El almacenamiento flash NVMe ha arrasado en la industria, estableciéndose como el estándar de facto cuando se requiere almacenamiento de alto rendimiento y baja latencia. Sin embargo, hay momentos en los que NVMe puede ser excesivo, o casos en los que un enfoque de flash híbrido tiene más sentido. Muchas soluciones definidas por software basadas en servidor que aprovechan flash pueden hacerlo en una capacidad de varios niveles. VMware vSAN y Microsoft Azure Stack HCI son quizás los más conocidos en este sentido; ambos pueden aprovechar un pequeño grupo flash de alto rendimiento para la organización en niveles y SSD menos costosos para la capacidad. La combinación de SSD SATA de menor costo con una pequeña cantidad de NVMe proporciona una excelente combinación de rendimiento, capacidad y costo.
El almacenamiento flash NVMe ha arrasado en la industria, estableciéndose como el estándar de facto cuando se requiere almacenamiento de alto rendimiento y baja latencia. Sin embargo, hay momentos en los que NVMe puede ser excesivo, o casos en los que un enfoque de flash híbrido tiene más sentido. Muchas soluciones definidas por software basadas en servidor que aprovechan flash pueden hacerlo en una capacidad de varios niveles. VMware vSAN y Microsoft Azure Stack HCI son quizás los más conocidos en este sentido; ambos pueden aprovechar un pequeño grupo flash de alto rendimiento para la organización en niveles y SSD menos costosos para la capacidad. La combinación de SSD SATA de menor costo con una pequeña cantidad de NVMe proporciona una excelente combinación de rendimiento, capacidad y costo.
Otro factor al considerar la implementación de flash es el propio servidor. Si bien hay muchos servidores NVMe de proveedores tanto grandes como pequeños, muchas veces no es práctico o es innecesario seguir esta ruta. Dado que el costo de la unidad NVMe es más alto que el de SATA, la mayoría de los servidores que se venden hoy en día ofrecerán un par de bahías NVMe, combinadas con SATA/SAS para el resto. Uno de esos servidores que se vende de esta manera es el Dell EMC PowerEdge R640.
Dell EMC PowerEdge R640 es un servidor de 1U y 2 sockets diseñado para tareas en las que la densidad informática es equivalente. En nuestro laboratorio, tenemos un R640 configurado con 10 bahías para unidades de 2.5", incluidas 4 bahías combinadas NVMe/SAS/SATA y 6 bahías SAS/SATA, aunque Dell ofrece una amplia variedad de configuraciones. Este tipo de configuración de almacenamiento nos permite aprovechar hasta cuatro SSD NVMe muy rápidos, así como aprovechar los SSD SATA de costo optimizado. Las bahías combinadas también permiten a los clientes usar más SSD NVMe a medida que aumentan las necesidades de E/S o quedarse con más SATA o SAS según los requisitos específicos de la construcción.
SK hynix PE6011 SSD
Para ilustrar más este concepto, hemos trabajado con hynix probar un grupo de SSD PE6011 NVMe y un grupo de SSD SE4011 SATA. Estas pruebas se realizan para mostrar cómo cada unidad puede complementar a la otra, con NVMe que ofrece un mayor ancho de banda y potencial de E/S, y SATA que ofrece los requisitos de capacidad sin una caída significativa en la latencia o el rendimiento. Las pruebas articulan claramente dónde están las bandas de rendimiento, por lo que la empresa tiene una imagen completa para ayudar en el proceso de toma de decisiones, especialmente al diseñar soluciones definidas por software como una tienda de objetos (SUSE Enterprise Storage) o un dispositivo de almacenamiento virtual más tradicional (StoreONE) .
SSD SATA frente a NVMe: banco de pruebas de Dell EMC PowerEdge R640
En nuestra configuración de prueba, aprovechamos un Dell PowerEdge R640 equipado con dos CPU Intel Xeon escalable 2 de segunda generación con una velocidad de reloj de 8280 GHz y 2.7 núcleos cada una. Junto con estas CPU había doce módulos DDR28 de 32 GB a 2933 MHz, lo que le daba al sistema un espacio de memoria combinado de 4 GB. Para la conectividad SATA, el R384 incluía una tarjeta RAID PERC H640P y unidades configuradas en modo de transferencia HBA. Para la conectividad NVMe, los cuatro SSD se comunican con la segunda CPU con carriles PCIe directos, sin el uso de un conmutador PCIe dentro del R740. Este método omitió el impacto de la memoria caché del controlador y, en cambio, se centró en el rendimiento de las unidades en conjunto o individualmente en VMware.
Dell EMC PowerEdge R640
Nuestra configuración de prueba constaba de dos configuraciones de almacenamiento. El primero fueron cuatro SSD NVMe PE6011, que equipaban por completo los cuatro compartimientos NVMe dentro del PowerEdge R640, dejando abiertos los seis compartimientos SATA/SAS restantes. El segundo fueron ocho SSD SATA SE4011, que utilizaron completamente todas las bahías SATA/SAS dedicadas, dejando dos bahías combinadas NVMe disponibles.
Para los puntos de referencia completos, usamos CentOS 7.2 (1908) como mínimo, con OpenJava instalado junto con vdbench. Medimos cada grupo de unidades en conjunto, mostrando el rendimiento máximo de cuatro SSD NVMe PE6011 y siguiendo con ocho SSD SATA SE4011. En nuestro entorno de prueba virtualizado, instalamos VMware ESXi 6.7u3, formateamos SSD individuales con almacenes de datos y colocamos bases de datos SQL Server o MySQL en ellos. Para las pruebas de Sysbench, aprovechamos 8 VM, con dos colocadas en cada SSD en el caso de las pruebas de NVMe, una por SSD en el caso de las pruebas de SATA. Para SQL Server con la prueba que consta solo de 4 VM, colocamos cada una en su propio SSD, lo que nos da cuatro SSD NVMe o cuatro SSD SATA para la prueba.
Pruebas VDbench / recuento de hilos
Todas estas pruebas aprovechan el generador de cargas de trabajo vdBench común, con un motor de secuencias de comandos para automatizar y capturar resultados en un gran clúster de pruebas informáticas. Esto nos permite repetir las mismas cargas de trabajo en una amplia gama de dispositivos de almacenamiento, incluidos arreglos flash y dispositivos de almacenamiento individuales.
perfiles:
- Lectura aleatoria 4K: 100 % de lectura, 128 subprocesos, 0-120 % de iorate
- Escritura aleatoria 4K: 100 % de escritura, 128 subprocesos, 0-120 % de iorate
- Lectura secuencial de 64 K: 100 % de lectura, 32 subprocesos, 0-120 % de iorate
- Escritura secuencial de 64 K: 100 % de escritura, 16 subprocesos, 0-120 % de iorate
Configuración de SQL Server (4VM)
El protocolo de prueba OLTP de Microsoft SQL Server de StorageReview emplea el borrador actual del Benchmark C (TPC-C) del Transaction Processing Performance Council, un benchmark de procesamiento de transacciones en línea que simula las actividades que se encuentran en entornos de aplicaciones complejos. El punto de referencia TPC-C se acerca más que los puntos de referencia de rendimiento sintéticos para medir las fortalezas de rendimiento y los cuellos de botella de la infraestructura de almacenamiento en entornos de bases de datos.
Cada máquina virtual con SQL Server está configurada con dos discos virtuales: un volumen de 100 GB para el arranque y un volumen de 500 GB para la base de datos y los archivos de registro. Desde la perspectiva de los recursos del sistema, configuramos cada VM con 16 vCPU, 64 GB de DRAM y aprovechamos el controlador LSI Logic SAS SCSI. Si bien nuestras cargas de trabajo de Sysbench probadas anteriormente saturaron la plataforma tanto en E/S de almacenamiento como en capacidad, la prueba de SQL busca el rendimiento de la latencia.
Esta prueba utiliza SQL Server 2014 ejecutándose en máquinas virtuales invitadas de Windows Server 2012 R2 y está destacada por Dell's Benchmark Factory for Databases. Si bien nuestro uso tradicional de este punto de referencia ha sido probar grandes bases de datos de escala 3,000 en almacenamiento local o compartido, en esta iteración nos enfocamos en distribuir cuatro bases de datos de escala 1,500 de manera uniforme en nuestros servidores.
Configuración de prueba de SQL Server (por VM)
- Windows Server 2012 R2
- Huella de almacenamiento: 600 GB asignados, 500 GB utilizados
- SQL Server 2014
- Tamaño de la base de datos: escala 1,500
- Carga de clientes virtuales: 15,000
- Búfer RAM: 48GB
- Duración de la prueba: 3 horas
- 2.5 horas de preacondicionamiento
- Período de muestra de 30 minutos
Configuración de MySQL Sysbench (8VM)
Nuestra base de datos Percona MySQL OLTP mide el rendimiento transaccional a través de SysBench. Esta prueba mide el promedio de TPS (transacciones por segundo), la latencia promedio y también la latencia promedio del percentil 99.
Cada máquina virtual de Sysbench está configurada con tres discos virtuales: uno para arranque (~92 GB), uno con la base de datos preconstruida (~447 GB) y el tercero para la base de datos bajo prueba (270 GB). Desde la perspectiva de los recursos del sistema, configuramos cada VM con 16 vCPU, 60 GB de DRAM y aprovechamos el controlador LSI Logic SAS SCSI.
Configuración de prueba de Sysbench (por VM)
- CentOS 6.3 de 64 bits
- Percona XtraDB 5.5.30-rel30.1
- Tablas de base de datos: 100
- Tamaño de la base de datos: 10,000,000
- Subprocesos de la base de datos: 32
- Búfer RAM: 24GB
- Duración de la prueba: 3 horas
- 2 horas preacondicionamiento 32 hilos
- 1 hora 32 hilos
Resultados de rendimiento de SSD SK hynix SATA y NVMe
Para caracterizar el rendimiento tanto del SSD SK hynix PE6011 NVMe como del SSD SE4011 SATA, realizamos una carga de trabajo sintética de "cuatro esquinas" en ellos. Esto comparó el rendimiento bruto de cuatro SSD NVMe con ocho SSD SATA, todos direccionados directamente para una imagen de E/S total sin que RAID afecte el rendimiento.
Nuestra primera carga de trabajo midió el ancho de banda máximo de lectura de cada grupo de unidades con una carga de trabajo secuencial de 64K. En esta carga de trabajo, medimos un ancho de banda máximo de 3.97 GB/s con una latencia de 4 ms del grupo SATA de ocho unidades. El grupo NVMe de cuatro unidades midió un ancho de banda máximo de 10.76 GB/s a 0.734 ms.
A continuación, examinamos el ancho de banda de escritura secuencial con la misma carga de trabajo secuencial de 64 3.06. En esta configuración, el grupo de SSD SATA midió 2.8 GB/s en su punto máximo, antes de volver a 2.8 GB/s con una latencia de 3.6 ms en un punto de sobresaturación. Sin embargo, el grupo SSD NVMe se amplió hasta 1.1 GB/s con una latencia de XNUMX ms.
Cambiando el enfoque a nuestras pruebas de rendimiento máximo que miden el rendimiento aleatorio de 4K, primero observamos nuestra carga de trabajo de lectura. En esta configuración, el grupo de ocho SSD SATA alcanzó un máximo de 542 1.9 IOPS con una latencia de 2.46 ms. En comparación, los cuatro SSD NVMe pudieron superarlos con creces con un rendimiento máximo de 0.205 millones de IOPS a una latencia de XNUMX ms.
El último componente de nuestra carga de trabajo sintética de "cuatro esquinas" midió el rendimiento de escritura 4K aleatorio de cada grupo de unidades. Los ocho SSD SATA pudieron ofrecer un pico de 500 1.99 IOPS con una latencia de 835 ms, mientras que los cuatro SSD NVMe ofrecieron 0.572 XNUMX IOPS con una latencia de XNUMX ms.
En la última etapa de nuestras pruebas sintéticas, observamos dos casos de uso de VDI, el primero fue VDI Full Clone Boot. En esta carga de trabajo, los cuatro SSD PE6011 NVMe ofrecieron un ancho de banda máximo de 384 5.3 IOPS o 0.33 GB/s con una latencia de 4011 ms, mientras que los ocho SSD SATA SE202 alcanzaron un ancho de banda máximo de 2.8 1.2 IOPS o XNUMX GB/s con una latencia de XNUMX ms.
Al medir el rendimiento de los SSD NVMe PE6011, vimos un ancho de banda máximo de ese grupo que alcanzó un máximo de 186k IOPS o 3.5 GB/s a 0.55 ms. El grupo SATA de ocho unidades midió más de 109 2.1 IOPS o 1.9 GB/s con una latencia de XNUMX ms.
Al observar cómo se desempeñó cada grupo de unidades en nuestras cargas de trabajo VDI y de cuatro esquinas, vemos que una proporción de 2: 1 de SATA a NVME ofreció un buen equilibrio de rendimiento de lectura y escritura. Los SSD PE6011 pudieron ofrecer un rendimiento de lectura y un ancho de banda muy sólidos con una latencia baja en comparación con sus equivalentes SATA. En cuanto al rendimiento de escritura y el ancho de banda, los SSD SE4011 pudieron absorber las cargas de trabajo no muy lejos de sus contrapartes NVMe, lo cual es importante cuando se combinan diferentes clases de unidades en una solución de almacenamiento donde los datos deben moverse entre niveles lo suficientemente rápido sin ralentizar las cargas de trabajo entrantes. .
Nuestras dos últimas cargas de trabajo analizan el rendimiento de Microsoft SQL Server TPC-C y MySQL Sysbench que se ejecutan en varias máquinas virtuales dentro de un entorno virtualizado VMWare ESXi 6.7u3. Ambas pruebas están diseñadas para mostrar el rendimiento del mundo real con nuestra carga de trabajo de SQL Server centrada en la latencia y nuestra prueba de MySQL centrada en el rendimiento transaccional máximo.
En nuestra carga de trabajo de SQL Server para este proyecto, consistía en probar 4 VM, cada una ubicada dentro de un solo almacén de datos VMFS 5. Esta carga de trabajo aprovechó cuatro de los SSD SK hynix PE6011 NVMe y cuatro SSD SE4011 SATA. Con Quest Benchmark Factory, cada VM tiene un usuario virtual de 15k aplicado y se mide la capacidad de respuesta de la base de datos.
En los cuatro SSD SK hynix PE6011 NVMe, medimos una latencia promedio de 2 ms en las cuatro máquinas virtuales. Al trasladar esa misma carga de trabajo a los cuatro SSD SATA SE4011, la latencia aumentó a un promedio de 16 ms.
En nuestra carga de trabajo final de la base de datos, analizamos el rendimiento de 8 máquinas virtuales. Con 8 VM, colocamos dos en cada uno de los 4 SSD NVMe y uno en cada uno de los 8 SSD SATA. En esta carga de trabajo, medimos el rendimiento transaccional individual de cada máquina virtual y las agregamos para obtener una puntuación total.
En los cuatro SSD SK hynix PE6011 NVMe, medimos un total de 18,525 13.81 TPS con una latencia promedio de 4011 ms. Moviendo esa carga de trabajo a los ocho SSD SK hynix SE13,032 NVMe, el agregado midió 19.64TPS con una latencia promedio de XNUMXms.
SSD SATA frente a NVMe: final Pensamientos
Al contemplar cualquier forma de almacenamiento, es fundamental comprender las características de rendimiento, costo y capacidad del sistema en consideración. En este caso, estamos viendo una cartera diversa de SSD de SK hynix, que es capaz de satisfacer una cantidad casi infinita de casos de uso. Debido a que SK hynix ofrece SSD SATA y NVMe, las unidades se pueden aprovechar de varias maneras. Si bien los SSD NVMe son claramente rápidos, tienen un precio superior al de SATA. Por otro lado, los SSD SATA renuncian a la velocidad que ofrece NVMe, pero son más económicos y aún aprovechan todos los beneficios de TCO que ofrece flash en comparación con los discos duros. Como tal, la mayoría de las empresas pueden beneficiarse de un enfoque flash híbrido, que combina el rendimiento de NVMe con la economía favorable de SATA.
En ninguna parte es más clara esta oportunidad que en el almacenamiento definido por software y el mercado de la hiperconvergencia. La mayoría de las implementaciones de SDS y HCI están diseñadas para aprovechar diferentes clases de almacenamiento; StoreONE, Microsoft Azure Stack HCI y VMware vSAN son buenos ejemplos de esto. En algunos casos, las SSD NVMe pueden actuar como caché o nivel frente a las unidades SATA, que sirven como capacidad para el sistema. En otros casos, se pueden crear grupos distintos, en este caso, un grupo de rendimiento de NVMe y un grupo SATA para cargas de trabajo de aplicaciones menos críticas.
Para ilustrar los beneficios de ambos tipos de SSD, probamos un grupo de SSD NVMe PE6011 junto con SSD SATA SE4011 en un Dell EMC PowerEdge R640. Nuestros hallazgos clave muestran que los SSD NVMe PE6011 pueden proporcionar un rendimiento sólido y de baja latencia en nuestras cargas de trabajo sintéticas y de aplicaciones, proporcionando más de 10.7 GB/s en ancho de banda de lectura. Además, nuestros hallazgos muestran que los SSD SATA SE4011 complementan los SSD NVMe y ofrecen un nivel de capacidad estable en todas nuestras cargas de trabajo, lo cual es una consideración importante en escenarios de almacenamiento en caché o niveles en los que los datos pueden descansar en cualquiera de los grupos de almacenamiento. El rendimiento de escritura en el grupo SATA SE4011 se mantuvo muy bien, midiendo 2.8 GB/s en ocho unidades, frente a los 3.6 GB/s de cuatro SSD PE6011 NVMe. A medida que las cargas de trabajo se retiran o necesitan funcionar bien antes de pasar a la memoria caché o al almacenamiento en niveles, el sólido rendimiento de escritura les permite ofrecer una experiencia de usuario uniforme para una solución de almacenamiento bien equilibrada.
SK hynix ha redoblado sus esfuerzos en flash empresarial durante el último año y medio, llegando rápidamente al mercado con una cartera diversa e integrada verticalmente. Esta gama de productos brinda opciones a los clientes para garantizar que sus implementaciones funcionen como se espera. Ya sea que las unidades vayan a una solución SDS, un clúster HCI o simplemente sirvan como almacenamiento de servidor, SK hynix está listo para ayudar a sus clientes en este viaje.
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Este informe está patrocinado por SK hynix. Todos los puntos de vista y opiniones expresados en este informe se basan en nuestra visión imparcial de los productos bajo consideración.
