Performances de stockage Intel – Windows Server

La semaine dernière, Intel a publié son Processeurs Xeon de 3e génération, qui s'appuie sur leur jeu d'écosystème qui inclut le stockage SSD Optane dans le P5800X et bien sûr le dernier Modules de mémoire persistante de la série 200 (PMem). Avec nos premiers examens du stockage Intel, nous avons décidé de réutiliser le serveur Intel et la technologie de stockage que nous avons dans le laboratoire. Nous avons installé Windows Server 2019 pour tester Optane PMem 200, Optane P5800X SSD et TLC NAND SSD P5510 tête à tête. Le but de cet examen est d'évaluer les performances de stockage Intel dans Windows Server afin que nous puissions mieux comprendre où se situent les points forts de chacune de ces technologies dans un scénario bare metal.

La semaine dernière, Intel a publié son Processeurs Xeon de 3e génération, qui s'appuie sur leur jeu d'écosystème qui inclut le stockage SSD Optane dans le P5800X et bien sûr le dernier Modules de mémoire persistante de la série 200 (PMem). Avec nos premiers examens du stockage Intel, nous avons décidé de réutiliser le serveur Intel et la technologie de stockage que nous avons dans le laboratoire. Nous avons installé Windows Server 2019 pour tester Optane PMem 200, Optane P5800X SSD et TLC NAND SSD P5510 tête à tête. Le but de cet examen est d'évaluer les performances de stockage Intel dans Windows Server afin que nous puissions mieux comprendre où se situent les points forts de chacune de ces technologies dans un scénario bare metal.

Optane PMem contre Optane SSD contre NAND SSD

Il y a encore un certain nombre de questions sur la technologie de stockage qui convient à une application ou à un cas d'utilisation particulier, malgré la pyramide de stockage longtemps privilégiée d'Intel. Bien sûr, la DRAM est la plus rapide, mais malheureusement, elle est aussi chère. Optane PMem peut être utilisé comme DRAM, fournissant un stockage persistant qui n'a pas besoin d'être réhydraté au redémarrage. PMem exploite également les emplacements DIMM traditionnels, il est donc facile de s'y connecter. PMem a également un profil de performances impressionnant par rapport aux SSD traditionnels.

Ensuite, bien sûr, vous avez les SSD Optane, qui ont été optimisés pour absorber les écritures, un travail avec lequel les SSD traditionnels peuvent avoir du mal. C'est pourquoi ils sont généralement utilisés dans le cadre d'une architecture de stockage multiniveau en tant que cache ou pool de hiérarchisation. Les SSD Optane sont cependant plus chers que les SSD TLC NAND et ont un énorme désavantage de capacité, le P5800X culmine à 1.6 To par exemple.

En descendant la ligne, nous avons des SSD TLC, comme le Intel P5510, qui correspond au sweet spot pour la performance par dollar. Enfin, dans le domaine du flash, nous avons des SSD QLC. Ceux-ci offrent la plus grande capacité et valeur par téraoctet, mais préfèrent vraiment être dans un environnement de lecture intensive, encore mieux s'ils sont derrière un cache ou un niveau qui agrège les écritures et les transmet aux SSD QLC de manière douce et affectueuse. À partir de là, la pyramide de stockage se transforme en un fatras de disques durs, de lecteurs de bande et de permutations de stockage en nuage.

Performances de stockage Intel dans Windows Server

Pour évaluer les performances de ces dernières technologies de stockage Intel, nous voulions une situation avec le moins de frais généraux possible, tout en trouvant un bon support pour PMem en particulier, et notre méthodologie de test existante. Le premier candidat est Microsoft Windows Server 2019. Nous testons sur un serveur Intel OEM conçu pour présenter les dernières technologies de plate-forme telles que Xeon de 3e génération, PMem 200 et la prise en charge du stockage PCIe Gen4.

Spécifications du serveur Intel OEM

• 2 x Intel Xeon Platinum 8380 à 2.3 GHz 40 cœurs
• 16 x 32 Go DDR4 3200 MHz
• 16 x 128 Go de mémoire persistante Intel série 200
• SSD de démarrage : Intel 1 To SATA
• Système d'exploitation: Windows Server 2019

Analyse synthétique de la charge de travail d'entreprise

Notre processus de référence de stockage partagé d'entreprise préconditionne chaque appareil dans un état stable avec la même charge de travail avec laquelle l'appareil sera testé sous une charge lourde de 16 threads avec une file d'attente exceptionnelle de 16 par thread, puis testé à des intervalles définis dans plusieurs threads/files d'attente profils de profondeur pour montrer les performances en utilisation légère et intensive. Étant donné que nous testons une petite empreinte de stockage de 20 % sur chaque appareil, nous ne représentons graphiquement que les sections principales de chaque test.

Tests de préconditionnement et d'état stable primaire :

• Débit (agrégat IOPS lecture + écriture)
• Latence moyenne (latence de lecture + écriture moyennée ensemble)
• Latence maximale (latence maximale de lecture ou d'écriture)
• Écart-type de latence (écart-type de lecture + écriture moyenné ensemble)

Notre analyse de charge de travail synthétique d'entreprise comprend quatre profils basés sur des tâches réelles, avec une charge de travail 1T/1Q 4K pour se concentrer sur les performances à faible charge. Ces profils ont été développés pour faciliter la comparaison avec nos références passées ainsi qu'avec des valeurs largement publiées telles que la vitesse de lecture et d'écriture maximale de 4k et 8k 70/30, qui est couramment utilisée pour les disques d'entreprise.

• 4K 1T/1Q
  • 100 % de lecture ou 100 % d'écriture
  • 100% 4K
• 4K 16T/16Q
  • 100 % de lecture ou 100 % d'écriture
  • 100% 4K
• 8K 70/30
  • 70 % de lecture, 30 % d'écriture
  • 100% 8K
• 8K (séquentiel)
  • 100 % de lecture ou 100 % d'écriture
  • 100% 8K
• 128K (séquentiel)
  • 100 % de lecture ou 100 % d'écriture
  • 100% 128K

Pour nos tests, nous avons examiné trois configurations de stockage à l'intérieur de la plate-forme de serveur Intel de 3e génération. Ceux-ci comprenaient les éléments suivants :

• 16 x 128 Go de mémoire persistante Intel série 200 dans deux espaces de noms (chacun avec environ 1 To de stockage)
• 2 disques SSD Intel P800X Optane de 5800 Go
• 8 disques SSD Intel P7.68 de 5510 To

Chaque groupe de périphériques ou espace de noms a été testé directement avec une tâche FIO, en utilisant une empreinte de capacité de périphérique de 20 % pour mesurer les performances soutenues. Chaque appareil par groupe a reçu sa propre tâche et les résultats ont été agrégés. Par exemple, pour deux appareils testés, chacun a reçu une charge de travail 1T/1Q, donc deux threads à 1 file d'attente au total pour cette charge de travail. Huit périphériques correspondraient à huit threads au total dans une file d'attente, etc.

Lors de notre premier test, nous nous sommes concentrés sur une charge de travail de lecture et d'écriture aléatoire 4K à un seul thread et à une seule profondeur de file d'attente. Les performances hors ligne sont importantes pour de nombreuses applications, car certains périphériques n'ont pas besoin d'une grande profondeur de file d'attente d'E/S derrière eux pour briller.

Intel PMem a montré des avantages significatifs en termes de performances de lecture, mesurant près du double par rapport aux deux SSD Intel P5800X ou huit SSD Intel P5510. En ce qui concerne les performances d'écriture, PMem avait toujours un avantage sur les SSD P5800X, mais huit disques P5510 étaient capables de fournir un débit plus élevé.

Ensuite, nous examinons l'impact moyen sur la latence de notre test de lecture et d'écriture 1T/1Q 4K.

Intel PMem a mesuré 10 microsecondes de latence en lecture aléatoire 4K, suivi du P5800X avec 24 microsecondes et des SSD P5510 avec 81 microsecondes. En ce qui concerne la latence d'écriture, nous avons vu 11 microsecondes de PMem, 23 des SSD P5800x et 27 ms des SSD P5510.

Passant à une forme plus lourde du même test de lecture et d'écriture 4K, nous examinons où chaque type d'appareil a atteint son maximum.

Le groupe de huit SSD Intel P5510 offrait le débit de lecture le plus élevé avec près de 4.8 millions d'IOPS, suivi de PMem avec 3.2 millions d'IOPS et des deux SSD P5800X avec 1.7 million d'IOPS. En écriture aléatoire 4K, les deux SSD P5800X étaient en tête avec 1.91 M IOPS, suivis des huit SSD P5510 avec 1.78 M IOPS et des deux espaces de noms PMem avec 1.35 M IOPS.

Bien que le débit soit important, l'un des aspects les plus intéressants d'Optane, à la fois en tant que PMem et SSD, est la façon dont il gère la latence de stockage. Nous le voyons également dans notre charge de travail de lecture et d'écriture aléatoire 4K plus lourde.

Intel PMem avait la latence de lecture la plus faible avec 159 microsecondes, suivi des deux SSD P5800X avec 296 microsecondes et des huit SSD P5510 à l'arrière avec 427 microsecondes. La latence d'écriture avait les deux SSD P5800X en tête avec 265 microsecondes, avec PMem à la traîne avec 377 microsecondes et les huit SSD P5510 traditionnels avec 1.147 ms.

En augmentant la taille des blocs vers notre charge de travail 8K 70/30, nous examinons les trois types de stockage différents et comment ils réagissent à un nombre de threads et de files d'attente en constante augmentation.

En termes de performances de pointe, le groupe de huit SSD Intel P5510 a vraiment étiré ses jambes et a offert des nombres de pointe impressionnants. Au sommet, il a atteint un maximum de 4.34 millions d'IOPS à 16T/16Q, bien que ce qui est intéressant, c'est de voir où PMem et les deux P5800X ont pu légèrement avancer à certains des points de fil et de file d'attente inférieurs.

 

En mettant l'accent sur la latence moyenne, nous voyons une image différente peinte à travers les différents types de stockage. Intel PMem, bien qu'il n'ait pas le débit le plus élevé, a réussi à se débrouiller avec une des latences moyennes les plus faibles de ce test, suivi de près par les SSD P5800X. Les huit SSD P5510 à un niveau de latence beaucoup plus élevé (relativement) que les deux technologies Optane, même s'ils offraient de loin le débit le plus élevé.

Ensuite, nous passons à nos charges de travail séquentielles en commençant par notre taille de transfert de 8K.

Le groupe de huit SSD Intel P5510 a facilement dépassé ce test avec 4.45 millions d'IOPS, suivi de PMem avec 1.92 M d'IOPS, suivi par les deux SSD P5800X avec 1.71 M d'IOPS. En écriture, PMem est arrivé en tête avec 1.75 M IOPS, suivi des huit SSD P5510 avec 1.55 M IOPS, suivis des deux SSD P5800X avec 1.18 M IOPS.

Dans notre dernier test, nous examinons la bande passante maximale des trois supports de stockage différents. Avec les deux types d'appareils U.2, une partie du haut de gamme limité provient du nombre de voies pour chaque déploiement.

En partant du haut de la bande passante en lecture, les huit P5510 sont arrivés avec un impressionnant 54 Go/s, suivis par PMem avec deux espaces de noms offrant 44 Go/s, et les deux SSD P5800X à la traîne avec 14 Go/s en lecture. Il est intéressant de voir jusqu'où PMem peut aller en matière de bande passante. En passant à l'écriture sur gros blocs, les huit SSD P5510 sont arrivés en tête avec 32.7 Go/s, suivis de PMem avec 14.3 Go/s, puis des deux SSD P5800X avec 11.1 Go/s. Dans l'ensemble, des chiffres très impressionnants dans tous les domaines.

Conclusion

Intel a travaillé dur avec Optane au cours des dernières années avec les variantes PMem et SSD. Il est clair que cette technologie de stockage est d'une importance fondamentale pour eux, car ils tissent ensemble une histoire complète de plate-forme Intel dans le but de repousser AMD dans le centre de données. Et pour les charges de travail critiques, les résultats le confirment. Pour la hiérarchisation du stockage, le P5800X se situe parfaitement au sommet de la hiérarchie des périphériques NVMe, avec une augmentation considérable des performances par rapport au modèle de la génération précédente, en grande partie grâce à PCIe Gen4. Ce boost est si important en fait qu'il commence à se rapprocher du débit, mais pas de la bande passante, offert par PMem.

Tout au long de nos tests, nous avons vu exactement ce que nous nous attendions à voir. PMem a montré une valeur de performance considérable en termes de latence et de débit à faible profondeur de file d'attente. Il offre également d'énormes gains de bande passante en termes de performances de lecture. Le SSD P5800X Optane, même dans les déploiements de deux, commence à se rapprocher vraiment du PMem à tous les niveaux. Cela permet au P5800X d'être un couplage fantastique avec les disques TLC ou QLC dans une solution qui peut les exploiter en tant que cache ou niveau.

Peu importe où nous regardons la plate-forme Intel Gen3 Xeon, il y a beaucoup à aimer en matière de stockage. Nos résultats sont mis en évidence par l'immense bande passante de lecture de PMem dépassant 44 Go/s en lecture et une latence de 10 microsecondes dans les charges de travail de lecture et d'écriture aléatoires 4K à faible profondeur de file d'attente. Le P5800X offre des avantages de latence similaires, avec une portée plus large dans la baie U.2 la plus courante, mesurant environ le double de la latence d'Intel PMem à faible nombre de files d'attente et de threads. Même les SSD P5510 ont montré leur force lorsqu'il s'agissait de charges de travail à file d'attente plus élevée, offrant des chiffres en tête de liste dans des benchmarks d'E/S séquentiels ou aléatoires.

L'essentiel est que la dernière série de périphériques de stockage Intel, à la fois PMem et SSD, a fait des progrès substantiels par rapport aux produits de la génération précédente. Cela est particulièrement vrai maintenant qu'Intel est en mesure de fournir le BUS plus rapide pour la DRAM et les emplacements PCIe Gen4. Avec ces données bare metal, nous pouvons voir les points spécifiques où chaque technologie excelle. La compréhension de ces données permettra aux constructeurs de systèmes de concevoir intelligemment des plates-formes capables de faire exceller n'importe quelle application.

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