Тестирование SSD Micron 5100 ECO

22.03.17

Micron и Crucial

Micron Technology входит в число ведущих производителей как чипов DRAM и NAND-flash, так и готовых продуктов — модулей оперативной памяти и твёрдотельных накопителей для ноутбуков, ПК и серверов. Большая часть продукции компании известна под маркой Crucial. Бренд Micron предназначен для OEM и накопителей корпоративного класса, в том числе серверных.

С линейкой серверных SSD Micron можно ознакомиться на отдельном сайте enterprisestorage.micron.com. По состоянию на начало 2017 года ассортимент выглядит так:

• M510DC — серверные SSD с интерфейсом SATA. Объём — 120–960 ГБ, ресурс — 2 DWPD. Хорошо зарекомендовавшие себя накопители, конкурирующие с Intel S3610 (меньше ресурс и производительность при существенно меньшей цене).
• 5100 — новая линейка серверных SATA SSD с различными форм-факторами, ресурсом и объёмом до 7680 ГБ. Подробности — в следующем разделе. Один из новых накопителей, 5100 объёмом 1920 ГБ серии ECO, является героем этого обзора.
• S600 — серверные SSD с интерфейсом SAS. Совместная разработка с Seagate (см. обзор Seagate 1200.2). Объём — 200–3840 ГБ, 4 категории по производительности и ресурсу — от 1 до 25 DWPD.
• 9100 — высокопроизводительные накопители NVMe. Замена хорошо себя зарекомендовавшим P320h и P420m. Выпускается в виде низкопрофильных плат расширения и в форм-факторе U.2. Объём — 800–3200 ГБ, ресурс — 1 или 3 DWPD (9100 PRO и 9100 MAX соответственно).
• 7100 — младшая линейка накопителей NVMe. Форм-факторы — только M.2 и U.2, объём — 400–1920 ГБ.

SSD Micron серии 5100

Главной особенностью этой новой линейки серверных SSD с интерфейсом SATA является объём. Заявлены модели от 240 до 7680 ГБ в тонком (7 мм) корпусе 2.5". Сам по себе объём сейчас никого уже удивляет. Компания Samsung недавно анонсировала накопители PM1633a объёмом до 15,36 ТБ, но это 15 мм и SAS.

Достигнуть такой плотности размещения информации удалось за счёт перехода на флеш-память TLC (хранение трёх бит на ячейку) и применением многослойной упаковки чипов. У Micron эта технология получила название Micron 3D eTLC.

В различных обзорах высказывается мнение, что переход на TLC неизбежно должен отрицательно сказаться на ресурсе и производительности новых накопителей. В случае Micron 5100 это не совсем так. Моделей с ресурсом в 10, а тем более в 25 DWPD тут нет, но достаточные для большинства применений 5 DWPD в модификация 5100 MAX обеспечивает, как и до 74000 IOPS на запись в устоявшемся режиме. Линейка 5100 делится на три модификации:

• 5100 ECO. Ресурс 0,9 DWPD. 480 / 960 / 1920 / 3840 / 7680 ГБ в форм-факторе 2,5" и 480 / 960 / 1920 ГБ в форм-факторе M.2.
• 5100 PRO. Ресурс 1–3 DWPD. 240 / 480 / 960 / 1920 / 3840 ГБ в форм-факторе 2,5" и 240 / 480 / 960 / 1920 ГБ в форм-факторе M.2.
• 5100 MAX. Ресурс 5 DWPD. 240 / 480 / 960 / 1920 ГБ в форм-факторе 2,5".

Характеристики

• Объём: 480, 960, 1920, 3840, 7680 ГБ
• Форм-фактор: 2,5", высота 7 мм
• Интерфейс: SATA 3.0, 6 Гбит/с
• Производительность (для модели 1920 ГБ)
  • Последовательный доступ (блок 128 КиБ): чтение — 540 МБ/с, запись — 520 МБ/с
  • Случайный доступ (блок 4 КиБ): чтение — 93000 IOPS, запись — 24000 IOPS
  • QoS задержки (блок 4 КиБ, случайный доступ, перцентиль 99,9%): 500 мкс / 500 мкс чтение/запись
• Эмулируемый размер сектора: 512/4096 байт (логический/физический)
• Ресурс (модель 1920 ГБ): 0,9 DWPD
• Гарантийный срок: 5 лет

Тестирование

Условия тестирования

• Процессор Intel Xeon E5-2620 V4 (8 ядер, 2,1 ГГц, HT включен)
• 32 ГБ памяти
• Системная плата Supermicro X10SRi-F (1x socket R3, Intel C612)
• SAS3 HBA Avago 9300-8i (драйвер v15, прошивка v14)
• CentOS Linux 7.2 X86_64
• Для генерации нагрузки применялся FIO версии 2.18

• Micron 5100 ECO 1920 ГБ (MTFDDAK1T9TBY)
• Прошивка: SAFM32.D
• Объём: 1 920 383 410 176 байт (1788 ГиБ)^*

Использованы модифицированные тесты из SNIA Solid State Storage Performance Test Specification Enterprise v1.1. Данная спецификация описывает алгоритмы различных тестов и формат отчетов. Ниже приведены параметры тестов и отличия от SNIA PTS:

• IOPS Test. Измеряется количество IOPS (операций ввода-вывода в секунду) для блоков различного размера (1024 КиБ, 128 КиБ, 64 КиБ, 32 КиБ, 16 КиБ, 8 КиБ, 4 КиБ, 0,5 КиБ) и случайного доступа с различным соотношением чтение/запись (100/0, 95/5, 65/35, 50/50, 35/65, 5/95, 0/100). Параметры: 16 потоков с глубиной очереди 8. Отличие от спецификации — из теста был исключён блок 0,5 КиБ (512 байт).
• Throughput Test. Тестируется пропускная способность при последовательном доступе: чтение и запись блоками 1 МиБ и 128 КиБ.
• Latency Test. Измеряется значение средней и максимальной задержки для различных размеров блока (8 КиБ, 4 КиБ, 0,5 КиБ) и соотношений чтение/запись (100/0, 65/35, 0/100) при минимальной глубине очереди (1 поток с QD=1). Отличия от спецификации:
  • исключён блок 0,5 КиБ
  • вместо однопоточной нагрузки с очередями 1 и 32 нагрузка варьируется по количеству потоков (1, 2, 4) и глубине очереди (1, 2, 4, 8, 16, 32) для СХД, массивов, одиночных накопителей SAS и NVMe. Для одиночных накопителей SATA используется 1 поток.
  • вместо соотношения 65/35 используется 70/30
  • приводятся не только средние и максимальные значения, но и перцентили 99%, 99,9% и 99,99%.
  • для выбранного значения количества потоков строятся графики зависимости задержки (99%, 99,99% и среднего значения) от IOPS для всех блоков и соотношений чтение/запись
  Для Micron 5100 ECO проводится дополнительный тест при увеличенной резервной области (over-provisiong).
• Write Saturation Test. Тестируется изменение производительности (IOPS и задержка) при непрерывной нагрузке (1200 раундов по 1 минуте) на случайную запись блоками 4 КиБ. Цель — добиться перехода SSD в режим насыщения, при котором контроллеру приходится непрерывно заниматься сборкой мусора для подготовки пригодных для записи блоков NAND.
• Host Idle Recovery. Тестируется эффективность работы алгоритмов сборки мусора. После перехода в режим насыщения: непрерывная нагрузка на случайную запись чередуется с облегчённой нагрузкой (5 секунд + паузы 5, 10, 15, 25, 50 секунд). Отличие от спецификации — вместо рекомендованной спецификацией предварительной нагрузки длительностью менее 30 раундов (минут) используется 1200 раундов (минут) для обеспечения гарантированного перехода SSD в режим насыщения.

Для первых трех тестов проводится серия замеров из 25 раундов длительностью 1 минута каждый. Перед тестом производится зануление (в данном случае — secure erase при помощи утилиты Micron msecli), затем — предварительная нагрузка: последовательная запись блоками 128 КиБ до достижения 2-кратной емкости. Далее выбирается по одной из величин окно установившегося состояния (4 раунда), которое проверяется построением графика. Критерии установившегося состояния: линейная аппроксимация в пределах окна не должна выходить за границы 90%/110% среднего значения.

SNIA PTS: IOPS test (IOPS при варьировании размера блока и соотношения чтение/запись)

Micron 5100 ECO обеспечивает выдающуюся для бюджетных серверных SSD производительность.

SNIA PTS: throughtput test

Пропускная способность при последовательном доступе блоками 128 КиБ и 1 МиБ, 8 потоков с глубиной очереди 16 на каждый поток.

Данные:

• 128 КиБ последовательное чтение: 502 МиБ/с
• 128 КиБ последовательная запись: 432,7 МиБ/с
• 1 МиБ последовательное чтение: 509,3 МиБ/с
• 1 МиБ последовательная запись: 433,1 МиБ/с

Производительность при последовательном чтении вплотную приближается к пределу пропускной способности интерфейса SATA 3, как и у всех современных SSD. Более 400 МиБ/с на запись можно назвать хорошим результатом для накопителей уровня Micron 5100 ECO.

SNIA PTS: latency test

Приведены значения задержки в микросекундах (средняя, и перцентили 99%, 99,9%, 99,99%) при одном потоке с глубиной очереди 1 в зависимости от размера блока и соотношения чтение/запись (100% чтение, 70/30 чтение/запись, 100% запись).

	Micron 5100 ECO 1920 ГБ
Задержка	4 КиБ	8 КиБ
Средняя
Чтение	184	246
Запись	84	91
Чтение/запись 70/30%	296	395
99%
Чтение	244	326
Запись	104	110
Чтение/запись 70/30%	890	2273
99,9%
Чтение	684 (266*)	335
Запись	112	119
Чтение/запись 70/30%	3597	3852
99,99%
Чтение	692 (305*)	355
Запись	140	261
Чтение/запись 70/30%	4018	4383

Micron 5100 ECO отлично контролирует уровень задержки на чтение, как и полагается качественному серверному SSD. Традиционно низкая практически для всех накопителей задержка на запись при глубине очереди 1 практически не имеет отношения к характеристикам накопителя, так как при такой нагрузке запись производится в DRAM-кэш. Со смешанной нагрузкой накопитель справляется хуже, но остается на приемлемом уровне — задержка не выходит за пределы 4 с небольшим миллисекунд при среднем значении 0,3 миллисекунды.

^*Интересная особенность, которая проявляется на многих накопителях. Задержка чтения с некоторым увеличением глубины очереди до 2–4 становится более стабильной. Перцентили 99,9% и 99,99% при глубине очереди уменьшаются более чем в 2 раза (значение в скобках). Эта особенность видна на графиках из следующего раздела — график зависимости задержки от IOPS для блока 4 КиБ имеет форму вогнутой дуги.

Latency vs IOPS test

Данные усреднялись по четырём из 25-ти раундов длительностью 35 секунд (5 «прогревочных» + 30-секундная нагрузка) каждый. Для графиков выбрана серия значений с глубиной очереди от 1 до 32 при одном потоке. По мере увеличения глубины очереди растёт задержка, и по подобному графику можно оценить не просто абстрактное число IOPS, а производительность с учётом задержки.

Пунктирные линии на графиках соответствуют тесту накопителя с уменьшенным до 1600 ГБ (1 600 321 315 328 байт, 1490 ГиБ) объёмом. Рост производительности на запись при этом связан с увеличением объёма резервной области — у накопителя остаётся больший запас пространства для поддержания запаса подготовленных для записи блоков.

Регулировать объём over provisioning для серверных SSD Micron можно либо штатными средствами (например, hdparm для SATA-накопителей или sg_format для SAS) или при помощи фирменной утилиты Micron Storage Executive, существующей под Windows и Linux, с графическим интерфейсом или CLI. Пример использования консольной версии (msecli):

msecli -M -O 1600 -z -n /dev/sdb
WARNING: Setting the Max Addressable LBA will erase all data on the drive. Backup all required data before performing this operation.
Are you sure you want to continue(Y|N):y

Sanitizing in progress. This process may take several minutes or up to an hour, depending on how much data is stored on the drive. Do not turn off your computer until the sanitization process is complete
..............................................................................................................................
Device Name  : /dev/sdb
Successfully sanitized and changed the over provision on the drive. Please
power cycle the system for setting to take full effect.
CMD_STATUS   : Success
STATUS_CODE  : 0

Средняя задержка.

99,9% перцентиль задержки.

99,99% перцентиль задержки.

SNIA PTS: Write Saturation Test (насыщение при случайной записи блоками 4КиБ)

Рост объёмов современных SSD вынуждает увеличивать продолжительность данного теста. Стандартных 360 минут уже не достаточно для выхода в режим насыщения — тест был увеличен до 1200 минут.

При непрерывной нагрузке на запись по мере исчерпания запаса подготовленных для записи блоков Micron 5100 ECO снижает производительность с 69 до 28,2 тыс. IOPS.

На следующем графике представлены задержки — от среднего (в пределах каждого 60-секундного раунда) до максимума, плюс перцентили 99%, 99,9% и 99,99%. Задержка растёт пропорционально падению IOPS, никаких больших пиковых значений задержки не наблюдается. Напомним, что в данном тесте нагрузка осуществляется в 8 потоков с глубиной очереди 16 на каждый поток.

SNIA PTS: Host Idle Recovery

Графики для этого теста приведены для одной половины накопителя. Напомним, что данный тест проводится после предыдущего, т.е. накопитель находится в режиме насыщения, с небольшим запасом подготовленных для записи ячеек. Производительность на запись снижена, далее мы даём накопителю возможность восстановить её, прерывая серию из 360 раундов с непрерывной нагрузкой (чёрный цвет на графике) сериями из 360-ти раундов с увеличивающимися паузами:

• 5 секунд нагрузки + 5 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 10 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 15 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 25 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 50 секунд паузы

На графиках мы видим, что по мере увеличения паузы всё большая часть запросов начинает обрабатываться быстрее (растёт количество IOPS и снижается задержка). Из-за большого объёма даже 360 минут не хватает, чтобы снизить производительность до тех 28 тысяч IOPS, которые мы наблюдали в режиме насыщения.

Средняя задержка:

Перцентиль 99,99%. Без непрерывной нагрузки значения задержки стабилизируются.

Заключение

Компания Micron подготовила отличный продукт. Благодаря широкому выбору по объёму, форм-факторам и ресурсу накопители серии 5100 подойдут для множества применений — от рабочих станций и веб-серверов до серверов СУБД.

• Большой объём — до 7680 ГБ (7153 ТиБ).
• Корпус высотой 7 мм — накопитель может быть установлен в дополнительные отсеки 1U корпусов Supermicro.
• Хорошая для своего класса производительность.
• Накопитель хорошо реагирует на увеличение резервной области (дополнительный over-provisioning). Существенно увеличивается производительность при смешанной нагрузке.
• Удобное ПО для управления накопителями.

• В линейке нет накопителей с ресурсом больше 5 DWPD.