Análise do SSD Memblaze PBlaze4 2.5" NVMe

A plataforma SSD empresarial PBlaze4 é uma nova geração de armazenamento flash PCIe da Memblaze, construída com controladores Flashtec NVMe da PMC e Toshiba MLC NAND. Esse perfil de hardware capacita as tecnologias de otimização MemSpeed e MemSolid SSD da Memblaze como uma solução SSD compatível com NVMe com especificações de desempenho e resistência orientadas para datacenters de hiperescala e outros aplicativos corporativos. Como o PBlaze3, esta família de drives é capaz de descarregar muitos dos processos que são manipulados por CPUs host com outras arquiteturas SSD.

As unidades PBlaze4 estão disponíveis em capacidades de 800 GB a 3.2 TB em fatores de forma de 2.5 polegadas e Add-in Card (AIC). Um AIC de 6.4 TB (capacidade bruta de 8 TB) é a maior unidade PBlaze4 disponível. Nossa análise se concentrará em um NVMe PBlaze2.5 de 4 polegadas, bem como em uma variante de placa NVMe edge. O fator de forma PBlaze4 de 2.5 polegadas é compatível com hot plug, remoção a quente e troca a quente. A série PBlaze4 também incorpora um capacitor de perda de energia para preservar os dados em transição, com garantia de integridade de dados para dados em mídia NAND não volátil e quaisquer gravações em cache.

O PBlaze4 é compatível com Non-Volatile Memory Express (NMVe) 1.1b e PCIe Gen3, fornecendo suporte de driver nativo em muitos sistemas operacionais comuns, incluindo versões recentes do Windows, Linux e VMware. As placas-mãe UEFI também podem inicializar a partir de unidades Pblaze4. O PBlaze4 utiliza um modo de gerenciamento de memória Pseudo-SLC (pSLC) que foi projetado para permitir que o MLC emule a velocidade e a durabilidade do SLC. As unidades PBlaze4 designam as partes da memória usadas para metadados como pSLC para maior proteção e confiabilidade de metadados. Dois outros sistemas técnicos importantes que o PBlaze4 traz para a mesa são o MemSpeed e o MemSolid, projetados para melhorar o desempenho, a confiabilidade e a QoS do SSD PCIe.

Especificações Memblaze PBlaze4

Capacidade do usuário: 800 GB, 1.2 TB, 1.6 TB, 2.4 TB, 3.2 TB, 6.4 TB
Leitura sequencial (128kb): 2.2 GB/s, 2.8 GB/s, 2.8 GB/s, 2.8 GB/s, 2.8 GB/s, 3.4 GB/s
Gravação sequencial (128kb): 700 MB/s, 1.4 GB/s, 1.4 GB/s, 2.2 GB/s, 2.2 GB/s, 2.5 GB/s
IOPS de leitura aleatória sustentada (4kb): 600k, 740k, 750k, 730k, 740k, 800k
Gravação aleatória sustentada (94kb) IOPS (100% span): 60k, 240k, 150k, 320k, 200k, 250k
Resistência vitalícia (limpezas por dia): 3, 4, 3, 4, 3, 3
Latência de leitura/gravação: 90us/20us
Taxa de erro de bit incorrigível: < 1 setor por 10^17 bits lidos
Tempo médio entre falhas: 2 milhões de horas
Fator de forma: HHHL de 2.5" (FHHL para a versão de 6.4 TB)
Interface: PCIe 3.0 x 4 (PCIe 3.0 x 8 para a versão de 6.4 TB)
Protocolo: NVME
Memória Flash NAND: MLC
Sistema operacional: RHEL, SLES, CentOS, Ubuntu, Windows Server, VMware ESXi
Consumo de energia: <25w (<35w para a versão de 6.4 TB)
Temperatura de Operação:
- AIC: 0 – 55℃ temperatura ambiente com fluxo de ar sugerido
- 2.5'': temperatura ambiente de 0–35℃ com fluxo de ar sugerido, temperatura da caixa de 0-70℃
Fluxo de ar (LFM): 300@25℃ (450@25℃ para a versão de 6.4 TB)
Suporte de software: CLI Management Tool, driver nativo do sistema operacional

Design e Construção

O Memblaze PBlaze4 é um SSD NVMe que possui um fator de forma de 2.5” com uma altura Z de 15 mm. Ele é mais espesso do que outros SSDs, mas ainda caberá na maioria dos arrays, pois muitos são projetados para acomodar HDDs de 3.5”, bem como os HDDs de 2.5” mais espessos. O invólucro externo é de metal escovado com um adesivo na parte superior com a marca. A unidade também possui vários sulcos alinhados com o adesivo para melhorar a dissipação de calor. Existem quatro parafusos na parte superior que prendem o gabinete.

Ao longo da lateral da unidade estão os orifícios de montagem (2 de cada lado), bem como um adesivo com o modelo/número de série.

A parte inferior da unidade possui ranhuras em toda a superfície para dissipação de calor. Possui 4 furos para montagem. Na parte inferior também é possível ver a interface PCIe que, embora pareça semelhante a uma interface SAS, permite um desempenho muito superior.

Abrindo a unidade, pode-se ver o PCB duplo conectado com um cabo de fita. Por dentro podemos ver que o PBlaze4 usa um PMC Flashtec NVMe Controller e MLC NAND.

Histórico de testes e comparáveis

A Laboratório de teste StorageReview Enterprise fornece uma arquitetura flexível para realizar benchmarks de dispositivos de armazenamento corporativo em um ambiente comparável ao que os administradores encontram em implantações reais. O Enterprise Test Lab incorpora uma variedade de servidores, redes, condicionamento de energia e outras infraestruturas de rede que permitem que nossa equipe estabeleça condições do mundo real para avaliar com precisão o desempenho durante nossas análises.

Incorporamos esses detalhes sobre o ambiente de laboratório e protocolos em revisões para que os profissionais de TI e os responsáveis pela aquisição de armazenamento possam entender as condições em que alcançamos os resultados a seguir. Nenhuma de nossas análises é paga ou supervisionada pelo fabricante do equipamento que estamos testando. Detalhes adicionais sobre o Laboratório de teste StorageReview Enterprise e uma visão geral de seus recursos de rede estão disponíveis nas respectivas páginas.

Testamos o Memblaze ao compará-lo com os seguintes outros SSDs NVMe:

SSD Samsung XS1715 Enterprise NVMe
SSD Intel DC P3700

Análise de carga de trabalho do aplicativo

Para entender as características de desempenho dos dispositivos de armazenamento corporativo, é essencial modelar a infraestrutura e as cargas de trabalho de aplicativos encontradas em ambientes de produção ao vivo. Nossos primeiros benchmarks para o Memblaze PBlaze4 são, portanto, os Desempenho OLTP do MySQL via SysBench e Desempenho OLTP do Microsoft SQL Server com uma carga de trabalho TCP-C simulada. Para nossas cargas de trabalho de aplicativo, cada unidade executará de 2 a 4 VMs configuradas de forma idêntica.

StorageReview's Protocolo de teste OLTP do Microsoft SQL Server emprega o rascunho atual do Benchmark C (TPC-C) do Conselho de Desempenho de Processamento de Transações, um benchmark de processamento de transações on-line que simula as atividades encontradas em ambientes de aplicativos complexos. O benchmark TPC-C chega mais perto do que os benchmarks sintéticos de desempenho para medir os pontos fortes de desempenho e os gargalos da infraestrutura de armazenamento em ambientes de banco de dados. Cada instância de nossa VM SQL Server para esta revisão usa um banco de dados SQL Server de 333 GB (escala 1,500) e mede o desempenho transacional e a latência sob uma carga de 15,000 usuários virtuais.

Ao observar a saída do SQL Server, a unidade Memblaze tinha um TPS superior de 3,157.235 com um agregado de 3,157.112 TPS. O melhor desempenho aqui foi o Intel DC SSD P3700, que registrou um total de 3,157.341 TPS.

Olhando para os resultados de latência média durante o benchmark do SQL Server de 15 usuários, mostrou a unidade Memblaze um pouco atrás dos SSDs Samsung e Intel (ambos com 7.0 ms) com um agregado de 7.5 ms.

O próximo benchmark de aplicativo consiste em um banco de dados Percona MySQL OLTP medido via SysBench. Este teste mede o TPS (transações por segundo) médio, a latência média e a latência média do 99º percentil. A Percona e a MariaDB estão usando as APIs de aplicativos com reconhecimento de flash Fusion-io nas versões mais recentes de seus bancos de dados, embora, para fins desta comparação, testemos cada dispositivo em seus modos de armazenamento em bloco "legados".

No benchmark médio de transações por segundo, o Memblaze foi ligeiramente superado pelo Intel SSD DC P3700. O melhor desempenho do Memblaze de uma única VM foi de 5,717.2 TPS, embora seu agregado tenha sido de 1,429.8, enquanto o Intel SSD DC P3700 mostrou os melhores resultados com 5,779.7 TPS agregado.

Ao analisar os resultados de latência média, o Memblaze ficou atrás da Intel novamente, com VMs individuais rodando entre 22.34ms e 22.42ms e latência agregada de 22.38ms. A unidade Intel ficou no topo da tabela de classificação com 22.15ms agregados.

Em termos de nosso pior cenário de latência do MySQL (latência do percentil 99), o Memblaze mostrou VMs rodando entre 58.03 ms e 58.00 ms, enquanto a unidade Intel de melhor desempenho apresentou um agregado impressionante de apenas 45.97 ms.

Análise de Carga de Trabalho Sintética Corporativa

O desempenho do flash varia à medida que a unidade se torna condicionada à sua carga de trabalho, o que significa que o armazenamento flash deve ser pré-condicionado antes de cada um dos benchmarks sintéticos fio para garantir que os benchmarks sejam precisos. Cada uma das unidades comparáveis é apagada com segurança usando as ferramentas do fornecedor e pré-condicionadas em estado estável com uma carga pesada de 16 threads e uma fila pendente de 16 por thread.

Testes de pré-condicionamento e estado estacionário primário:
Rendimento (Agregado de IOPS de Leitura+Gravação)
Latência média (latência de leitura+gravação calculada em conjunto)
Latência máxima (latência máxima de leitura ou gravação)
Desvio padrão de latência (desvio padrão de leitura + gravação calculado em conjunto)

Após a conclusão do pré-condicionamento, cada dispositivo é testado em intervalos em vários perfis de profundidade de encadeamento/fila para mostrar o desempenho sob uso leve e pesado. Nossa análise de carga de trabalho sintética para o Memblaze PBlaze4 usa dois perfis, que são amplamente usados em especificações e benchmarks de fabricantes. É importante levar em consideração que as cargas de trabalho sintéticas nunca representarão 100% da atividade vista nas cargas de trabalho de produção e, de certa forma, retratarão imprecisamente uma unidade em cenários que não ocorreriam no mundo real.

4k
- 100% de leitura e 100% de gravação
8k
- 70% de leitura/30% de gravação

Em nosso teste de pré-condicionamento de gravação de 4k de taxa de transferência, o Memblaze foi facilmente a unidade mais consistente, começando em aproximadamente 160,000 IOPS e atingindo um estado estável em torno da mesma velocidade. As unidades Samsung e Intel mostraram grandes picos perto do início do teste.

Em seguida, examinamos a latência média. Mais uma vez, o Memblaze foi o drive mais consistente; no entanto, ainda terminou atrás da unidade Intel quando atingiu seu estado estacionário.

Ao medir a latência máxima, o Memblaze mostrou grandes picos durante todo o nosso teste. O SSD Intel foi a unidade mais estável por uma margem notável, pairando em torno da marca de latência de 25 ms durante o teste e sem grandes picos.

Os cálculos de desvio padrão foram projetados para facilitar a visualização da consistência dos resultados de desempenho de latência do SSD. Nesse cenário, a unidade Intel começou forte, embora tenha mostrado um aumento significativo na latência por volta da marca de 22 minutos. Permaneceu bastante estável depois, conquistando o primeiro lugar e pouco menos de 1.5 ms no final.

Durante o benchmark sintético primário de 4k, a unidade Memblaze teve de longe o melhor desempenho na coluna de leitura com impressionantes 717,172 IOPS (atingindo 148,111 IOPS de gravação), enquanto a unidade Intel mostrou o melhor desempenho de gravação com 172,672 IOPS.

Os resultados foram mais ou menos os mesmos ao observar a latência média, com o Memblzae apresentando impressionantes 0.36ms de leitura e 1.73ms de gravação. A unidade Intel fica logo atrás do Memblaze com 0.56ms de leitura e 1.48ms de gravação.

Na latência máxima, a unidade Memblaze ficou logo atrás da Samsung em leituras com apenas 6.9ms, enquanto sua latência máxima de gravação foi muito maior em 128.2ms, ficando por último por uma margem significativa.

Observar o desvio padrão mostra as mesmas classificações, com a unidade Memblaze registrando uma latência média de gravação de 2.848 e uma latência média de leitura de 0.195ms. O melhor desempenho aqui foi o drive Samsung com leitura de 0.08 ms.

Nossa próxima carga de trabalho usa transferências de 8k com uma proporção de 70% de operações de leitura e 30% de operações de gravação. Mais uma vez, começaremos com os resultados do pré-condicionamento antes de passar para os testes principais. Em taxa de transferência, a unidade Memblaze mostrou desempenho intermediário no início do teste, terminando com um estado estável de mais de 176,000 IOPS para o primeiro entre os comparáveis.

A latência média contou uma história semelhante, com o Memblaze mostrando 0.8 ms no início do teste e atingindo um estado estável em torno de 1.5 ms para o primeiro lugar na tabela de classificação. O drive Intel não ficou muito atrás, com 1.6ms.

Ao observar a latência máxima, a unidade Memblaze foi de longe a unidade menos consistente, mostrando enormes picos de latência, semelhantes aos de nossos resultados de pré-condicionamento de 4K. A unidade mais consistente aqui foi a Intel P3700.

O desvio padrão mostrou resultados bastante inconsistentes durante a primeira parte do teste. Mais uma vez, o Intel P3700 mostrou os melhores resultados, pois atingiu o pico de apenas 1.2ms em algumas ocasiões, enquanto o Memblaze teve um desempenho bastante próximo (mas um pouco melhor) do drive Samsung durante a maior parte do teste.

Depois de pré-condicionar totalmente a unidade Intel P3700, passamos por nosso teste principal de 8k 70/30. Em taxa de transferência, a unidade Intel mostrou a melhor taxa de transferência durante a maior parte do teste, apenas para ficar atrás do Memblaze na última superação da profundidade da fila, que ultrapassou 166,250 IOPS.

A latência média refletiu os resultados da taxa de transferência, com as unidades Intel e Memblaze executando pescoço a pescoço até o mesmo, onde o Memblaze apenas se afastou novamente no terminal para assumir a liderança.

Observar a latência máxima mostrou o Memblaze com a latência mais lenta, com pico acima de 70 ms nas profundidades da fila do terminal. O drive Intel teve os melhores resultados gerais, já que só ultrapassou a marca de 20ms em algumas ocasiões. O Samsung XS1715, no entanto, apresentou os resultados mais consistentes com a menor quantidade de picos de latência.

O desvio padrão demonstrou desempenho quase idêntico entre as unidades Intel e Memblaze, até o final do teste; no entanto, a unidade Intel se afastou em torno da marca 16T8Q, postando os melhores resultados gerais.

Conclusão

O nome PBlaze é conhecido como um veículo para o Memblaze começar com controladores de terceiros e NAND, a fim de concentrar seus próprios esforços de engenharia em tecnologias proprietárias de desempenho, confiabilidade e descarregamento de CPU do host. Nesse caso, os controladores PMC Flashtec e Toshiba MLC NAND fornecem a interface NVMe básica e os componentes de armazenamento para o PBlaze4. Com funcionalidade hot swap (para a variante de 2.5 polegadas) e proteção robusta contra perda de energia em toda a placa, o PBlaze4 apresenta o tipo de proteção de dados que os clientes corporativos e de data centers esperam. Sua limitação térmica e a nova funcionalidade de gerenciamento fora de banda do Memblaze também aumentam a variedade de aplicações possíveis em grandes escalas.

O Memblaze PBlaze4 certamente teve uma boa exibição na maior parte durante nossas cargas de trabalho testadas quando o comparamos com os SSDs Samsung XS1715 1.6 TB e Intel SSD DC P3700 NVMe. Em nosso teste do SQL Server, a unidade Memblaze apresentou 3,157.235 TPS, bem como um agregado de 3,157.112 TPS, enquanto mostrou a unidade Memblaze um pouco atrás dos SSDs Samsung e Intel (ambos com 7.0 ms) com um agregado de 7.5 ms. Em nossos testes Sysbench, vimos um desempenho impressionante com um TPS superior de 5,717.2 TPS, uma latência média agregada de 22.38 ms e um pior caso (99º percentil) de VMs rodando entre 58.03 ms e 58.00 ms.

Durante nossos principais benchmarks sintéticos, a unidade Memblaze registrou uma impressionante taxa de transferência de 4k de 717,172 IOPS (alcançando 148,111 IOPS de gravação). Olhando para a latência média, o Memblzae apresentou impressionantes 0.36 ms de leitura e 1.73 ms de gravação, enquanto liderava com latência máxima/desvio padrão de desempenho de leitura de 6.9 ms de leitura e 0.195 ms, respectivamente. O desempenho permaneceu muito bom durante nossas cargas de trabalho de 8k 70/30, pois apresentou taxa de transferência de pico que ultrapassou 166,250 IOPS, bem como a melhor latência média dos drives testados; no entanto, teve um desempenho ruim em leituras de latência máxima.

Vantagens