NVMe-flashopslag heeft de branche stormenderhand veroverd en heeft zichzelf gevestigd als de defactostandaard wanneer krachtige opslag met lage latentie de vereiste is. Er zijn echter momenten waarop NVMe overdreven is, of gevallen waarin een hybride flash-benadering logischer is. Veel servergebaseerde softwaregedefinieerde oplossingen die profiteren van flash kunnen dit doen in een multi-tier-mogelijkheid. VMware vSAN en Microsoft Azure Stack HCI zijn op deze manier misschien wel het meest bekend; beide kunnen gebruikmaken van een kleine krachtige flashpool voor tiering en goedkopere SSD's voor capaciteit. Het bufferen van goedkopere SATA SSD's met een klein aantal NVMe biedt een uitstekende combinatie van prestaties, capaciteit en kosten.
NVMe-flashopslag heeft de branche stormenderhand veroverd en heeft zichzelf gevestigd als de defactostandaard wanneer krachtige opslag met lage latentie de vereiste is. Er zijn echter momenten waarop NVMe overdreven is, of gevallen waarin een hybride flash-benadering logischer is. Veel servergebaseerde softwaregedefinieerde oplossingen die profiteren van flash kunnen dit doen in een multi-tier-mogelijkheid. VMware vSAN en Microsoft Azure Stack HCI zijn op deze manier misschien wel het meest bekend; beide kunnen gebruikmaken van een kleine krachtige flashpool voor tiering en goedkopere SSD's voor capaciteit. Het bufferen van goedkopere SATA SSD's met een klein aantal NVMe biedt een uitstekende combinatie van prestaties, capaciteit en kosten.
Een andere factor bij het overwegen van de inzet van flash is de server zelf. Hoewel er tal van volledig NVMe-servers zijn van zowel grote als kleine leveranciers, is het vaak onpraktisch of onnodig om deze route te volgen. Omdat de kosten van NVMe-drives hoger zijn dan die van SATA, biedt een meerderheid van de servers die vandaag worden verkocht een paar NVMe-bays, gemengd met SATA/SAS voor de rest. Een dergelijke server die op deze manier wordt verkocht, is de Dell EMC PowerEdge R640.
De Dell EMC PowerEdge R640 is een 1U, 2-socket server die is ontworpen voor taken waarbij rekendichtheid gelijk staat. In ons lab hebben we een R640 die is geconfigureerd met 10 2.5-inch schijfposities, waaronder 4 NVMe/SAS/SATA-combinatieposities en 6 SAS/SATA-posities, hoewel Dell een breed scala aan configuraties biedt. Met dit type opslagconfiguratie kunnen we profiteren van maximaal vier zeer snelle NVMe SSD's, evenals van kostengeoptimaliseerde SATA SSD's. De combinatiebays stellen klanten ook in staat om zwaarder te gaan op NVMe SSD's naarmate de I/O-behoeften groeien of om meer SATA of SAS te gebruiken, afhankelijk van de specifieke vereisten van de build.
SK hynix PE6011 SSD
Om dit concept verder te illustreren, hebben we gewerkt met SK hynix om een groep te testen PE6011 NVMe SSD's en een groep SE4011 SATA SSD's. Deze tests zijn uitgevoerd om te laten zien hoe elke schijf de andere kan aanvullen, waarbij NVMe meer bandbreedte en I/O-potentieel biedt, en SATA de capaciteitsvereisten biedt zonder een significante daling van de latentie of prestaties. De tests geven duidelijk aan waar de prestatiebanden liggen, zodat de onderneming een compleet beeld heeft om te helpen bij het besluitvormingsproces, vooral bij het ontwerpen van softwaregedefinieerde oplossingen zoals een objectopslag (SUSE Enterprise Storage) of meer traditionele virtuele opslagapparatuur (StoreONE). .
SATA versus NVMe SSD's – Dell EMC PowerEdge R640 testbed
In onze testconfiguratie maakten we gebruik van een Dell PowerEdge R640 uitgerust met dubbele Intel Xeon 2e generatie Scalable 8280 CPU's met een kloksnelheid van 2.7 GHz en elk 28 cores. In combinatie met deze CPU's waren twaalf 32 GB 2933 MHz DDR4-modules, waardoor het systeem een gecombineerd geheugen van 384 GB kreeg. Voor SATA-connectiviteit bevatte de R640 een PERC H740P RAID-kaart en schijven geconfigureerd in HBA pass-through-modus. Voor NVMe-connectiviteit communiceren alle vier de SSD's met de 2e CPU via directe PCIe-lanes, zonder het gebruik van een PCIe-switch in de R640. Deze methode omzeilde de impact van de controllercache en richtte zich in plaats daarvan op de prestaties van de schijven zelf, samen of afzonderlijk in VMware.
Dell EMC PowerEdge R640
Onze testopstelling bestond uit twee opslagconfiguraties. De eerste was vier PE6011 NVMe SSD's, die de vier NVMe-bays in de PowerEdge R640 volledig uitrustten, waardoor zes resterende SATA/SAS-bays open bleven. De tweede was acht SE4011 SATA SSD's, die volledig gebruik maakten van alle speciale SATA/SAS-bays, waardoor er twee NVMe combo-bays beschikbaar bleven.
Voor bare-metal benchmarks gebruikten we minimaal CentOS 7.2 (1908), met naast vdbench OpenJava geïnstalleerd. We hebben elke drive-groep in totaal gemeten, met piekprestaties van vier PE6011 NVMe SSD's en gevolgd door acht SE4011 SATA SSD's. In onze gevirtualiseerde testomgeving hebben we VMware ESXi 6.7u3 geïnstalleerd, individuele SSD's geformatteerd met Datastores en er SQL Server- of MySQL-databases op geplaatst. Voor Sysbench-tests maken we gebruik van 8 VM's, met twee op elke SSD in het geval van de NVMe-tests, één per SSD in het geval van de SATA-tests. Voor SQL Server waarbij de test alleen uit 4 VM's bestaat, plaatsen we elk op zijn eigen SSD, waardoor we vier NVMe SSD's of vier SATA SSD's testen.
VDbench-testen / aantal threads
Al deze tests maken gebruik van de gemeenschappelijke vdBench-workloadgenerator, met een scripting-engine om resultaten te automatiseren en vast te leggen over een groot rekentestcluster. Hierdoor kunnen we dezelfde workloads herhalen op een breed scala aan opslagapparaten, waaronder flash-arrays en individuele opslagapparaten.
profielen:
- 4K willekeurig lezen: 100% lezen, 128 threads, 0-120% joate
- 4K willekeurig schrijven: 100% schrijven, 128 threads, 0-120% snelheid
- 64K sequentieel lezen: 100% lezen, 32 threads, 0-120% jorate
- 64K sequentieel schrijven: 100% schrijven, 16 threads, 0-120% snelheid
SQL Server-configuratie (4VM's)
Het Microsoft SQL Server OLTP-testprotocol van StorageReview maakt gebruik van de huidige versie van Benchmark C (TPC-C) van de Transaction Processing Performance Council, een online transactieverwerkingsbenchmark die de activiteiten in complexe applicatieomgevingen simuleert. De TPC-C-benchmark komt dichterbij dan synthetische prestatiebenchmarks bij het meten van de sterke punten en knelpunten van opslaginfrastructuur in database-omgevingen.
Elke SQL Server VM is geconfigureerd met twee vDisks: een volume van 100 GB voor opstarten en een volume van 500 GB voor de database en logbestanden. Vanuit het perspectief van systeemresources hebben we elke VM geconfigureerd met 16 vCPU's, 64 GB DRAM en de LSI Logic SAS SCSI-controller gebruikt. Terwijl onze Sysbench-workloads het platform eerder verzadigden in zowel opslag-I/O als capaciteit, zoekt de SQL-test naar latentieprestaties.
Deze test maakt gebruik van SQL Server 2014 die wordt uitgevoerd op Windows Server 2012 R2-gast-VM's en wordt benadrukt door Dell's Benchmark Factory for Databases. Terwijl ons traditionele gebruik van deze benchmark was om grote databases met een schaal van 3,000 te testen op lokale of gedeelde opslag, richten we ons in deze iteratie op het gelijkmatig verdelen van vier databases met een schaal van 1,500 over onze servers.
SQL Server-testconfiguratie (per VM)
- Windows Server 2012 R2
- Opslagcapaciteit: 600 GB toegewezen, 500 GB gebruikt
- SQL Server 2014
- Databasegrootte: schaal 1,500
- Virtuele clientbelasting: 15,000
- RAM-buffer: 48 GB
- Testduur: 3 uur
- 2.5 uur voorconditionering
- 30 minuten proefperiode
MySQL Sysbench-configuratie (8VM's)
Onze Percona MySQL OLTP-database meet de transactieprestaties via SysBench. Deze test meet ook de gemiddelde TPS (Transactions Per Second), de gemiddelde latentie en de gemiddelde latentie van het 99e percentiel.
Elke Sysbench VM is geconfigureerd met drie vDisks: één voor opstarten (~ 92 GB), één met de vooraf gebouwde database (~ 447 GB) en de derde voor de database die wordt getest (270 GB). Vanuit het perspectief van systeemresources hebben we elke VM geconfigureerd met 16 vCPU's, 60 GB DRAM en de LSI Logic SAS SCSI-controller gebruikt.
Sysbench-testconfiguratie (per VM)
- CentOS 6.3 64-bits
- Percona XtraDB 5.5.30-rel30.1
- Databasetabellen: 100
- Databasegrootte: 10,000,000
- Database-threads: 32
- RAM-buffer: 24 GB
- Testduur: 3 uur
- 2 uur preconditionering 32 threads
- 1 uur 32 draden
SK hynix SATA en NVMe SSD prestatieresultaten
Om de prestaties van zowel de SK hynix PE6011 NVMe SSD als de SE4011 SATA SSD te karakteriseren, hebben we een "vierhoeken" synthetische werklast op hen uitgevoerd. Dit vergeleek de onbewerkte prestaties van vier NVMe SSD's met acht SATA SSD's die allemaal rechtstreeks werden geadresseerd voor een totaal I/O-beeld zonder dat RAID de prestaties beïnvloedde.
Onze eerste werklast meet de maximale leesbandbreedte van elke schijfgroep met een sequentiële werklast van 64K. In deze werkbelasting hebben we een piekbandbreedte gemeten van 3.97 GB/s bij een latentie van 4 ms vanaf de SATA-groep met acht schijven. De NVMe-groep met vier schijven meet een piekbandbreedte van 10.76 GB/s bij 0.734 ms.
Vervolgens keken we naar sequentiële schrijfbandbreedte met dezelfde sequentiële werklast van 64K. In deze setting mat de SATA SSD-groep 3.06 GB/s op hun hoogtepunt, alvorens terug te lopen naar 2.8 GB/s met 2.8 ms latentie op een oververzadigingspunt. De NVMe SSD-groep schaalde echter op tot 3.6 GB/s bij een latentie van 1.1 ms.
Als we de focus verleggen naar onze piekdoorvoertests die 4K willekeurige prestaties meten, kijken we eerst naar onze leeswerklast. In deze setting bereikte de groep van acht SATA SSD's een piek van 542k IOPS bij een latentie van 1.9 ms. Ter vergelijking: de vier NVMe SSD's waren in staat om ze ver te overtreffen met een piekdoorvoer van 2.46 miljoen IOPS bij een latentie van 0.205 ms.
Het laatste onderdeel van onze "four-corners" synthetische werklast mat de willekeurige 4K-schrijfprestaties van elke schijfgroep. De acht SATA SSD's konden een piek van 500 IOPS bieden bij een latentie van 1.99 ms, terwijl de vier NVMe SSD's 835 IOPS boden bij een latentie van 0.572 ms.
In de laatste fase van onze synthetische tests hebben we gekeken naar twee VDI-use-cases, de eerste was VDI Full Clone Boot. In deze werklast boden de vier PE6011 NVMe SSD's een piekbandbreedte van 384k IOPS of 5.3GB/s bij 0.33ms latentie, terwijl de acht SATA SE4011 SATA SSD's piekten met een bandbreedte van 202k IOPS of 2.8GB/s bij 1.2ms latentie.
Bij het meten van de prestaties van de PE6011 NVMe SSD's zagen we een piekbandbreedte van die groep met een piek van 186k IOPS of 3.5 GB/s bij 0.55 ms. De SATA-groep met acht schijven meet meer dan 109 IOPS of 2.1 GB/s bij een latentie van 1.9 ms.
Als we kijken naar hoe elke schijfgroep presteerde in onze four-corner- en VDI-workloads, zien we dat een 2:1-verhouding van SATA tot NVME een goede balans bood tussen lees- en schrijfprestaties. De PE6011 SSD's konden een zeer sterke leesdoorvoer en bandbreedte bieden bij lage latentie in vergelijking met hun SATA-tegenhangers. Kijkend naar schrijfdoorvoer en bandbreedte, waren de SE4011 SSD's in staat om werklasten te absorberen die niet ver achter hun NVMe-tegenhangers liggen, wat belangrijk is bij het combineren van verschillende schijfklassen in een opslagoplossing waarbij gegevens snel genoeg tussen lagen moeten worden verplaatst zonder inkomende werklasten te vertragen .
Onze laatste twee workloads kijken naar Microsoft SQL Server TPC-C en MySQL Sysbench-prestaties die worden uitgevoerd op meerdere VM's binnen een VMWare ESXi 6.7u3 gevirtualiseerde omgeving. Beide tests zijn ontworpen om real-world prestaties te tonen, waarbij onze SQL Server-workload zich richt op latentie en onze MySQL-test zich richt op piektransactieprestaties.
In onze SQL Server-workload voor dit project bestonden we uit het testen van 4 VM's, elk geplaatst in een enkele VMFS 5-datastore. Deze werkbelasting maakte gebruik van vier SK hynix PE6011 NVMe SSD's en vier SE4011 SATA SSD's. Met behulp van Quest Benchmark Factory heeft elke VM een 15 virtuele gebruiker toegepast en wordt de responsiviteit van de database gemeten.
Over de vier SK hynix PE6011 NVMe SSD's hebben we een gemiddelde latentie van 2 ms gemeten over de vier VM's. Door diezelfde werklast naar de vier SE4011 SATA SSD's te verplaatsen, nam de latentie toe tot gemiddeld 16 ms.
In onze uiteindelijke databaseworkload hebben we gekeken naar de prestaties van 8 VM's. Bij 8 VM's plaatsen we er twee op elk van de 4 NVMe SSD's en één op elk van de 8 SATA SSD's. In deze werklast meten we de individuele transactieprestaties van elke VM en voegen ze samen tot een totaalscore.
Over de vier SK hynix PE6011 NVMe SSD's hebben we een totaal van 18,525 TPS gemeten bij een gemiddelde latentie van 13.81 ms. Door die werklast naar de acht SK hynix SE4011 NVMe SSD's te verplaatsen, meet het totaal 13,032 TPS bij een gemiddelde latentie van 19.64 ms.
SATA vs. NVMe SSD's – Definitief Ideëen
Bij het overwegen van welke vorm van opslag dan ook, is het van cruciaal belang om de prestatie-, kosten- en capaciteitskenmerken van het beschouwde systeem te begrijpen. In dit geval kijken we naar een divers SSD-portfolio van SK hynix, dat in staat is om te voldoen aan een bijna eindeloos aanbod van use-cases. Omdat SK hynix SATA- en NVMe-SSD's aanbiedt, kunnen de schijven op verschillende manieren worden gebruikt. Hoewel NVMe SSD's duidelijk snel zijn, hebben ze een hogere prijs dan SATA. Aan de andere kant geven SATA SSD's de snelheid die NVMe biedt op, maar zijn ze zuiniger en profiteren ze nog steeds van alle TCO-voordelen die flash biedt ten opzichte van harde schijven. Als zodanig kan een meerderheid van de bedrijven profiteren van een hybride flash-benadering, waarbij de prestaties van NVMe worden gecombineerd met de gunstige economische aspecten van SATA.
Nergens is deze kans zo duidelijk als in softwaregedefinieerde opslag en de hyperconvergentiemarkt. De meeste SDS- en HCI-implementaties zijn ontworpen om te profiteren van verschillende opslagklassen; StoreONE, Microsoft Azure Stack HCI en VMware vSAN zijn hier allemaal goede voorbeelden van. In sommige gevallen kunnen de NVMe SSD's fungeren als een cache of laag voor de SATA-schijven, die dienen als capaciteit voor het systeem. In andere gevallen kunnen afzonderlijke pools worden gemaakt, in dit geval een performance pool van NVMe en een SATA-pool voor minder kritieke applicatieworkloads.
Om de voordelen van beide typen SSD's te illustreren, hebben we een groep PE6011 NVMe SSD's samen met SE4011 SATA SSD's getest in een Dell EMC PowerEdge R640. Onze belangrijkste bevindingen tonen aan dat de PE6011 NVMe SSD's in staat zijn om sterke prestaties met lage latentie te bieden voor onze synthetische en applicatieworkloads, met een leesbandbreedte van meer dan 10.7 GB/s. Bovendien laten onze bevindingen zien dat de SE4011 SATA SSD's een aanvulling vormen op de NVMe SSD's en een stabiele capaciteitslaag bieden in al onze werklasten, wat een belangrijke overweging is bij scenario's voor tiering of caching waarbij gegevens op een van beide opslagpools kunnen staan. De schrijfprestaties op de SATA SE4011-groep hielden zeer goed stand, met een snelheid van 2.8 GB/s over acht schijven, tegenover 3.6 GB/s van vier PE6011 NVMe SSD's. Naarmate werklasten vertragen of goed moeten presteren voordat ze naar cache of tiering gaan, kunnen ze dankzij sterke schrijfprestaties een consistente gebruikerservaring bieden voor een uitgebalanceerde opslagoplossing.
SK hynix heeft de afgelopen anderhalf jaar zijn inspanningen op het gebied van zakelijke flash verdubbeld en is snel op de markt gekomen met een divers, verticaal geïntegreerd portfolio. Dit productassortiment biedt klanten keuzemogelijkheden om ervoor te zorgen dat hun implementaties naar verwachting presteren. Of de schijven nu in een SDS-oplossing, HCI-cluster gaan of gewoon dienen als serveropslag, SK hynix staat klaar om hun klanten op dit traject te ondersteunen.
Neem contact op met StorageReview
Nieuwsbrief | YouTube | Podcast iTunes/Spotify | Instagram | Twitter | Facebook | RSS Feed
Dit rapport is gesponsord door SK hynix. Alle standpunten en meningen in dit rapport zijn gebaseerd op onze onbevooroordeelde kijk op het (de) product(en) in kwestie.
