbankgröße: 10,000,000
  • Datenbankthreads: 32
  • RAM-Puffer: 24 GB

• Testdauer: 3 Stunden

• • 2 Stunden Vorkonditionierung von 32 Threads
  • 1 Stunde 32 Threads

Ein Blick auf unseren Sysbench-Transaktions-Benchmark ergab, dass der KIOXIA CM6 8,632 TPS erreichte und in unserem Vergleichspaket erneut den vierten Platz belegte.

Bei der durchschnittlichen Sysbench-Latenz belegte der CM6 mit 14.82 ms erneut den vierten Platz.

Bei der Latenz unseres Worst-Case-Szenarios (99. Perzentil) blieb der CM6 mit 29.86 ms auf dem bequemen vierten Platz.

VDBench-Workload-Analyse

Wenn es um das Benchmarking von Speichergeräten geht, sind Anwendungstests am besten und synthetische Tests stehen an zweiter Stelle. Obwohl sie keine perfekte Darstellung der tatsächlichen Arbeitslasten darstellen, helfen synthetische Tests dabei, Speichergeräte mit einem Wiederholbarkeitsfaktor zu vergleichen, der es einfach macht, Konkurrenzlösungen direkt miteinander zu vergleichen. Diese Workloads bieten eine Reihe unterschiedlicher Testprofile, die von „Vier-Ecken“-Tests über allgemeine Tests der Datenbankübertragungsgröße bis hin zu Trace-Erfassungen aus verschiedenen VDI-Umgebungen reichen. Alle diese Tests nutzen den gemeinsamen vdBench-Workload-Generator mit einer Skript-Engine, um Ergebnisse über einen großen Computing-Testcluster zu automatisieren und zu erfassen. Dadurch können wir dieselben Arbeitslasten auf einer Vielzahl von Speichergeräten wiederholen, einschließlich Flash-Arrays und einzelnen Speichergeräten. Unser Testprozess für diese Benchmarks füllt die gesamte Laufwerksoberfläche mit Daten und partitioniert dann einen Laufwerksabschnitt, der 25 % der Laufwerkskapazität entspricht, um zu simulieren, wie das Laufwerk auf Anwendungsauslastungen reagieren könnte. Dies unterscheidet sich von vollständigen Entropietests, bei denen 100 % des Antriebs genutzt und in einen stabilen Zustand versetzt werden. Infolgedessen spiegeln diese Zahlen höhere Dauerschreibgeschwindigkeiten wider.

Profile:

• 4K Random Read: 100 % Read, 128 Threads, 0-120 % Iorate
• 4K Random Write: 100 % Schreiben, 128 Threads, 0-120 % Iorate
• 4K Random Read (hohe Last): 100 % Read, 512 Threads, 0-120 % Iorate
• 4K Random Write (hohe Last): 100 % Schreiben, 512 Threads, 0-120 % Iorate
• 64K sequentielles Lesen: 100 % Lesen, 32 Threads, 0-120 % Leserate
• 64K Sequentielles Schreiben: 100 % Schreiben, 16 Threads, 0-120 % Iorate
• 64K sequentielles Lesen (hohe Last): 100 % Lesen, 64 Threads, 0–120 % Leserate
• 64K sequentielles Schreiben (hohe Last): 100 % Schreiben, 64 Threads, 0-120 % Iorate
• Synthetische Datenbank: SQL und Oracle
• VDI-Vollklon- und Linked-Clone-Traces

Vergleichbares:

• Memblaze PBlaze5 C926
• Intel P4610
• Toshiba PX04
• Samsung PM1725a
• DapuStor H3200
• KIOXIA CD6

In unserer ersten VDBench-Workload-Analyse, Random 4K Read, zeigte der KIOXIA CM6 eine beeindruckende Leistung mit einem Spitzenwert von 846,288 IOPS bei einer Latenz von 150 µs. Damit steht das Laufwerk an der Spitze.

Die neuen PCIe 4.0-Laufwerke können einer höheren Belastung standhalten und wir wären nachlässig, wenn wir sie nicht noch ein bisschen stärker beanspruchen würden, um zu sehen, was sie können. Bei einer hohen zufälligen 4K-Leselast konnte der CM6 also einen Spitzenwert von 1,507,564 IOPS bei einer Latenz von 337.9 µs erreichen. Viel besser als sein CD6-Pendant.

Beim zufälligen 4K-Schreiben belegte er insgesamt den dritten Platz. Es lief mit einer Latenz von unter 100 µs bis etwa 490 IOPS und erreichte einen Spitzenwert von 548,169 IOPS bei einer Latenz von 226.4 µs.

Bei zufälliger hoher 4K-Schreiblast erreichte der CM6 mit 549,103 IOPS bei einer Latenz von 922 µs seinen Höhepunkt und lag dieses Mal hinter dem CD6.

Bei der Umstellung auf sequentielle Workloads hatte der CM6 erneut die Chance, zu glänzen und sich mit einem Spitzenwert von 64 IOPS oder 97,779 GB/s bei einer Latenz von nur 6.11 µs den Spitzenplatz beim 325K-Lesen zu sichern.

Sequentielle 64K-Lesevorgänge mit hoher Last ähnelten der Platzierung beim 4K-Lesevorgang, wobei der CM6 einen Spitzenwert von 101,018 IOPS oder 6.3 GB/s bei einer Latenz von 629 µs erreichte.

64K-Schreibvorgänge zeigten, dass der CM6 einen starken Spitzenwert erzielte, obwohl die Leistung nach dem Höhepunkt abnahm und auf dem dritten Platz landete. Die Spitzenleistung betrug etwa 49 IOPS oder 3.1 GB/s bei einer Latenz von etwa 50 µs.

Bei sequenziellem Hochlast-64-KByte-Schreiben erreichte der CM6 einen höheren Spitzenwert, die Leistung fiel danach jedoch ab. Der CM6 erreichte seinen Spitzenwert bei etwa 49 IOPs oder 3.1 GB/s bei einer Latenz, die so niedrig war, dass wir sie kaum sehen konnten, bevor sie abfiel.

Unsere nächste Testreihe sind unsere SQL-Workloads: SQL, SQL 90-10 und SQL 80-20. Beginnend mit SQL belegte der KIOXIA CM6 mit einem Spitzenwert von 266,458 IOPS bei einer Latenz von 119 µs den zweiten Platz in der Gesamtwertung.

 

Bei SQL 90-10 belegte der CM6 erneut den zweiten Platz mit einer Spitzenleistung von 265,276 IOPS bei einer Latenz von 119.2 µs.

SQL 80-20 gab dem CM6 die Chance, mit einer Spitzenleistung von 263,819 IOPS 119.4 µs an erster Stelle zu stehen.

Als nächstes folgen unsere Oracle-Workloads: Oracle, Oracle 90-10 und Oracle 80-20. Beginnend mit Oracle belegte der CM6 erneut den ersten Platz mit einer Spitzenleistung von 271,230 IOPS bei einer Latenz von 128.6 µs.

Oracle 90-10 belegte mit dem CM6 den zweiten Platz mit einer Spitzenleistung von 202,341 IOPS bei einer Latenz von nur 107.4 µs.

Der CM6 rutschte an der Konkurrenz vorbei und belegte im Oracle 80-20 mit einem Spitzenwert von 206,733 IOPS bei einer niedrigen Latenz von 104.7 µs erneut den ersten Platz.

Als nächstes wechselten wir zu unserem VDI-Klontest „Full and Linked“. Beim VDI Full Clone (FC) Boot belegte der CM6 mit 223,668 IOPS und einer Latenz von 153.5 µs den Spitzenplatz.

Beim VDI FC Initial Login rutschte der CM6 mit einer Spitzenleistung von 154,836 IOPS bei einer Latenz von 189 µs auf den dritten Platz ab.

Bei unserem VDI FC Monday Login-Benchmark blieb der CM6 mit einem Spitzenwert von 98,867 IOPS und einer Latenz von 158.4 µs auf dem dritten Platz.

Beim VDI Linked Clone (LC) Boot kehrte der KIOXIA CM6 mit einem Spitzenwert von 115,058 IOPS bei einer Latenz von 137.7 µs an die Spitze zurück.

VDI LC Initial Login ist in der Tabelle etwas schwer zu lesen, aber der CM6 landete mit einem Spitzenwert von 38,848 IOPS bei einer Latenz von 202.4 µs im Mittelfeld, bevor er etwas abfiel.

Bei VDI LC Monday Login schließlich schnitt der CM6 mit einem Spitzenwert von 96,008 IOPS und einer Latenz von 162.5 µs erneut am besten ab.

Fazit

Die KIOXIA CM6 war eine der ersten PCIe 4.0-SSDs für Unternehmen, wenn nicht sogar die erste. Die neuen Laufwerke versprechen eine höhere Leistung, in diesem Fall bis zu 6.9 GB/s und bis zu 1.4 Millionen IOPS. Der CM6 verfügt über zwei Ports, was dem Laufwerk ein höheres Maß an Hochverfügbarkeit verleiht. Das Laufwerk ist in einem breiten Kapazitätsbereich von 800 GB bis zu satten 30.72 TB mit 9 dazwischen liegenden Kapazitätsoptionen erhältlich. Der CM6 verfügt sowohl über ein leseintensives als auch über ein gemischt genutztes Modell mit 1 bzw. 3 DWPD. Und die SSD verfügt über eine Vielzahl sicherer Modelloptionen.

Aus Leistungsgründen haben wir mit wenigen Ausnahmen unser übliches Spektrum an Anwendungs-Workload-Analysen und VDBench ausgeführt. Wir mussten den Houdini-Test überspringen, da die Testplattform Intel ist und die KIOXIA-Laufwerke durch die Gen3-Ports beeinträchtigt würden. Bei VDBench haben wir einen höheren Lasttest hinzugefügt, um die neuen Laufwerke etwas stärker zu belasten, da sie dafür ausgelegt sind.

In unserer Anwendungs-Workload-Analyse haben wir SQL Server und Sysbench ausgeführt. Mit SQL Server belegte der CM6 sowohl bei TPS als auch bei der durchschnittlichen Latenz mit 12,633.6 TPS und 5.5 ms den vierten Platz, immer noch ein sehr gutes Ergebnis. Mit Sysbench lag das Laufwerk mit 8,632 TPS, 14.82 ms durchschnittlicher Latenz und 29.86 ms in unserem Worst-Case-Szenario erneut auf dem vierten Platz.

Im VDBench glänzte das Laufwerk wirklich. Der CM6 schnitt in mehreren unserer Benchmarks am besten ab. Zu den grundlegenden Highlights gehören 846 IOPS bei 4K-Lesen, 1.5 Millionen IOPS bei 4K-Lesen mit hoher Last, 548 IOPS bei 4K-Schreiben, 549 IOPS bei 4K-Schreiben mit hoher Last, 6.1 GB/s bei 64K-Lesen, 6.3 GB/s bei 64K-Lesen mit hoher Last, und 3.1 GB/s sowohl bei 64K-Schreibvorgängen als auch bei 64K-Schreibvorgängen unter hoher Last. SQL verzeichnete Spitzenwerte von 266 IOPS, 265 IOPS in SQL 90–10 und 264 IOPS in SQL 80–20. Oracle gab uns Spitzenwerte von 271 IOPS, 202 IOPS in Oracle 90-10 und 207 IOPS in Oracle 80-20. VDI FC gab uns 224 IOPS beim Booten, 155 IOPS beim ersten Login und 99 IOPS beim Montag-Login. VDI LC verzeichnete 115 IOPS beim Booten, 39 IOPS beim ersten Login und 96 IOPS beim Montag-Login.

Dieser Testbericht und der des CD6 werfen einen besonderen Blick auf PCIe 4.0 und die Zukunft von Speichergeräten, wenn immer mehr Speichergeräte auf den Markt kommen. Es gibt nicht viele Serveranbieter, die PCIe 4.0 von vorne bis hinten unterstützen, wobei Lenovo zum Zeitpunkt dieses Schreibens der einzige in unserem Labor war. Lenovo nutzte schnell alle Vorteile, die die AMD EPYC 2-Prozessoren der 7002. Generation bieten, und erwartete Speicherprodukte wie den KIOXIA CM6. Aber für KIOXIA ist es interessant, den anderen voraus zu sein, das volle Potenzial ihres Laufwerks jedoch nur mit neueren, AMD-basierten Servern auszuschöpfen (bis Intel beschließt, ebenfalls ins Spiel einzusteigen). Vorerst funktioniert der CM6 weiterhin mit der alten Ausrüstung und ist bereit, bei Upgrades der Unternehmen mehr Leistung freizusetzen.

KIOXIA Enterprise SSDs

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