Gli SSD NVMe di Western Digital conquistano l'impresa

Quando le unità NVMe™ furono lanciate per la prima volta, sapevamo che le prestazioni sarebbero state superiori, ma ci chiedevamo quando sarebbero state paragonabili in termini di costi agli SSD SATA. A causa del loro costo iniziale, le unità NVMe venivano utilizzate per applicazioni aziendali che dovevano sfruttare le loro caratteristiche ad alte prestazioni. Non c’è voluto molto perché le unità NVMe diventassero più economiche delle unità SSD SATA/SAS in termini di dollari per IOPS. Ma ora stiamo iniziando a raggiungere il punto in cui non sono molto più costosi degli SSD SATA/SAS in termini di capacità. Questo confronto tra GB e dollari ci è stato chiaro quando abbiamo ricevuto in laboratorio l'SSD Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe per i test delle prestazioni: offre notevoli miglioramenti delle prestazioni rispetto agli SSD SATA/SAS e si rivolge al mercato dello storage aziendale mainstream. Ora che gli SSD NVMe sono vicini alla parità di costo, li vediamo come un sostituto delle unità SATA nei data center per le applicazioni tradizionali poiché offrono prestazioni migliori pur avendo requisiti di alimentazione inferiori.

Quando le unità NVMe™ furono lanciate per la prima volta, sapevamo che le prestazioni sarebbero state superiori, ma ci chiedevamo quando sarebbero state paragonabili in termini di costi agli SSD SATA. A causa del loro costo iniziale, le unità NVMe venivano utilizzate per applicazioni aziendali che dovevano sfruttare le loro caratteristiche ad alte prestazioni. Non c’è voluto molto perché le unità NVMe diventassero più economiche delle unità SSD SATA/SAS in termini di dollari per IOPS. Ma ora stiamo iniziando a raggiungere il punto in cui non sono molto più costosi degli SSD SATA/SAS in termini di capacità. Questo confronto tra GB e dollari ci è stato chiaro quando abbiamo ricevuto in laboratorio l'SSD Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe per i test delle prestazioni: offre notevoli miglioramenti delle prestazioni rispetto agli SSD SATA/SAS e si rivolge al mercato dello storage aziendale mainstream. Ora che gli SSD NVMe sono vicini alla parità di costo, li vediamo come un sostituto delle unità SATA nei data center per le applicazioni tradizionali poiché offrono prestazioni migliori pur avendo requisiti di alimentazione inferiori.

Prima di approfondire le specifiche dell'Ultrastar SN640 e di fornire una panoramica dei test prestazionali che abbiamo eseguito su di esso, diamo prima un'occhiata al background di Western Digital e all'attuale gamma di storage Flash, nonché alla tecnologia dietro l'Ultrastar SN640. SNXNUMX che lo rende un sostituto davvero interessante delle unità SATA/SAS.

Fondata nel 1970, Western Digital ha una ricca storia di sviluppo e collaborazione con i semiconduttori. Per prima cosa produssero componenti discreti come i chip che alimentarono la rivoluzione dei calcolatori elettrici della metà degli anni '1970, e poi i chip di controllo per le unità disco; da questo background sono passati logicamente alla produzione di interi dischi rigidi. Negli anni '1990 e all'inizio degli anni 2000, hanno creato numerose innovazioni che hanno migliorato le prestazioni e la capacità delle loro unità.

Nel corso degli anni, Western Digital ha collaborato con SanDisk® sui prodotti Flash e nel 2016 li ha acquisiti. SanDisk è stato uno dei primi innovatori nell'archiviazione Flash e nel tempo ha dimostrato di essere un vero innovatore nel mercato dello storage. Nel 1988, hanno introdotto Flash di sistema per l'archiviazione di computer e ha collaborato con Western Digital negli anni '1990 per creare il primo prodotto commerciale Flash SSD. Nel tempo SanDisk ha dimostrato di essere un vero innovatore nel mercato dello storage; hanno distribuito i primi chip commerciali NANDS MLC da 1 GB al mondo, nonché schede microSD™ sviluppate congiuntamente, schede di memoria Flash con tecnologia NAND Flash da 64 GB X4 (4 bit per cella) e altre tecnologie che hanno fatto avanzare Flash, non solo da una tecnologia e punto di vista delle prestazioni ma anche dal punto di vista dei costi.

Attingendo a questa ricca storia, Western Digital ha sviluppato una serie di prodotti per soddisfare le esigenze specifiche sia degli utenti commerciali che aziendali e ha utilizzato marchi diversi per soddisfare le esigenze dei diversi mercati con offerte di prodotti uniche. Ad esempio, il marchio SanDisk è focalizzato sui prodotti di archiviazione mobile e il marchio G-Technology® è focalizzato su unità e sistemi di archiviazione progettati per professionisti creativi.

Con il marchio Western Digital, offrono unità HDD e Flash e soluzioni di archiviazione per uso personale e aziendale. Per aiutare gli utenti a selezionare l'unità più adatta alle loro esigenze, Western Digital divide alcune delle sue unità in classificazioni codificate a colori: le unità WD Green sono per le esigenze informatiche quotidiane del PC, le unità WD Blue sono per l'uso desktop, le unità WD Purple sono per storage di sorveglianza, le unità WD Red sono orientate allo storage collegato alla rete e le loro unità WD Black e WD Gold sono rispettosamente le loro unità aziendali e di gioco ad alte prestazioni. Queste ultime due categorie di colori hanno una garanzia limitata di cinque anni, mentre le altre hanno una garanzia limitata di tre anni. Western Digital non offre dispositivi HDD, SATA, SAS o NVMe in tutti i loro colori, ma offre la tecnologia di archiviazione più appropriata per un determinato caso d'uso.

Per i clienti aziendali e di data center, Western Digital offre una linea di unità Ultrastar. Prefiggono le loro unità con un codice di due caratteri per indicare il tipo di dispositivo: HC sono dispositivi HDD, SS sono unità SAS, SN sono unità NVMe, SA sono unità SA SATA e ME sono unità di estensione della memoria.

L'unità che esamineremo in questo articolo è l'SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe. È il successore dell'Ultrastar DC SN630 con miglioramenti chiave nelle prestazioni. Entrambe le unità utilizzano i controller NVMe interni di Western Digital con la propria NAND e firmware che forniscono enormi ottimizzazioni che portano a latenze basse e prestazioni elevate costanti. Queste unità sono destinate a progetti tradizionali, ovvero le unità che Western Digital commercializza come unità di transizione per allontanare i clienti aziendali dalle tecnologie di storage flash SATA/SAS di ultima generazione e passare all'attuale storage flash NVMe. Western Digital rende disponibile in quantità minori per la distribuzione e gli e-tailer l'SSD WD Gold NVMe che ha molte delle stesse funzionalità dell'Ultrastar SN640. Vale la pena notare che Western Digital offre anche l'SSD Ultrastar DC SN840 NVMe destinato agli AFA che eseguono carichi di lavoro mission-critical e server HPC. Non vediamo l'ora di mettere le mani su questo prodotto.

La linea SN640 di unità NVMe ha dimensioni di 2.5 x 7 mm con un connettore U.2 e contiene una capacità di archiviazione che va da 800 GB a 7.68 TB. Poiché queste unità sono state progettate per l'uso aziendale e nei data center, sono dotate di una garanzia limitata di cinque anni, hanno un tempo medio tra guasti (MTBF) di 2 milioni di ore, sono classificati a 0.8 o 2.0 DWPD e dispongono di cancellazione sicura ( SE) Opzioni di sicurezza Instant Secure Erase (ISE) o TCG Ruby. Per migliorare le prestazioni, le unità SN utilizzano il controller PCIe Gen 3.1 x 4 (NVMe 1.3) di Western Digital. Inoltre, per renderli competitivi in ​​termini di costi con le unità SSD SATA/SAS, utilizzano la NAND TLC BiCS96 4D a 3 strati di Western Digital. Western Digital ha valutato queste unità con letture casuali fino a 515 IOP e afferma che offrono prestazioni di lettura cinque volte superiori utilizzando il 65% in meno di IOP/Watt rispetto alle unità SATA.

Specifiche SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe:

• Fattore di forma: 2 2.5”, 7 mm
• Capacità: da 800 GB a 7,680 GB
• NAND: NAND TLC Western Digital BiCS4 3D
• Interfaccia: PCIe Gen3 x4 (conforme a NVMe 1.3c)
• Prestazioni: (modello TCG Rubino)
  • Prestazioni di lettura sequenziale (fino a): 3340 MB/s
  • Prestazioni di scrittura sequenziale (fino a): 2190 MB/s
  • Lettura casuale da 4 KiB (fino a): 515 IOPS
  • Scrittura casuale da 4 KiB (fino a): 161 IOPS
  • Lettura/scrittura casuale 70/30, 4 KiB (fino a): 305 IOPS
  • Latenza di lettura (fino a): 78 us
• Resistenza e affidabilità:
  • DW/D: 0.8 (lettura intensiva), 2 (uso misto)
  • Tasso di errore bit non correggibile (UBER): da 1 su 10 a 17^th
  • MTBF: 2 milioni di ore
  • Protezione dalle perdite di alimentazione (PLP) e protezione del percorso dati end-to-end
• Caratteristiche
  • 128 Supporto dello spazio dei nomi NVMe
  • Supporto per dimensioni di settore variabili
  • NVMe-MI 1.1 (modello TCG Ruby)
  • Cancellazione sicura, Cancellazione sicura istantanea e TCG Ruby
• Ambiente:
  • Stato di potenza operativa (max): 12 W
  • Stato di inattività (tipico): < 5 W
  • Temperatura operativa: temperatura ambiente da 0 a 70 °C con flusso d'aria consigliato
  • Temperatura non operativa: da -40° a 85° C
• 5 anni di garanzia limitata

Le unità NVMe sono presenti nel mercato aziendale ormai da un po' di tempo e il più grande ostacolo al loro utilizzo diffuso è stato tradizionalmente il loro costo, ma non è più così. Il prezzo al dettaglio di un SN640 con una capacità di 7.68 TB è di $ 1,400 e un SSD SATA comparabile arriva a $ 1,200. Un'unità di capacità inferiore, come l'SN640 da 960 GB, costa $ 300, mentre un'unità SSD SATA comparabile con classificazione per data center ha un prezzo di $ 260. In altre parole, con un aumento del prezzo di circa il 16% si ottiene una guida molto più performante. Passando alle unità NVMe, i server possono gestire carichi di lavoro moderni che richiedono tempi di risposta rapidi. Le unità SATA, con la loro larghezza di banda limitata e latenze molto più elevate, non sono in grado di gestire in modo efficiente gli esigenti requisiti di archiviazione delle applicazioni odierne.

A causa del loro prezzo elevato, le unità NVMe sono state relegate a casi d’uso di nicchia quando sono state inizialmente rilasciate. Ora, tuttavia, i più recenti SSD NVMe come l'SN640 sono diventati una soluzione di archiviazione per i carichi di lavoro tradizionali, come il supporto per macchine virtuali (VM), fungendo da cache Flash per lo storage definito dal software (SDS) e persino fungendo da dispositivi di avvio. L’unico inconveniente che attualmente riteniamo stia ostacolando una loro adozione più diffusa è che i server stanno ancora lottando per raggiungerli e non tutti i server possono supportare il numero di porte NVMe con cui le persone vorrebbero popolarli. Se questo è effettivamente il caso, allora gli architetti dei server devono utilizzare questa preziosa risorsa in modo giudiziale (non dal punto di vista dei costi, ma da quello delle prestazioni) e assicurarsi che le loro prestazioni siano utilizzate nel modo più saggio possibile.

Dati di test

Per misurare le prestazioni degli SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe, abbiamo utilizzato un server Dell EMC PowerEdge R740xd standard del settore dotato di un backplane compatibile con NVMe. Questa configurazione del server offriva 12 alloggiamenti NVMe, di cui abbiamo utilizzato 8 slot.

Ambiente di test:

• 8 SSD Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe
• 8 SSD SATA Western Digital Ultrastar SA210
• Server Dell EMC PowerEdge R740xd con 12 slot NVMe (8 utilizzati)
  • CPU 2x Intel® scalabile Platinum 8280
  • DRAM 12x32 GB DDR4-2933 MHz

I benchmark su cui ci siamo concentrati erano i carichi di lavoro sintetici, che cercano di stressare le unità per mostrare la larghezza di banda di picco o i numeri di throughput, nonché i carichi di lavoro delle applicazioni che mostrano cifre più reali su ciò che gli utenti possono aspettarsi. Di queste due aree, i nostri carichi di lavoro applicativi sono orientati a mettere un obiettivo migliore sulle prestazioni di latenza. Per questi test, utilizziamo un ambiente CentOS 7 con VDBench installato per la sezione sintetica e VMware ESXi™ 6.7u3 per le nostre VM SQL Server e MySQL™ Sysbench.

Per valutare meglio il confronto tra queste unità NVMe e gli SSD SATA, abbiamo eseguito test sulle unità SATA Western Digital Ultrastar DC SA210 da 1.92 TB e le abbiamo confrontate con le unità SN3.84 da 640 TB.

Il grafico seguente mostra che in ogni categoria il Western Digital SN640 ha battuto l'unità SATA con un ampio margine. Ciò varia da un miglioramento del 46% nella latenza media del nostro Sysbench a un eccezionale miglioramento dell'875% durante i nostri test IOPS casuali 4K 70/30.

I numeri grezzi delle prestazioni erano davvero impressionanti, ma volevamo avere un'idea di come ciò si sarebbe tradotto nelle condizioni del mondo reale. Per prima cosa abbiamo esaminato la capacità delle unità di gestire una tempesta di avvio VDI del lunedì mattina.

La latenza dell'unità SATA si è ridotta rapidamente al punto che sono stati necessari circa 3 millisecondi per rispondere mentre l'SN640 ha continuato con un aumento graduale della latenza fino a poco più di 500 microsecondi fino a quando non abbiamo interrotto il test a poco più di 150,000 IOPS.

Abbiamo quindi eseguito i nostri test di accesso iniziali e ancora una volta l'unità SATA si è esaurita rapidamente mentre il Western Digital SN640 ha mostrato solo un leggero aumento della latenza per tutta la durata dei nostri test.

Per il nostro test finale nel mondo reale, abbiamo eseguito un test di lettura/scrittura casuale 80/20 sulle unità. Anche in questo caso le unità SATA hanno raggiunto il picco presto, mentre l'SN640 è stato in grado di fornire prestazioni eccezionali attraverso un'ampia gamma di IOPS.

Non solo l'SN640 ha mostrato una latenza eccezionalmente bassa con un piccolo e prevedibile aumento graduale poiché stressato dal numero di IOPS, ma l'unità ha anche fornito una qualità di servizio costante durante i nostri test.

Conclusione

I nostri test sull'Ultrastar DC SN640 hanno confermato che Western Digital, utilizzando il suo controller interno, flash 96L e firmware di ultima generazione, ha fornito un SSD NVMe mainstream che bilancia prestazioni e potenza per una soluzione economicamente vantaggiosa per sostituire SATA una volta per tutte . Le unità NVMe hanno rapidamente raggiunto la parità di costo per IOPS e avevamo previsto che ci sarebbe stato un punto di flessione in cui sarebbero state competitive in termini di costi in futuro in base alla capacità, e ora siamo a quel punto. In un confronto casuale dei prezzi, abbiamo riscontrato che c'è stato solo un leggero aumento nel prezzo dell'SN640 rispetto agli SSD SATA/SAS su base per GB. Se visti dal punto di vista delle prestazioni, come illustrato sopra, semplicemente non c'è motivo di utilizzare SSD SATA per l'archiviazione dei dati.

Western Digital è da tempo un innovatore e all'avanguardia nella tecnologia di archiviazione, e questo risultato si estende alle unità flash. L’incessante innovazione di Western Digital può essere vista nella linea di unità SN640 in cui sono stati in grado di utilizzare la loro abilità tecnica non solo per ottenere prestazioni superiori dal dispositivo, ma per farlo a un prezzo molto interessante.

L'Ultrastar SN640 funge da ottimo gateway per allontanare gli utenti dallo storage della generazione precedente e passare alla flash basata su NVMe. I dati mostrano chiaramente che NVMe è la strada da seguire quando si tratta di fornire prestazioni reattive ai diversi carichi di lavoro nel data center. Non solo le unità NVMe aumenteranno le prestazioni dei carichi di lavoro attuali, come database e carichi di lavoro virtualizzati, ma posizioneranno il data center per i carichi di lavoro di nuova generazione più impegnativi che stanno iniziando ad apparire, come l'apprendimento automatico (ML) e l'intelligenza artificiale ( AI), che richiedono soluzioni di storage con latenza ultrabassa e larghezza di banda ultraelevata.

Serie Western Digital Ultrastar NVMe

Meglio con NVMe

Infografica Western Digital SN640