当 NVMe™ 驱动器首次问世时，我们知道性能会更出色，但质疑它们何时才能在成本上与 SATA SSD 相媲美。 由于其初始成本，NVMe 驱动器用于需要利用其高性能特性的企业应用程序。 就每 IOPS 美元而言，NVMe 驱动器很快就变得比 SATA/SAS SSD 更便宜。 但现在，我们开始达到这样一个地步，即它们在容量基础上并不比 SATA/SAS SSD 贵多少。 当我们在实验室收到用于性能测试的 Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe SSD 时，这种 GB 与美元的比较让我们明白了——它提供了比 SATA/SAS SSD 显着的性能改进，并面向主流企业存储市场。 现在 NVMe SSD 的成本接近平价，我们将它们视为数据中心主流应用程序中 SATA 驱动器的替代品，因为它们提供更好的性能，同时具有更低的功耗要求。
当 NVMe™ 驱动器首次问世时，我们知道性能会更出色，但质疑它们何时才能在成本上与 SATA SSD 相媲美。 由于其初始成本，NVMe 驱动器用于需要利用其高性能特性的企业应用程序。 就每 IOPS 美元而言，NVMe 驱动器很快就变得比 SATA/SAS SSD 更便宜。 但现在，我们开始达到这样一个地步，即它们在容量基础上并不比 SATA/SAS SSD 贵多少。 当我们在实验室收到用于性能测试的 Western Digital Ultrastar® DC SN640 NVMe SSD 时，这种 GB 与美元的比较让我们明白了——它提供了比 SATA/SAS SSD 显着的性能改进，并面向主流企业存储市场。 现在 NVMe SSD 的成本接近平价，我们将它们视为数据中心主流应用程序中 SATA 驱动器的替代品，因为它们提供更好的性能，同时具有更低的功耗要求。
在深入了解 Ultrastar SN640 的细节并概述我们对其进行的性能测试之前，让我们先了解一下 Western Digital 的闪存存储背景和当前产品线，以及闪存背后的技术SN640 使其成为 SATA/SAS 驱动器的极具吸引力的替代品。
Western Digital 成立于 1970 年，在开发和处理半导体方面有着悠久的历史。 他们首先生产分立元件，例如推动 1970 世纪 1990 年代中期电子计算器革命的芯片，然后是磁盘驱动器的控制芯片； 在这种背景下，他们顺理成章地转向生产整个硬盘。 在 2000 年代和 XNUMX 年代初期，他们创造了许多创新，提高了硬盘的性能和容量。
多年来，Western Digital 与 SanDisk® 合作开发闪存产品，并于 2016 年收购了它们。SanDisk 是闪存领域的早期创新者，并随着时间的推移证明是存储市场上真正的创新者。 1988 年，他们推出了 系统闪存 用于计算机存储，并在 1990 年代与 Western Digital 合作创建了第一款商用闪存 SSD 产品。 随着时间的推移，SanDisk 已被证明是存储市场上真正的创新者； 他们出货了世界上第一款商用 NANDS MLC 1GB 芯片，以及联合开发的 microSD™ 卡、采用 64GB X4（每单元 4 位）NAND 闪存技术的闪存卡，以及其他推动闪存向前发展的技术，不仅从技术和性能的角度，但也从成本的角度来看。
凭借这一丰富的历史，西部数据开发了一系列产品以满足商业和企业用户的特定需求，并使用不同的品牌来满足不同市场的需求，提供独特的产品。 例如，SanDisk 品牌专注于移动存储产品，而 G-Technology® 品牌则专注于为创意专业人士设计的驱动器和存储系统。
在 Western Digital 品牌下，他们提供 HDD 和闪存驱动器，以及供个人和企业使用的存储解决方案。 为了帮助用户选择最适合他们需求的硬盘，Western Digital 将他们的一些硬盘分为颜色分类：WD Green 硬盘用于 PC 的日常计算需求，WD Blue 硬盘用于台式机使用，WD Purple 硬盘用于监控存储，WD Red 驱动器面向网络连接存储，WD Black 和 WD Gold 驱动器分别是高性能游戏和企业驱动器。 最后两个颜色类别提供五年有限保修，而其他颜色类别提供三年有限保修。 Western Digital 不提供所有颜色的 HDD、SATA、SAS 或 NVMe 设备，但它们确实为给定用例提供了最合适的存储技术。
对于企业和数据中心客户，Western Digital 拥有一系列 Ultrastar 驱动器。 他们在驱动器前加上两个字符的代码以指示设备类型： HC 是硬盘设备， SS 是SAS驱动器，SN是NVMe驱动器， SA 是 SA SATA 驱动器，并且 ME 是内存扩展驱动器。
我们将在本文中看到的驱动器是 Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD。 它是 Ultrastar DC SN630 的继任者，在性能上进行了重大改进。 这两款驱动器都使用西部数据的内部 NVMe 控制器以及他们自己的 NAND 和固件，提供大量优化，从而实现一致的低延迟和高性能。 这些驱动器适用于主流设计，Western Digital 将该驱动器作为过渡驱动器进行销售，以帮助企业客户摆脱上一代 SATA/SAS 闪存技术并采用当前的 NVMe 闪存存储技术。 Western Digital 为分销商和电子零售商提供少量 WD Gold NVMe SSD，它具有许多与 Ultrastar SN640 相同的功能。 值得注意的是，Western Digital 还提供了 Ultrastar DC SN840 NVMe SSD，其目标是运行关键任务工作负载和 HPC 服务器的 AFA。 我们期待着得到这个产品。
SN640 系列 NVMe 驱动器尺寸为 2.5” x 7mm，带有 U.2 连接器，存储容量从 800GB 到 7.68TB。 由于这些驱动器专为企业和数据中心使用而设计，因此提供五年有限保修，平均故障间隔时间 (MTBF) 额定值为 2 万小时，额定 DWPD 为 0.8 或 2.0，并具有安全擦除 ( SE) 即时安全擦除 (ISE) 或 TCG Ruby 安全选项。 为了提高性能，SN 驱动器使用 Western Digital 自己的 PCIe Gen 3.1 x 4 (NVMe 1.3) 控制器。 此外，为了使它们与 SATA/SAS SSD 驱动器相比具有成本竞争力，它们使用了 Western Digital 的 96 层 BiCS4 3D TLC NAND。 Western Digital 将这些驱动器评为高达 515K IOPs 随机读取，并声称它们提供五倍的读取性能，同时使用比 SATA 驱动器低 65% 的 IOP/Watt。
Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD 规格：
- 外形尺寸：2 2.5”，7 毫米
- 容量：800GB 至 7,680GB
- NAND：西部数据BiCS4 3D TLC NAND
- 接口：PCIe Gen3 x4（符合 NVMe 1.3c）
- 性能：（TCG Ruby 模型）
- 顺序读取性能（最高）：3340 MB/s
- 顺序写入性能（最高）：2190 MB/s
- 随机 4KiB 读取（最高）：515K IOPS
- 随机 4KiB 写入（最高）：161K IOPS
- 随机 70/30 读/写，4KiB（最高）：305K IOPS
- 读取延迟（低至）：78 us
- 耐用性和可靠性：
- DW/D：0.8（读取密集型），2（混合使用）
- 不可纠正的误码率 (UBER)：1 到 10 分之一th
- MTBF：2 万小时
- 断电保护 (PLP) 和端到端数据路径保护
- 产品优势
- 128 NVMe 命名空间支持
- 可变扇区大小支持
- NVMe-MI 1.1（TCG Ruby 模型）
- 安全擦除、即时安全擦除和 TCG Ruby
- 环境：
- 工作功率状态（最大）：12W
- 空闲功率状态（典型值）：< 5W
- 工作温度：0 至 70 °C 环境温度，建议气流
- 非工作温度：-40° 至 85° C
- 5年有限保修
NVMe 驱动器进入企业市场已有一段时间了，传统上阻碍其广泛应用的最大障碍一直是成本，但现在已不再如此。 容量为 640TB 的 SN7.68 的零售价为 1,400 美元，而类似的 SATA SSD 为 1,200 美元。 低容量驱动器，如 SN640 960GB，售价 300 美元，而类似的数据中心级 SATA SSD 驱动器售价 260 美元。 换句话说 – 价格上涨约 16%，您将获得性能更高的驱动器。 通过切换到 NVMe 驱动器，服务器可以处理需要快速响应时间的现代工作负载。 SATA 驱动器具有有限的带宽和更高的延迟，无法有效地处理当今应用程序苛刻的存储要求。
由于价格高昂，NVMe 驱动器在最初发布时被归类为小众用例。 然而，现在，SN640 等较新的 NVMe SSD 已成为主流工作负载的存储解决方案，例如支持虚拟机 (VM)、充当软件定义存储 (SDS) 的闪存缓存，甚至充当引导设备。 我们目前认为阻碍其更广泛采用的一个缺点是服务器仍在努力追赶它们，而且并非所有服务器都能支持人们想要填充的 NVMe 端口数量。 如果确实如此，那么服务器架构师需要合理地使用这一宝贵的资源（不是从成本的角度，而是从性能的角度），并确保尽可能明智地使用它们的性能。
测试数据
为了测量 Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe SSD 的性能，我们使用了配备 NVMe 兼容背板的行业标准 Dell EMC PowerEdge R740xd 服务器。 此服务器配置提供 12 个 NVMe 托架，我们从中使用了 8 个插槽。
测试环境：
- 8 个西部数据 Ultrastar DC SN640 NVMe SSD
- 8 个西部数据 Ultrastar SA210 SATA SSD
- Dell EMC PowerEdge R740xd 服务器，带 12 个 NVMe 插槽（已使用 8 个）
- CPU 2 个英特尔® 可扩展铂金 8280
- 内存 12 x 32GB DDR4-2933MHz
我们关注的基准测试是综合工作负载，它着眼于向驱动器施加压力以显示其峰值带宽或吞吐量数字，以及应用程序工作负载，这些工作负载显示更多用户可以期望的真实数据。 在这两个领域中，我们的应用程序工作负载旨在更好地关注延迟性能。 对于这些测试，我们使用 CentOS 7 环境，为合成部分安装了 VDBench，为我们的 SQL Server 和 MySQL™ Sysbench VM 安装了 VMware ESXi™ 6.7u3。
为了更好地了解这些 NVMe 驱动器与 SATA SSD 的比较，我们对 Western Digital Ultrastar DC SA210 1.92TB SATA 驱动器进行了测试，并将它们与 3.84TB SN640 进行了比较。
下图显示，在每个类别中，Western Digital SN640 都大幅击败 SATA 驱动器。 在我们的 46K 875/4 随机 IOPS 测试期间，这从我们的 Sysbench 平均延迟提高 70% 到出色的 30% 不等。
原始性能数据非常令人印象深刻，但我们想感受一下这将如何转化为现实世界的条件。 我们首先研究了驱动器在周一早上处理 VDI 启动风暴的能力。
SATA 驱动器的延迟迅速降低到需要大约 3 毫秒才能响应的程度，而 SN640 则继续等待，延迟逐渐增加到刚刚超过 500 微秒，直到我们在略高于 150,000 IOPS 时停止测试。
然后我们运行了初始登录测试，SATA 驱动器再次快速耗尽，而 Western Digital SN640 在我们的测试期间仅显示延迟略有增加。
对于我们最终的真实世界测试，我们在驱动器上运行了 80/20 随机读/写测试。 SATA 驱动器再次达到峰值，而 SN640 能够通过广泛的 IOPS 提供出色的性能。
SN640 不仅表现出极低的延迟，随着 IOPS 数量的增加，它会出现可预测的小幅逐渐上升，而且该驱动器还在我们的测试期间提供了一致的服务质量。
总结
我们对 Ultrastar DC SN640 的测试证实，Western Digital 使用其最新的内部控制器、96L 闪存和固件，提供了一款主流的 NVMe SSD，它平衡了性能和功率，是一种具有成本效益的解决方案，可以一劳永逸地取代 SATA . NVMe 驱动器很快实现了每 IOPS 成本的平衡，我们预测未来会出现一个转折点，届时它们将在容量基础上具有成本竞争力，而我们现在正处于那个转折点。 在随意的价格比较中，我们发现 SN640 的每 GB 价格仅略高于 SATA/SAS SSD。 如上图所示，从性能角度来看，根本没有理由使用 SATA SSD 进行数据存储。
Western Digital 长期以来一直是存储技术的创新者，并处于存储技术的前沿——这一成就延伸到了闪存驱动器。 Western Digital 的不懈创新体现在他们的 SN640 驱动器系列中，他们能够利用其技术实力不仅从设备中提取卓越的性能，而且以极具吸引力的价格做到这一点。
Ultrastar SN640 可用作出色的网关驱动器，让用户摆脱上一代存储并转向基于 NVMe 的闪存。 数据清楚地表明，在为数据中心的各种工作负载集提供响应性能方面，NVMe 是前进的道路。 NVMe 驱动器不仅会提高当前工作负载（例如数据库和虚拟化工作负载）的性能，而且它们还将数据中心定位为开始出现的要求更高的下一代工作负载，例如机器学习 (ML) 和人工智能 ( AI），这需要具有超低延迟和超高带宽的存储解决方案。
