SK hynix entwickelt PCIe Gen4 Enterprise SSD-Portfolio

SK hynix ist nicht nur das drittgrößte Halbleiterunternehmen der Welt und der zweitgrößte Hersteller von Speicherchips, sondern sie nutzen ihren technologischen Scharfsinn auch, um eine angesehene Reihe von SATA- und NVMe-Flash-Speichergeräten herzustellen. In diesem Artikel geben wir einen Überblick über den PE8010, das neueste PCIe Gen4 Non-Volatile Memory Express (NVMe)-Laufwerk von SK hynix, und heben seine beeindruckende Leistung hervor. Wir werden zunächst einige Hintergrundinformationen liefern und erklären, warum Laufwerke, die die PCIe Gen4-Schnittstelle verwenden, für das Rechenzentrum so bahnbrechend sind.

SK hynix ist nicht nur das drittgrößte Halbleiterunternehmen der Welt und der zweitgrößte Hersteller von Speicherchips, sondern sie nutzen ihren technologischen Scharfsinn auch, um eine angesehene Reihe von SATA- und NVMe-Flash-Speichergeräten herzustellen. In diesem Artikel geben wir einen Überblick über den PE8010, das neueste PCIe Gen4 Non-Volatile Memory Express (NVMe)-Laufwerk von SK hynix, und heben seine beeindruckende Leistung hervor. Wir werden zunächst einige Hintergrundinformationen liefern und erklären, warum Laufwerke, die die PCIe Gen4-Schnittstelle verwenden, für das Rechenzentrum so bahnbrechend sind.

Im Juni 2019 kündigte SK Hynix die Einführung der PE6011 an, ihrer neuesten NVMe-Enterprise-SSD wie haben überprüft. Der PE6011 ist ein stromsparendes NVMe-Gerät mit 72-Layer-TLC-3D-NAND-Flash und einem SK-Hynix-NVMe-Controller, der für den Unternehmensmarkt entwickelt wurde. Auch wenn das PE6011 nicht zu den Spitzenreitern vergleichbarer Laufwerke gehört, lieferte es rundum gute Werte und wir fanden, dass es ein gutes Gleichgewicht zwischen Stromverbrauch, Leistung und Kosten bietet.

SK hynix PE8000 NVMe-Laufwerke

Im April 2020 gab SK hynix die Verfügbarkeit seiner NVMe-SSD-Laufwerke der PE8000-Serie bekannt. Jeder verfügt über eine maximale Kapazität von 8 TB und nutzt den 96-Layer-Triple-Level-Cell (TLC) 4D-NAND-Flash des Unternehmens sowie einen selbst entwickelten Controller. Derzeit gibt es zwei Laufwerke dieser Serie: das PE8010, das für leseintensive Workloads konzipiert wurde, und das PE8030, das für Workloads mit gemischter Nutzung konzipiert wurde. Der interessanteste Aspekt dieser beiden Laufwerke ist, dass sie beide über eine PCIe Gen4-Schnittstelle verfügen und mit den Formfaktoren U.2 und neueren U.3 kompatibel sind.

Innovation steht im Mittelpunkt von SK hynix, das Unternehmen ist seit langem ein auf Technik ausgerichtetes Unternehmen. Sie planen, durch den Einsatz neuer NAND-Technologien kontinuierlich den sich ändernden Anforderungen der Branche gerecht zu werden. Auf der Roadmap stehen mehrere Produkte, wie das PE8110, eine SSD-Familie, die 128-Layer-512-Gb-NAND nutzt. Darüber hinaus arbeitet SK hynix auch an M.2- und E1.S-Laufwerken (EDSFF Short) mit dieser NAND-Technologie.

Neben neuem NAND gibt es auch neue Formfaktoren zu erkunden. SK hynix wird in Kürze den PE8111 anbieten, der den neuen Formfaktor E1.L (EDSFF Long) verwendet, der allgemein als „Lineal“ bezeichnet wird. Dieser Formfaktor wird bei Hyperscalern immer beliebter und beginnt auch in Mainstream-Serverdesigns Einzug zu halten.

Der PE8111 verwendet 128-Layer-1-Tb-TLC-NAND, eine Premiere in der Branche. SK Hynix hat erst vor Kurzem damit begonnen, das Laufwerk an Kunden auszuprobieren, was jedoch die immer flexiblere Breite seines Flash-Angebots unterstreicht. Derzeit liegt der Schwerpunkt auf einer Version des Laufwerks mit 16 TB Kapazität, aber uns wurde gesagt, dass auch ein Laufwerk mit 32 TB Kapazität auf der Roadmap steht.

SK hynix PE8010 Spezifikationen (PCIe Gen4x4)

TLC ist ein NAND-Flash-Speicher, der drei Informationsbits pro Zelle speichert, im Gegensatz zu einem Speicherbit oder zwei Bits im Single-Level-Cell- (SLC) und Multi-Level-Cell-Flashspeicher (MLC). Bei der SK hynix 4D-Technologie handelt es sich im Wesentlichen um die Periphery Under Cell (PUC)-Technologie, auf der herkömmliche 3D-NAND-Technologie aufbaut.

Durch die Verwendung von 96-Layer-512-Gbit-(Gigabit)-TLC-4D-NAND-Flash ist der PE8010 preislich konkurrenzfähig mit der letzten Generation von Laufwerken mit geringerer Kapazität.

Das andere interessante Merkmal dieses Laufwerks ist, dass es sowohl den älteren U.2- als auch den neueren U.3-Formfaktor unterstützt. Das U.2 (FKA SFF-8639) ist eine Computerschnittstelle zum Anschluss von SAS- und SATA-Laufwerken an einen Computer und kann bis zu vier PCIe-Lanes nutzen. Der U.3 basiert auf der U.2-Spezifikation und verwendet einen U.2-Anschluss; Es unterstützt jedoch NVMe-, SAS- und SATA-Laufwerke sowie Hot-Swapping zwischen diesen drei verschiedenen Laufwerkstypen, sofern die Firmware dies unterstützt. U.3-Laufwerke sind abwärtskompatibel mit U.2, U.2-Laufwerke sind jedoch nicht mit reinen U.3-Hosts kompatibel.

Das größte Merkmal und der größte Vorteil des SK hynix PE8010-Laufwerks ist jedoch die Unterstützung des PCIe Gen4-Busstandards. Der Gen4-Bus verdoppelt die Bandbreite des PCIe-Gen3-Busses und behält gleichzeitig die Abwärts- und Vorwärtskompatibilität sowohl bei der Softwareunterstützung als auch bei der mechanischen Schnittstelle mit dem Gen3-Bus bei. Dadurch erreicht das Gen4-Gerät bis zu 16 GT/s (Gigatransfers/Sekunde) gegenüber 8 GT/s bei Gen3-Geräten. Dies entspricht Datenübertragungsraten von bis zu 2 GB/s (Gigabyte/Sekunde) gegenüber 1 GB/s pro Lane.

Da es sich bei PCIe Gen4 um die neueste Bustechnologie handelt, sind die aktuellen Server, die sie unterstützen, noch in der Entwicklung. Advanced Micro Devices (AMD) ist bei der Unterstützung aggressiver vorgegangen und wir erwarten, dass es bald Intel-Systeme mit PCIe-Gen4-Unterstützung geben wird.

Für unsere Tests verwendeten wir einen einzelnen Prozessor Lenovo SR635 mit einer AMD 7742-CPU. Wir haben einen Artikel und ein Video zum Lenovo SR635 erstellt (siehe Hier und Hier ) Anfang dieses Jahres, aber hier ist eine kurze Zusammenfassung. Der SR635 ist ein 1U-Single-Socket-Server, der 2 unterstützt^nd Generation AMD EPYC-CPUs und bis zu 2 TB 3200 MHz DRAM. Darüber hinaus und was für unsere Tests am wichtigsten ist, unterstützt es PCIe 4.0 durchgängig, abhängig von der installierten Backplane.

Für unsere ersten Tests in CentOS 7 mit zehn PE6011- gegenüber zehn PE8010-NVMe-SSDs betrachten wir herkömmliche „Vier-Ecken“-Durchsatz- und Bandbreitentests mit 4K-Zufalls- und 64K-sequentiellen Arbeitslasten.

Als nächstes ändern wir unsere Softwareumgebung auf VMware ESXi 6.7u3 und vergleichen die Leistung einer kleineren SSD-Gruppengröße. Für SQL Server verwenden wir 4 NVMe-SSDs, insgesamt 8 VMs, wobei unsere SQL Server 2014-Instanz unser TPC-C-Workload-Profil im Maßstab 1,500 ausführt.

Schließlich konzentrieren wir unsere MySQL-Sysbench-Arbeitslast auf zwei SSDs aus jeder Gruppe, wobei 2 VMs gleichmäßig auf das SSD-Paar verteilt sind. Dies ergibt einen Workload-Footprint von 8 VMs pro SSD, wobei wir uns auf die Speicherauswirkungen der Umgebung konzentrieren.

Der PE8010 weist die stärkste Leistung aller bisher von uns getesteten NVMe-Geräte auf. Es kann sequentielle Lesegeschwindigkeiten von bis zu 35.8 GB/s und sequentielle Schreibgeschwindigkeiten von bis zu 17.5 GB/s mit zufälligen Lese- und Schreibgeschwindigkeiten von bis zu 8.1 Mio. bzw. 3.97 Mio. Ein-/Ausgabevorgängen pro Sekunde (IOPS) liefern . Im Vergleich zum PE6011, der vorherigen PCIe-basierten Gen3-Lösung des Unternehmens, bietet der PE8010 eine erhebliche Leistungssteigerung von 133 % bei sequentiellen Lesevorgängen und 192 % bei zufälligen Schreibvorgängen.

Die Hauptvorteile von PCIe Gen4, die sich in den Tests zeigten, bestehen darin, dass Unternehmen die CPU- und RAM-Ressourcen des Systems besser nutzen können, indem der Engpass von der Speicherebene ferngehalten wird.

Bei Anwendungs-Workloads wie SQL Server oder MySQL wurde die Latenz bei der Workload-Leistung halbiert. Bei der CPU-intensiven MySQL Sysbench-Arbeitslast, bei der die E/A auf zwei SSDs konzentriert war, bot der PE8010 eine Steigerung der Arbeitslastleistung um 69 %.

Da Server Prozessoren mit mehr Kernen bieten oder erweiterte DRAM-Kapazitäten unterstützen, ist ein Speichergerät, das mit den Komponenten der nächsten Generation mithalten kann, von größter Bedeutung. Bei unseren Tests haben wir festgestellt, dass der PE8010 in der Lage ist, unser Testsystem bis an die Grenzen zu bringen. Moderne Anwendungen werden offensichtlich stark von diesen neuesten Technologien profitieren.

Schlussfolgerung

Oftmals bleiben neue Technologien weit hinter ihren Leistungserwartungen zurück, aber in diesem Fall waren wir von der tatsächlichen Leistung des PE8010 sehr beeindruckt. Angesichts der Tatsache, dass der PE8010 voraussichtlich einen kleinen Aufpreis im Vergleich zu PCIe-Gen3-Geräten haben wird, gehen wir davon aus, dass er für SK Hynix ein Gewinner sein wird. Wir gehen auch davon aus, dass Gen4-Laufwerke die Gesamtleistung des Servers auf ein neues Niveau heben werden, und SK Hynix ist mit der Auslieferung von Gen4-Geräten bereits frühzeitig auf dem Vormarsch und ist ein klarer Marktführer in dieser Technologie.

Zweifellos wurde der PE8010 aufgrund seiner Präsenz bei Cloud-Anbietern, bei denen sich jedes verbrauchte Watt auf das Endergebnis auswirkt, für den Stromverbrauch optimiert und verfügt über das beste IOPS/Watt seiner Klasse, was zu einer Reduzierung der Gesamtbetriebskosten und der Betriebskosten führt.

Wir haben einige erwähnenswerte Vorbehalte bezüglich der Verwendung dieser Laufwerke. Aufgrund ihrer hervorragenden Leistung wird ein Server voller PCIe-Gen4-Geräte eine CPU überfordern; Daher müssen Sie bei der Gestaltung von Systemen klug vorgehen. Der beste Weg, diese Geräte zu verwenden, bis die Server vollständig für die Verwendung von Gen4-Laufwerken ausgelegt sind, ist eine geeignete Mischung aus High-End-Gen4- und traditionellerem NVMe-Speicher oder sogar SATA für die kostenoptimierte Flash-Ebene.

Es ist wichtig zu bedenken, dass der PE8010 im Vergleich zu PCIe-NVMe-Gen3-Geräten preislich konkurrenzfähig ist. Wenn Sie also eine Serveraktualisierung planen, sollten Sie bei Bedarf den Kauf für Ihre vorhandenen Server in Betracht ziehen, auch wenn diese nur Gen3-Unterstützung bieten. Da Gen4-Laufwerke abwärtskompatibel sind, können sie zunächst mit älteren Systemen verwendet und später auf ein neueres System übertragen werden. Natürlich unterliegen die Gen4-Geräte weiterhin den Gen3-Bandbreitenbeschränkungen, bis neuere Gen4-kompatible Systeme erworben werden.

Angesichts des anhaltenden Wachstums von Flash in allen Bereichen, von Tier-0-Workloads bis hin zu Speicher der Archivklasse, zeigt die SSD-Einführung in Unternehmen keine Anzeichen einer Verlangsamung. Mit den neuen Gen4-Produkten und allen anderen laufenden SSD-Entwicklungen ist SK Hynix eindeutig eine treibende Kraft für eine All-Flash-Zukunft.

Einführung von SK hynix Gen4

SK hynix PCIe Gen4 Enterprise SSD-Infografik

Dieser Bericht wird von SK hynix gesponsert. Alle in diesem Bericht geäußerten Ansichten und Meinungen basieren auf unserer unvoreingenommenen Sicht auf das/die betrachtete(n) Produkt(e).