TECHMAN XC100 NVMe 企業級高 IOPS固態硬碟實戰測試 / 導入企業級解決方案 第一步就走對

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針對固態儲存所制定的 NVMe 控制介面,其目的是為了徹底釋放快閃記憶體的潛藏實力,再藉由 PCIe Gen3 x4 的高速頻寬,讓固態儲存裝置不僅擁有極高的資料吞吐量,且能大幅提升固態儲存裝置的 IOPS 表現。換言之, IOPS 這項數據是企業端評估伺服器儲存裝置時的重要指標。

 

Techman XC100 NVMe SSD 穩定效能並重

本次測試的 Techman XC100 NVMe SSD,是 Quanta Storage 旗下企業級固態硬碟的品牌 Techman 所打造,主要客群鎖定在最頂級的企業級固態式硬碟,訴求著最頂級的效能、穩定性與資料完整性,並提供客戶客製化的技術支援。

Techman XC100 有兩種尺寸分別是 HHHL 的 Add-in Card 與 U.2 2.5” SFF-8639,都採用 PCIe Gen3 x4 的高速通道與 NVMe 1.1b 控制介面。另一方面,快閃記憶體顆粒,可選擇 Toshiba 15nm 製程的 eMLC 或 cMLC 顆粒,兩者在效能上有著些微差異,但最主要差異在於 DWPD每日寫入量。比較兩者最大差異之處,使用 eMLC 顆粒,每日可複寫 7 次完整容量;而 cMLC 僅 3DWPD,使用者可評估成本及用途考量後擇優建置。

容量方面,Techman提供 800、1600 與 3200GB三款容量大小,而產品的平均故障間隔,更是標榜大於 1,200,000 總通電小時;SSD 控制器採用 16ch通道與 RAID on NAND 設計,並有著多重駐列引擎,包含 1 組 Admin Queue 與 128 組 Sub Queue,每組 Queue 可達到 1024 駐列深度。除此之外,在 SSD 資料完整性保護的面向上,非常給力地支援了 BCH ECC 與 E2E 資料保護,並具有 XTS-AES-256 深度加密保護。

面對企業級的固態儲存產品,若用一般的測試方法,僅只能表現出 SSD 在 FOB 狀態時的效能,對於 24小時 × 7天 不間斷的企業儲存應用來說,則更加看重 SSD 進入 Steady 狀態後的效能表現。接下來,筆者就帶大家一起了解,企業在評估 SSD 效能所使用的方法與測試規範。

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↑ SC100 在控制器的正面電路板上,覆蓋了整片的散熱鰭片,讓 SSD 在機架式伺服器中,確保高效率散熱,令產品壽命及穩定性更上一層樓。

 

SINA 固態儲存效能測試規範

Storage Networking Industry Association, SINA 為提供專業 IT 技術、標準與教育計劃的組織。SINA 提供相當多企業所需的技術規範,其中一項便是「Solid State Storage (SSS) Performance Test Specification (PTS)」,這項測試規範可以讓製造商與客戶,在評估固態儲存裝置的效能時有所依據。

對此,我們首先得了解 SSD 效能的三個狀態:FOB、Transition 與 Steady。FOB 階段意味著 SSD 產品才剛開始工作,這段時間有這極高的效能表現,這也是一般消費性 SSD 所比較的效能區間。在經過長時間的寫入狀態下,SSD 效能會慢慢下降,來到 Transition 過渡時期,此時 SSD 效能仍未處於最穩定的狀態,直到 SSD 進入 Steady 區間時,該區間的效能才有評估的價值。

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↑ 對 SSS PTS 測試規範有興趣的朋友可以上 www.snia.org,取得更加鉅細靡遺的說明。

 

透過嚴謹測試 深入探索讀寫特性

從驗證流程來看,企業用固態儲存裝置,在測試上會有幾道手續,依序是:Purge→Precondition→Test→Record results。Purge 用意在於讓裝置進入準備接受測試狀態,換句話說,就是先讓裝置回歸到出廠時的狀態,接著再進行後續的 Precondition 與 Test。

Precondition 的目標是讓固態裝置進入可測試的 Steady 狀態,而依據 SINA 所規範之腳本,進行 Workload Independent Preconditioning 壓力測試;一言以蔽之,就是持續寫入 200% 裝置容量的資料,確保裝置進入 Steady 階段。緊接而來的測試階段,則依據廠商偏好的測試模型加以進行,畢竟在企業儲存應用中,不同面向的應用功能,對於儲存裝置的寫入 / 讀取比例、資料長度有所不同,最後的結果紀錄,僅將測試階段得到的數據顯示出來,讓企業用戶能夠更了解儲存裝置的特性;如此一來就能選擇出最匹配自家產品定位的儲存設備,製造出可靠優質的一流成品。

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↑ SSD 效能狀態,從裝置剛使用初期 FOB,有著最高的效能表現,但隨著寫入量增多後,會進入 Transition 階段,直到最後效能收斂到最穩定的 Steady 階段。

 

Techman XC100 Steady效能檢視

坐而言不如起而行,筆者接下來為大家所示範的測試平台,則是使用 Intel Xeon E5-2630V3 處理器搭配 X99 晶片組主機板,藉由處理器 8 核 16 緒的高佇列、多工能力,確保能讓 XC100 發揮出應有的效能。在作業系統部分,傳統Windows作業系統受限於驅動或是kerenl特性,往往無法由作業系統底層完整釋放SSD潛藏實力。因此,我們採用 CentOS 7,並搭配 Linux 系統常使用的 Flexible I/O Tester (Fio)來進行測試,腳本則由 Techman 提供,並依照上述 SINA 規範進行嚴謹測試。

腳本會先透過 Fio 進行 Trim 整理裝置後,才去執行兩次循序寫入 128K 資料,達到 200% 裝置容量寫入量。如此一來,便完成 Purge 與 Precondition 的前期準備,實際測試階段則依據 Throughput 與 IOPS 測試需求,於是便產生不同的測試樣本進行效能測試。

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↑ Fio 基本操作說明,底層測試,才能避免不必要的干擾因素,觀察出一顆SSD的原始本性。

 

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↑ 腳本測試中…,XEON E5等級處理器搭配LINUX底層環境,能夠真實反映出企業級固態硬碟所蘊涵的真正實力,絕非消費級產品能所比擬。

 

是驢還是馬 咱們溜溜便知曉

最後將 Fio 輸出在終端上的資料整理並彙整成圖表,讓所有人更能清楚了解到固態儲存裝置的效能。首先 Throughput 測試資料長度分別為:1m 與 128K,並採用 Direct I/O、I/O 佇列深度設定為 64。就效能來看,讀取 2,721 MB/s、寫入 1,707 MB/s,以傳輸成績而論可說相當地驚人;但更重要的一點,則是裝置在不同資料長度與讀寫混合的狀況下,居然還有如此高效可靠的 IOPS 表現!

從 IOPS 的立體直條圖與立體曲面圖,我們可以輕易觀察出 XC100 讀寫效能;X 軸代表著測試資料大小(512b~1m),而 Y 軸則是讀寫混合比例。舉例來說:R/W Mix % 100/0 代表著 100% 讀取 4k 與 512b 的資料,可達到最高的 777K IOPS;而 R/W Mix % 0/100 則是在 100% 寫入 4k 資料時可獲得 377K IOPS 表現;若是寫入/讀取各半的狀況下,以 4K 資料進行測試,有著最好的 520K IOPS 表現。

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↑ Throughput 測試 1m 資料讀取 2,721 MB/s、寫入 1710 MB/s,性能表現精彩可期。

 

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↑ IOPS 測試,針對不同讀寫比例與資料長度進行 IOPS 效能評估。

 

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↑ 立體曲面圖,更能清楚的觀察出效能走向。

 

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↑ 裝置平均延遲時間,相當不俗,消費級產品望塵莫及。

 

可靠穩定 睿智之選

Techman XC100 在效能上可以說是相當強悍,縱使 SSD 效能已收斂至 Steady 狀態,還是有著極高的 IOPS 表現,肯定能滿足企業伺服器對高速 I/O 需求的應用。況且 Techman 是 Quanta Storage 旗下品牌,除了原有的 ODD 產品以及企業用的 NAS、DAS 之外,更專注於智慧機械手臂 TM-Robot 以及監控攝影機相關的 TM- Security 等企業產品開發;Techman 用著業界高竿技術,打造出能符合企業需求的解決方案。

透過此次的測試,相信大家更能了解到檢視 SSD 效能的三項指標狀態;此外,透過 SINA 所提出的測試規範,在企業端所採取的儲存應用,才能真正發揮出 PCIe NVMe SSD 強悍之處。對於講求穩定、資料安全的企業應用來說,XC 100 無疑是一項可靠穩定的整合性方案,也是一款最頂級的固態硬碟睿智之選。

Sinchen Sinchen

一路從部落客寫進3C雜誌,讓筆者更深邃於產品的測試與文章撰寫,DIY對筆者來說,有點熟悉又有點陌生,在DIY這幾年來越磨越精,一同來分享3C資訊,介紹好的產品與服務。

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