Fusion-io ioXtreme: SSD-накопитель PCI Express для энтузиастов – THG.RU

Is Fusion-io готовится к массовому рынку?

Мы тестировали Fusion-io ioDrive ещё в начале 2009 года. Данное устройство вставляется в слот PCI Express и предоставляет 80, 160 или 320 Гбайт дисковой ёмкости при невероятных уровнях производительности. К сожалению, накопитель ioDrive стоит довольно дорого, намного выше отметки $1000. Впрочем, компания Fusion-io пошла на любопытный шаг, пытаясь привлечь внимание high-end рынка энтузиастов и не пожертвовав особой производительностью. Накопитель ioXtreme пока что ограничен ёмкостью 80 Гбайт, но вы можете объединить несколько моделей ioXtreme, если купите версию Pro. На аукционе Amazon 80-Гбайт модели накопителя продаются за $895.

Нажмите на картинку для увеличения.

Развитие SSD на флэш-памяти

Рынок флэш-накопителей SSD довольно впечатляюще развился за относительно короткое время. Хотя накопители первого поколения уже были быстрее по чтению, чем жёсткие диски, производительность записи оставляла желать лучшего. Многие продукты также не соответствовали своим обещаниям по эффективности энергопотребления. На самом деле, многие SSD требовали даже больше энергии, чем жёсткие диски (не забудьте ознакомиться с нашей обновлённой статьёй по этому вопросу). Впрочем, такие яркие модели, как Intel X25-M и Samsung PB22-J, вместе со многими жёсткими дисками на основе контроллеров Indilinx (все из которых поддерживают кэш-память и очередь команд), позволили перенести рынок SSD на новый уровень, с более высокой и более стабильной производительностью.

Мы провели анализ работы SSD под нагрузкой ещё в апреле 2009 года, при этом наш последний сводный обзор твёрдотельных накопителей доказывает, что на рынке сегодня достаточно быстрых и эффективных продуктов. Последнее поколение продуктов также поддерживает функцию TRIM, которая есть в Windows 7. Конечно, TRIM – не самая нужная функция, но мы всё равно рекомендуем обратить внимание на её поддержку, если вы хотите получить максимальную производительность SSD. Функция TRIM позволяет накопителю SSD узнавать, какие блоки для операционной системы являются стёртыми, что избавляет от необходимости выполнять длительный цикл, когда нужно изменить небольшую порцию данных. Напомним, что для выполнения операции записи SSD всегда приходится выполнять полный цикл считывания, стирания, модификации и записи. Причём всё это необходимо выполнять крупными блоками, пусть даже требуется записать какие-то 4 кбайт информации. Всё больше производителей SSD сегодня предлагают обновления прошивки, чтобы активировать поддержку TRIM.

Профессиональные SSD отличаются

Мы рассмотрели потребительский рынок SSD, но профессиональный рынок полностью отличается. Но сначала нужно подчеркнуть разницу между памятью MLC и SLC. Память MLC использует многоуровневые ячейки (multi-level cell), а память SLC – одноуровневые (single-level cell). SLC сохраняет один бит на ячейку памяти, а память MLC может хранить несколько бит. Поэтому память MLC предоставляет большую плотность хранения данных и стоит дешевле. Но она требует существенно большего времени на выполнение операций записи. В результате SSD корпоративного класса обычно базируются на памяти SLC, а все потребительские SSD, упомянутые выше, используют более доступную флэш-память MLC. SLC-накопители, подобные Intel X25-E, показывают самое низкое время отклика и самую высокую производительность записи. Накопители же MLC обычно отстают по операциям записи.

Fusion-io представила накопитель ioDrive, нацеленный на корпоративный рынок, но компания видит спрос и на SSD класса энтузиастов для обычных ПК или рабочих станций по созданию контента. Поэтому компания решила взять проверенную технологию (например, её используют серверы MySpace, помимо других) и создать продукты начального уровня на памяти MLC. Эти продукты всё равно достаточно быстрые, чтобы оставаться вне пределов досягаемости даже для жёстких дисков с интерфейсом SATA на 6 Гбит/с.

ioXtreme и ioXtreme Pro

Накопитель ioXtreme предоставляет собой низкопрофильную карту PCI Express x4, занимающую один слот, которая содержим мощный контроллер и 80 Гбайт современной флэш-памяти MLC. Fusion-io указывает пропускную способность до 700 Мбайт/с для чтения и до 280 Мбайт/с для записи при размерах блока 64 кбайт. Мы провели большое количество тестов, включая тесты потокового чтения/записи, а также специальный тест 4 кбайт, чтобы оценить реальную производительность. Обещания Fusion-io оказались не так далеки от полученных нами результатов. Важно подчеркнуть, что продукты Fusion-io не являются загрузочными, то есть вы можете использовать их как накопители для приложений, для файла подкачки и для временных данных. Это дисквалифицирует продукты в глазах многих пользователей, но помните, что этот 80-Гбайт высокоскоростной накопитель может работать в качестве расширения основной оперативной памяти – весомая альтернатива (хотя и всё равно дорогая) покупке большого объёма ОЗУ.

Нажмите на картинку для увеличения.

На рынке присутствуют две очень похожие модели ioXtreme. Различие между обычной версией и моделью Pro заключается в том, что последняя позволяет объединять множество накопителей ioXtreme через шину PCI Express, чтобы обеспечить большую ёмкость. Fusion-io использует собственную технологию под названием X-Link, которая просто требует по одному доступному слоту x4 PCI Express на карту ioXtreme. Но для увеличения ёмкости вам придётся покупать модели ioXtreme Pro. В итоге вы сможете создать эффективный массив на нескольких доступных накопителях ioXtreme. Впрочем, существует возможность всё же для объединения использовать один накопитель ioXtreme не-Pro.

Второе отличие между обычной версией ioXtreme и моделью Pro заключается в тех же профилях производительности, что и у профессиональной модели ioDrive. ioXtreme Pro точно так же поддерживает режимы “Maximum Capacity/Максимальная ёмкость”, “Improved Write Performance/Улучшенная производительность записи” и “Maximum Write Performance/Максимальная производительность записи”. Режим улучшенной производительности записи работает за счёт снижения доступной ёмкости – вы сможете использовать 56 Гбайт в режиме улучшенной производительности и 40 Гбайт в режиме максимальной производительности. Недоступное пространство используется контроллером для более эффективной балансировки операций записи, чтобы у накопителя всегда была очень высокая производительность записи.

Накопители, интерфейс, энергопотребление

Накопители ioXtreme требуют для своей работы драйвера, и Fusion-io на данный момент поддерживает только 64-битные операционные системы. Поддерживается Linux и все версии Windows, начиная с Windows XP x64. Все накопители Fusion-io поддерживают ECC для гарантии целостности данных. Карты заявлены с номинальным энергопотреблением 7,5 Вт, что чуть больше, чем у современных 3,5″ жёстких дисков на 7200 об/мин. Учитывая производительность, такое энергопотребление кажется приемлемым.

Накопители ioXtreme оснащаются несколькими светодиодами, отображающими детальную информацию о работе.

Системные требования

Накопители ioXtreme не требуют интерфейса PCI Express 2.0, поскольку они сами поддерживают PCIe 1.1. Соответственно, пропускная способность на карту физически ограничена 1 Гбайт/с. Поскольку продукт и близко не подходит к этому максимуму, старый интерфейс проблем не вызывает.

При этом нужно гарантировать, что температура окружающего воздуха накопителей ioXtreme не поднимется выше 50°C. Ещё более важно, чтобы система имела достаточное количество оперативной памяти, так как драйвер использует часть ОЗУ для балансировки производительности.

В данной таблице приведены блоки файловой системы (например, NTFS), при этом указанный объём отводится для каждого 80-Гбайт накопителя. Добавление второй карты ioXtreme (Pro) удвоит требования к памяти. Причина подобной ёмкости заключается в том, что карта использует интерфейс PCI Express, а не SATA, при этом она не может использовать “родную” очередь команд (Native Command Queuing, NCQ). Данная функция позволяет SSD оптимизировать производительность записи на уровне драйвера.

Вполне понятно, что драйвер пытается избежать реальных операций записи насколько это возможно. Или, по крайней мере, пока не получится записать блок полностью. Следовательно, драйверу нужно иметь полный список используемых блоков данных файловой системы и соотносить его с физическими блоками флэш-памяти. Использование блоков меньшего размера файловой системы приводит к увеличению усилий на управление блоками – и к увеличению занимаемой памяти. Рекомендуемый размер блока для файловой системы составляет 4 кбайт.

Нажмите на картинку для увеличения.

Помните, что SSD на флэш-памяти нельзя дефрагментировать. Операционные системы, такие как Windows Vista и Windows 7, требуют ручного выключения дефрагментации со стороны пользователя. Дефрагментация будет приводить к постепенной деградации SSD, поскольку из-за интенсивной реорганизации блоков происходит большое число операций записи. То есть для увеличения срока службы SSD дефрагментацию проводить не следует.

ioManager

Нажмите на картинку для увеличения.

Fusion-io ioManager – основная утилита для управления накопителями ioXtreme. Она предоставляет детальную информацию о состоянии.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

При выборе низкоуровневого форматирования вы получаете окно с выбором опций для ioXtreme Pro. Оно позволяет выбрать режим производительности, который, в свою очередь, влияет на ёмкость. Увеличение производительности записи приведёт к сокращению доступной ёмкости на 30 процентов. А режим с максимальной производительностью записи уменьшить ёмкость на 50%, положительно сказавшись на скорости. Детальная информация о производительности представлена в нашем разделе тестирования.

Нажмите на картинку для увеличения.

При максимальной производительности записи мы получаем всего 40 Гбайт доступной ёмкости.

Нажмите на картинку для увеличения.

Тестовая конфигурация

С накопителями ioXtreme мы проводили следующий цикл.

• Полный тестовый прогон h2benchw (пропускная способность);
• форматирование накопителя в NTFS;
• тестовый прогон PCMark Vantage;
• тестовый прогон IOMeter (сценарии сервера баз данных, файлового сервера, web-сервера, рабочей станции, тест 4 кбайт, потоковый тест);
• 30 минут бездействия;
• тестовый прогон PCMark Vantage;
• тестовый прогон IOMeter (сценарии сервера баз данных, файлового сервера, web-сервера, рабочей станции, тест 4 кбайт, потоковый тест);
• удаление тома NTFS;
• полный тестовый прогон h2benchw (пропускная способность).

Мы брали результаты из первого и второго тестовых прогонов. Вы найдёте эти результаты в диаграммах ниже под названием “fresh” (первый тестовый прогон) и “used”. Последнее означает второй тестовый прогон, то есть соответствует деградации производительности накопителя.

Результаты тестов

PCMark Vantage

PCMark Vantage – тест потребительского уровня, поэтому он не так хорошо подходит для накопителей ioXtreme. Но данный тест всё равно полезен, чтобы найти разницу в производительности по сравнению с другими популярными SSD, такими как накопители Intel X25.

Мы наблюдаем серьёзное падение производительности во время второго прогона PCMark Vantage (строчки “used”). Накопители ioDrives, которые используют флэш-память SLC, намного быстрее, но и модели ioXtreme тоже неплохо себя показывают. Поскольку наши тесты не используют большое количество операций записи, от режимов с ускорением записи выигрыш небольшой. Режимы с максимальной ёмкостью в данном случае выходят на первое место.

И вновь режимы с максимальной ёмкостью обеспечивают самую высокую производительность, на этот раз в игровом прогоне.

Тест загрузки Vista носит больше теоретический характер, поскольку с накопителей ioXtreme грузиться нельзя. В любом случае, снижение производительности при разных нагрузках довольно существенно.

При первом прогоне три разных режима производительности дали схожие результаты. Но ситуация меняется после стрессовой нагрузки ioXtremes разными тестовыми сценариями. Второй прогон PCMark Vantage выполняется уже существенно медленнее, особенно если вы настроите накопитель на режим улучшенной или максимальной производительности записи.

Время доступа и производительность ввода/вывода

Вряд ли кто-то будет покупать данный продукт SSD на флэш-памяти для низкого времени доступа, но мы можем подтвердить, что работает он быстро. Среднее время доступа 70 микросекунд победить сложно.

Производительность ввода/вывода является одним из самых важных факторов при покупке SSD. Вполне очевидно, что накопитель ioDrive на флэш-памяти SLC остаётся самым быстрым решением, но новый ioXtreme всё равно обходит последний Intel X25-M G2 с активной функцией TRIM. Режим улучшенной производительности записи (Improved Write Performance) даёт самую высокую пиковую производительность ввода/вывода, хотя режим максимальной производительности записи (Maximum Write Performance) гарантирует более высокий минимальный уровень производительности.

Те же самые результаты оказываются и в тесте производительности ввода/вывода файлового сервера. Вам нужно выставить режим максимальной производительности записи (Maximum Write Performance), чтобы гарантировать максимальную производительность в минимуме.

В сценарии web-сервера операций записи немного, именно поэтому режим с максимальной ёмкостью обеспечивает наилучшую производительность. В данном сценарии имеет смысл объединять два привода ioXtreme в массив RAID 0. Как можно видеть, эффект очень существенный.

Производительность ввода/вывода рабочей станции всё равно до 100% быстрее, чем у Intel X25-M G2, но если вам нужна приличная производительность ввода/вывода, то вариантов нет – вам потребуется накопитель ioDrive с флэш-памятью SLC.

Пропускная способность

Пиковая пропускная способность интерфейса 630 Мбайт/с у накопителей ioXtreme весьма впечатляет, она соответствует максимальной пропускной способности моделей ioDrive.

По пропускной способности накопители ioXtreme примерно в 2,5 раза быстрее, чем Intel X25-M G2. Но минимальная поддерживаемая пропускная способность ioXtreme может быть и ниже. Вам следует принимать это во внимание, несмотря на прекрасную среднюю производительность.

Накопители ioXtreme выгодно показывают себя по производительности записи, пусть даже они не являются серьёзным конкурентам профессиональным моделям ioDrive. Здесь можно видеть, что режимы улучшенной производительности записи (Improved Write Performance) и максимальной производительности записи (Maximum Write Performance) имеют значение. Они действительно помогают поддержать минимальную пропускную способность на определённом уровне. ioXtreme Pro в режиме максимальной производительности записи (Maximum Write Performance) смог выдержать 270 Мбайт/с, что почти в 4x раза больше, чем Intel X25-M G2 с последней прошивкой и функцией TRIM.

Потоковые операции и случайный доступ 4 кбайт

При постоянной максимальной скорости потокового чтения, накопители ioXtreme не особо медленнее моделей ioDrives, но минимальная производительность заметно падает.

После выбора одного из двух режимов для улучшения производительности записи вы получите более стабильный результат. Только режим максимальной ёмкости (Maximim Capacity Mode) накопителя ioXtreme получил очень сильное падение под большим количеством операций последовательной записи.

Чтение блоками по 4 кбайт остаётся сильной стороной накопителя Intel X25-M G2, и модель ioXtreme, по сути, оказалась медленнее. Впрочем, уровень ioDrive остаётся непобедимым.

Случайные операции блоками по 4 кбайт выполняются намного быстрее на накопителях Fusion-io по сравнению с Intel X25-M G2.

Заключение

Последний продукт Fusion-io, линейка ioXtreme, снизила цену на профессиональные твёрдотельные накопители SSD на основе интерфейса PCI Express до уровня ниже $1000. Сегодня накопитель ioXtreme предоставляет ёмкость 80 Гбайт, при этом вы можете её увеличить, сочетая несколько накопителей ioXtreme в вашей системе. Но для использования этой функции вам потребуются более дорогие версии Pro.

Накопители ioXtreme не являются загрузочными, то есть вы не можете запустить с них операционную систему. Вместо этого они предназначены для работы в качестве накопителей для приложений или, если быть более точным, ускорителей для приложений. Всё, что вы запустите с накопителя ioXtreme, получит существенный прирост производительности, сравнимый с последствиями установки большего объёма ОЗУ. Среди возможных применений ioXtreme можно назвать перенос файла подкачки (swap) Windows, базы данных, виртуализированные системные разделы, временные файлы для Adobe Photoshop или просто дополнительное пространство для работы приложений. Всё же объём 80 Гбайт обойдётся слишком накладно, если “набивать” его традиционными планками оперативной памяти.

Нажмите на картинку для увеличения.

Новые накопители ioXtreme явно быстрее моделей Intel X25-M G2 без предоставления большей ёмкости. Накопители ioXtreme дают вплоть до двух раз более высокую производительность ввода/вывода, намного лучшую максимальную пропускную способность, а также производительность записи, превосходящую накопитель Intel. Конечно, неплохо было бы провести прямое сравнение с X25-E, но на момент проведения тестов эта модель не была доступна в нашей лаборатории. У Fusion-io также присутствуют режимы оптимизации производительности, которые позволяют поддержать высокую производительность записи за счёт снижения ёмкости.

После всех этих сравнений с накопителем Intel X25 drive, следует отметить, что модель ioXtreme не была предназначена для замены этих продуктов. В идеальном случае данные продукты будут работать вместе, когда система будет загружаться с X25-M G2, а ioXtreme будет использоваться для работы с данными приложений или файлом подкачки Windows. Если вы собираете high-end ПК с процессором Extreme Edition, графикой на нескольких GPU, большим объёмом памяти, твёрдотельным системным SSD, то накопитель ioXtreme будет весьма привлекателен – если ваши профессиональные приложения смогут от него выиграть.