Los SSD NVMe de Western Digital toman el control de la empresa

Cuando aparecieron por primera vez las unidades NVMe™, sabíamos que el rendimiento sería superior, pero nos preguntamos cuándo tendrían un costo comparable al de las SSD SATA. Debido a su costo inicial, las unidades NVMe se utilizaron para aplicaciones empresariales que necesitaban aprovechar sus características de alto rendimiento. Las unidades NVMe no tardaron mucho en volverse más baratas que las SSD SATA/SAS en términos de dólares por IOPS. Pero ahora, estamos empezando a llegar al punto en que no son mucho más caros que los SSD SATA/SAS en términos de capacidad. Esta comparación entre GB y dólares se nos hizo evidente cuando recibimos el SSD NVMe Ultrastar® DC SN640 de Western Digital en el laboratorio para realizar pruebas de rendimiento: ofrece mejoras de rendimiento drásticas en comparación con los SSD SATA/SAS y se dirige al mercado de almacenamiento empresarial principal. Ahora que las SSD NVMe están cerca de la paridad de costos, las vemos como un reemplazo de las unidades SATA en el centro de datos para las aplicaciones principales, ya que ofrecen un mejor rendimiento y tienen menores requisitos de energía.

Cuando aparecieron por primera vez las unidades NVMe™, sabíamos que el rendimiento sería superior, pero nos preguntamos cuándo tendrían un costo comparable al de las SSD SATA. Debido a su costo inicial, las unidades NVMe se utilizaron para aplicaciones empresariales que necesitaban aprovechar sus características de alto rendimiento. Las unidades NVMe no tardaron mucho en volverse más baratas que las SSD SATA/SAS en términos de dólares por IOPS. Pero ahora, estamos empezando a llegar al punto en que no son mucho más caros que los SSD SATA/SAS en términos de capacidad. Esta comparación entre GB y dólares se nos hizo evidente cuando recibimos el SSD NVMe Ultrastar® DC SN640 de Western Digital en el laboratorio para realizar pruebas de rendimiento: ofrece mejoras de rendimiento drásticas en comparación con los SSD SATA/SAS y se dirige al mercado de almacenamiento empresarial principal. Ahora que las SSD NVMe están cerca de la paridad de costos, las vemos como un reemplazo de las unidades SATA en el centro de datos para las aplicaciones principales, ya que ofrecen un mejor rendimiento y tienen menores requisitos de energía.

Antes de profundizar en los detalles del Ultrastar SN640 y brindar una descripción general de las pruebas de rendimiento que le hicimos, primero echemos un vistazo a los antecedentes de Western Digital y la línea actual de almacenamiento Flash, así como la tecnología detrás del SN640 que lo convierte en un reemplazo tan atractivo para las unidades SATA/SAS.

Fundada en 1970, Western Digital tiene una rica historia de desarrollo y trabajo con semiconductores. Primero produjeron componentes discretos, como los chips que impulsaron la revolución de las calculadoras eléctricas de mediados de la década de 1970, y luego los chips de control para unidades de disco; a partir de este trasfondo, lógicamente migraron a la producción de discos duros completos. En la década de 1990 y principios de la década de 2000, crearon muchas innovaciones que mejoraron el rendimiento y la capacidad de sus unidades.

A lo largo de los años, Western Digital trabajó con SanDisk® en productos Flash y en 2016 los adquirió. SanDisk fue uno de los primeros innovadores en almacenamiento Flash y demostró con el tiempo ser un verdadero innovador en el mercado de almacenamiento. En 1988 introdujeron Flash del sistema para almacenamiento informático y trabajó con Western Digital en la década de 1990 para crear el primer producto comercial Flash SSD. Con el tiempo, SanDisk ha demostrado ser un verdadero innovador en el mercado del almacenamiento; enviaron los primeros chips comerciales NANDS MLC de 1 GB del mundo, así como tarjetas microSD™ desarrolladas conjuntamente, tarjetas de memoria Flash con tecnología NAND Flash de 64 GB X4 (4 bits por celda) y otras tecnologías que impulsaron a Flash hacia adelante, no solo desde una tecnología y desde el punto de vista del rendimiento sino también desde el punto de vista del costo.

Basándose en esta rica historia, Western Digital ha desarrollado una serie de productos para cumplir con los requisitos específicos de usuarios comerciales y empresariales por igual y ha utilizado diferentes marcas para satisfacer las necesidades de diferentes mercados con ofertas de productos únicas. Por ejemplo, la marca SanDisk se enfoca en productos de almacenamiento móvil y la marca G-Technology® se enfoca en unidades y sistemas de almacenamiento diseñados para profesionales creativos.

Bajo la marca Western Digital, ofrecen unidades HDD y Flash, y soluciones de almacenamiento para uso personal y empresarial. Para ayudar a los usuarios a seleccionar la unidad que mejor se adapte a sus necesidades, Western Digital divide algunas de sus unidades en clasificaciones codificadas por colores: las unidades WD Green son para las necesidades informáticas diarias en su PC, las unidades WD Blue son para uso de escritorio, las unidades WD Purple son para almacenamiento de vigilancia, los discos WD Red están orientados al almacenamiento conectado a la red, y sus discos WD Black y WD Gold son sus discos empresariales y de juego de alto rendimiento con respeto. Estas dos últimas categorías de colores vienen con una garantía limitada de cinco años, mientras que las otras vienen con una garantía limitada de tres años. Western Digital no ofrece dispositivos HDD, SATA, SAS o NVMe en todos sus colores, pero sí la tecnología de almacenamiento más adecuada para un caso de uso determinado.

Para clientes empresariales y de centros de datos, Western Digital tiene una línea de unidades Ultrastar. Prefijan sus unidades con un código de dos caracteres para indicar el tipo de dispositivo: HC son dispositivos HDD, SS son unidades SAS, SN son unidades NVMe, SA son unidades SA SATA, y ME son unidades de extensión de memoria.

La unidad que veremos en este artículo es la SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe. Es el sucesor del Ultrastar DC SN630 con mejoras clave en el rendimiento. Ambas unidades utilizan los controladores NVMe internos de Western Digital con su propia NAND y firmware que brindan optimizaciones masivas que conducen a bajas latencias constantes y alto rendimiento. Estas unidades son para diseños convencionales, que es la unidad que Western Digital comercializa como una unidad de transición para alejar a los clientes empresariales de las tecnologías de almacenamiento flash SATA/SAS de última generación y pasar al almacenamiento flash NVMe actual. Western Digital pone a disposición en cantidades más pequeñas para la distribución y los minoristas electrónicos, el SSD WD Gold NVMe que tiene muchas de las mismas capacidades del Ultrastar SN640. Vale la pena señalar que Western Digital también ofrece el SSD Ultrastar DC SN840 NVMe dirigido a AFA que ejecutan cargas de trabajo de misión crítica y servidores HPC. Esperamos tener en nuestras manos este producto.

La línea SN640 de unidades NVMe tiene un tamaño de 2.5” x 7 mm con un conector U.2 y contiene una capacidad de almacenamiento que va de 800 GB a 7.68 TB. Debido a que estas unidades se diseñaron para uso empresarial y de centros de datos, vienen con una garantía limitada de cinco años, tienen una calificación de tiempo promedio entre fallas (MTBF) de 2 millones de horas, tienen una calificación de 0.8 o 2.0 DWPD y tienen borrado seguro ( SE) Instant Secure Erase (ISE) o opciones de seguridad TCG Ruby. Para mejorar el rendimiento, las unidades SN utilizan el controlador PCIe Gen 3.1 x 4 (NVMe 1.3) propio de Western Digital. Además, para hacerlos rentables con las unidades SSD SATA/SAS, utilizan BiCS96 4D TLC NAND de 3 capas de Western Digital. Western Digital calificó estas unidades con lecturas aleatorias de hasta 515 65 IOP y afirma que ofrecen cinco veces más rendimiento de lectura mientras usan un XNUMX % menos de IOP/vatio que las unidades SATA.

Especificaciones de SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe:

• Factor de forma: 2 2.5”, 7 mm
• Capacidad: 800 GB a 7,680 GB
• NAND: Western Digital BiCS4 3D TLC NAND
• Interfaz: PCIe Gen3 x4 (compatible con NVMe 1.3c)
• Rendimiento: (modelo TCG Ruby)
  • Rendimiento de lectura secuencial (hasta): 3340 MB/s
  • Rendimiento de escritura secuencial (hasta): 2190 MB/s
  • Lectura aleatoria de 4KiB (hasta): 515 XNUMX IOPS
  • Escritura aleatoria de 4 KiB (hasta): 161 XNUMX IOPS
  • Lectura/escritura aleatoria 70/30, 4KiB (hasta): 305K IOPS
  • Latencia de lectura (hasta): 78 us
• Resistencia y fiabilidad:
  • DW/D: 0.8 (lectura intensiva), 2 (uso mixto)
  • Tasa de error de bit incorregible (UBER): 1 en 10 al 17^th
  • MTBF: 2 millones de horas
  • Protección contra pérdida de energía (PLP) y protección de ruta de datos de extremo a extremo
• Caracteristicas
  • 128 Soporte de espacio de nombres NVMe
  • Soporte de tamaño de sector variable
  • NVMe-MI 1.1 (modelo TCG Ruby)
  • Borrado seguro, borrado seguro instantáneo y TCG Ruby
• Ambiente:
  • Estado de energía de funcionamiento (máx.): 12W
  • Estado de energía inactiva (típico): < 5W
  • Temperatura de funcionamiento: 0 a 70 °C de temperatura ambiente con flujo de aire sugerido
  • Temperatura no operativa: -40° a 85° C
• 5 años de garantía limitada

Las unidades NVMe han estado en el mercado empresarial durante un tiempo y el mayor obstáculo para su uso generalizado ha sido tradicionalmente su costo, pero este ya no es el caso. El precio de venta al público de un SN640 con una capacidad de 7.68 TB es de $1,400, y un SSD SATA comparable cuesta $1,200. Una unidad de menor capacidad, como la SN640 de 960 GB, tiene un precio de $300, mientras que una unidad SATA SSD comparable con clasificación de centro de datos tiene un precio de $260. En otras palabras, por un aumento de precio de aproximadamente un 16 %, obtienes una unidad con mucho más rendimiento. Al cambiar a unidades NVMe, los servidores pueden manejar cargas de trabajo modernas que exigen tiempos de respuesta rápidos. Las unidades SATA, con su ancho de banda limitado y latencias mucho más altas, no pueden manejar de manera eficiente los exigentes requisitos de almacenamiento de las aplicaciones actuales.

Debido a su alto precio, las unidades NVMe quedaron relegadas a casos de uso de nicho cuando se lanzaron inicialmente. Ahora, sin embargo, los SSD NVMe más nuevos, como el SN640, se han convertido en una solución de almacenamiento para cargas de trabajo convencionales, como el respaldo de máquinas virtuales (VM), sirviendo como caché flash para almacenamiento definido por software (SDS) e incluso actuando como dispositivos de arranque. El único inconveniente que actualmente creemos que está impidiendo su adopción más generalizada es que los servidores todavía tienen dificultades para ponerse al día con ellos, y no todos los servidores pueden admitir la cantidad de puertos NVMe con los que la gente quisiera llenarlos. Si este es realmente el caso, entonces los arquitectos de servidores deben usar este valioso recurso judicialmente (no desde el punto de vista del costo, sino desde el punto de vista del rendimiento) y asegurarse de que su rendimiento se use de la manera más inteligente posible.

Datos de prueba

Para medir el rendimiento de las SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe, utilizamos un servidor Dell EMC PowerEdge R740xd estándar de la industria equipado con un backplane compatible con NVMe. Esta configuración de servidor ofrecía 12 bahías NVMe, de las cuales usamos 8 ranuras.

Entorno de prueba:

• 8 SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe
• 8 SSD Western Digital Ultrastar SA210 SATA
• Servidor Dell EMC PowerEdge R740xd con 12 ranuras NVMe (8 utilizadas)
  • CPU 2 x Intel® escalable Platino 8280
  • Memoria RAM de 12 x 32 GB DDR4-2933 MHz

Los puntos de referencia en los que nos enfocamos fueron las cargas de trabajo sintéticas, que buscan estresar las unidades para mostrar su ancho de banda máximo o números de rendimiento, así como cargas de trabajo de aplicaciones que muestran cifras más reales sobre lo que los usuarios pueden esperar. De estas dos áreas, nuestras cargas de trabajo de aplicaciones están orientadas a poner una mejor lente en el rendimiento de la latencia. Para estas pruebas, utilizamos un entorno CentOS 7 con VDBench instalado para la sección sintética y VMware ESXi™ 6.7u3 para nuestras máquinas virtuales SQL Server y MySQL™ Sysbench.

Para obtener una mejor apreciación de cómo se comparan estas unidades NVMe con las SSD SATA, realizamos pruebas en las unidades SATA Western Digital Ultrastar DC SA210 de 1.92 TB y las comparamos con la SN3.84 de 640 TB.

El siguiente gráfico muestra que, en todas las categorías, Western Digital SN640 derrotó a la unidad SATA por un amplio margen. Esto osciló entre una mejora del 46 % en nuestra latencia promedio de Sysbench y una mejora sobresaliente del 875 % durante nuestras pruebas de IOPS aleatorias 4K 70/30.

Los números de rendimiento en bruto fueron muy impresionantes, pero queríamos tener una idea de cómo se traduciría esto a las condiciones del mundo real. Primero analizamos qué tan bien podían manejar las unidades una tormenta de arranque de VDI el lunes por la mañana.

La latencia de la unidad SATA se degradó rápidamente hasta el punto en que tardó ~3 milisegundos en responder, mientras que el SN640 continuó con un aumento gradual de la latencia hasta poco más de 500 microsegundos hasta que detuvimos la prueba en poco más de 150,000 XNUMX IOPS.

Luego realizamos nuestra prueba de inicio de sesión inicial y, nuevamente, la unidad SATA se quedó sin fuerza rápidamente, mientras que Western Digital SN640 mostró solo un ligero aumento en la latencia durante la duración de nuestra prueba.

Para nuestra prueba final en el mundo real, realizamos una prueba de lectura/escritura aleatoria 80/20 en las unidades. Una vez más, las unidades SATA alcanzaron su punto máximo temprano, mientras que el SN640 pudo ofrecer un rendimiento excepcional a través de una amplia gama de IOPS.

El SN640 no solo mostró una latencia excepcionalmente baja que tuvo un pequeño aumento gradual y predecible a medida que se estresaba por la cantidad de IOPS, sino que la unidad también brindó una calidad de servicio constante durante nuestras pruebas.

Conclusión

Nuestras pruebas en el Ultrastar DC SN640 confirmaron que Western Digital, utilizando su último controlador interno, flash de 96 L y firmware, ha entregado un SSD NVMe convencional que equilibra el rendimiento y la potencia para una solución rentable para desplazar a SATA de una vez por todas. . Las unidades NVMe alcanzaron rápidamente la paridad en el costo por IOPS y predijimos que habría un punto de inflexión en el que serían competitivos en términos de capacidad en el futuro, y ahora estamos en ese punto. En una comparación de precios informal, encontramos que solo hubo un ligero aumento en el precio del SN640 sobre los SSD SATA/SAS por GB. Cuando se ve a través de la lente de rendimiento como se ilustra arriba, simplemente no hay razón para usar SSD SATA para el almacenamiento de datos.

Western Digital ha sido durante mucho tiempo un innovador en la vanguardia de la tecnología de almacenamiento, y este logro se extiende a las unidades flash. La incesante innovación de Western Digital se puede ver en su línea de unidades SN640, donde pudieron usar su destreza técnica no solo para extraer un rendimiento superior del dispositivo, sino también para hacerlo a un precio muy atractivo.

El Ultrastar SN640 sirve como una excelente unidad de puerta de enlace para sacar a los usuarios del almacenamiento de la generación anterior y pasar al flash basado en NVMe. Los datos muestran claramente que NVMe es el camino a seguir cuando se trata de proporcionar un rendimiento receptivo al conjunto diverso de cargas de trabajo en el centro de datos. Las unidades NVMe no solo aumentarán el rendimiento de las cargas de trabajo actuales, como bases de datos y cargas de trabajo virtualizadas, sino que posicionarán el centro de datos para las cargas de trabajo de nueva generación más exigentes que están empezando a aparecer, como el aprendizaje automático (ML) y la inteligencia artificial ( AI), que requieren soluciones de almacenamiento con latencia ultra baja y ancho de banda ultra alto.

Serie Ultrastar NVMe de Western Digital

Mejor con NVMe

Infografía de Western Digital SN640