Intel X25-E: SSD, опередивший конкурентов – THG.RU

Intel X25-E | Введение

Первым твёрдотельным накопителем от Intel стал X25-M, который мы тестировали в сентябре 2008 года. Он вышел на рынок в ёмкостях 80 и 160 Гбайт, а его производительность и эффективность энергопотребления установили новые стандарты на рынке настольных систем и ноутбуков. Однако, поскольку данный накопитель использует флэш-память с многоуровневыми ячейками (MLC), пропускная способность записи и производительность ввода/вывода не слишком хорошо подходят для серверов и рабочих станций. Всё изменилось с появлением SSD X25-E, который использует одноуровневые ячейки памяти (SLC).

Нажмите на картинку для увеличения.

Intel X25-E | Зачем два SSD?

Напомним, что на рынке есть два типа флэш-памяти: на многоуровневых ячейках (multi-level cell, MLC) и на одноуровневых ячейках (single-level cell, SLC). Память MLC хранит несколько бит данных в каждой ячейке памяти, что несколько снижает стоимость. Память SLC стоит дороже, но обеспечивает прямой доступ к каждому биту данных, что даёт более высокую производительность случайного доступа и операций записи.

Позвольте привести пример: X25-M, SSD-накопитель Intel для настольных ПК, обеспечивает пропускную способность чтения порядка 200 Мбайт/с, но записывает всего со скоростью до 75 Мбайт/с. И хотя он обеспечивает прекрасную производительность ввода/вывода, SSD-накопители на SLC-памяти показывают себя ещё лучше.

Intel X25-E | Требования корпоративного рынка

Клиентам в корпоративном секторе часто требуется максимально возможное число операций ввода/вывода в секунду, чтобы выдержать минимальное необходимое число транзакций в секунду для серверов и критичных приложений. Чтобы удовлетворить всем требованиям, Intel оснастила SLC-память великолепным контроллером. Результат действительно впечатляющий: X25-E оставляет конкурентов далеко позади.

Мы сравнили Intel X25-M с 64-Гбайт SSD Samsung для массового рынка, серверными SSD от Mtron и Memoright, а также двумя самыми быстрыми жёсткими дисками на 15 000 об/мин, которые можно найти на рынке: Hitachi Ultrastar 15K450 и Seagate Cheetah 15K.6.

Intel X25-E | SSD корпоративного класса

SSD корпоративного класса Intel выглядит очень похоже на модель для массового рынка X25-M, да и сходства на самом деле есть. Конечно, прошивка и флэш-память здесь другие, поскольку X25-E использует SLC-память, а X25-M построен на менее дорогой MLC-памяти. Это повлияло и на ёмкость. Если X25-M доступен в ёмкостях 80 и 160 Гбайт, то X25-E ограничен всего 32 и 64 Гбайт на данный момент. Впрочем, в четвёртом квартале 2009 года запланирована модель на 128 Гбайт, а X25-M для массового рынка к тому времени должен достичь 320 Гбайт. Подобная высокая ёмкость станет возможна, когда флэш-память будет производиться не по нынешнему 50-нм техпроцессу, а по 34-нм техпроцессу следующего поколения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Intel X25-E | Общие основы

Мы вскрыли оба продукта и обнаружили один и тот же контроллер памяти и чип DRAM, причём последний работает в качестве встроенной флэш-памяти. Некоторым такой подход не понравится, но он наиболее экономичный по расходам. Но мы бы хотели оценивать итоговый результат, а не подход производителя. И, как мы уже упоминали, результаты впечатляющие.

Intel X25-E | Интерфейс SATA не идеален

У накопителей X25-E по-прежнему есть слабое место, которое может помешать их развёртыванию в корпоративном окружении: они используют интерфейс Serial ATA, в то время как в корпоративной сфере стандартом стал интерфейс Serial Attached SCSI (SAS). SAS обеспечивает ряд важных функций, таких как расширители (экспандеры) и сдвоенные порты передачи данных, которые можно использовать для увеличения производительности или для избыточности. Впрочем, проблема не такая и серьёзная, поскольку SAS поддерживает STP (SATA Tunneling Protocol), позволяющий подключать накопители Serial ATA к контроллерам SAS.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Intel X25-E | Впечатляющая производительность и эффективность

Если X25-M ограничен пропускной способностью записи 75 Мбайт/с, то у накопителя X25-E подобного ограничения нет, производительность записи недалека от производительности чтения. Если же вы заинтересованы в высокой производительности ввода/вывода – а это основная причина приобретения подобного накопителя – вы можете ожидать прироста производительности от 10 до 25 раз по сравнению с быстрым жёстким диском на 15 000 об/мин. А по сравнению с другими SSD корпоративного уровня прирост производительности составляет от 30% до 5 раз. А если вам этого мало, X25-E требует даже меньше энергии, чем любое другое решение, чтобы дать столь впечатляющую производительность.

Intel X25-E | Усиление записи (Write Amplification)

Во время тестов новых накопителей мы проверяем наличие проблемы, известной под названием усиление записи (write amplification). Поскольку флэш-память записывается в блоках, сохранение небольшого количества данных приводит к записи блока определённого размера, то есть 64, 128 кбайт или даже больше. В результате множество мелких операций записи занимает много времени, поскольку перезаписывается целый блок. Это не только создаёт проблемы производительности, но и может повлиять на надёжность работы и износ в перспективе.

Наши опасения по производительности касаются не только низкой скорости записи, но и изменения характеристик производительности. Флэш-контроллеры могут настраиваться под высокую производительность ввода/вывода или под большие объёмы последовательного чтения или записи; при этом выбранный режим влияет на другие сценарии. Флэш-контроллер Intel использует кэш-память DRAM, которая призвана, помимо всего прочего, снизить эффект усиления записи, да и производительность у X25-E оказалась весьма сбалансированной. Запись никогда не занимала существенно больше времени, чем чтение, да и мы не обнаружили сильной разницы в производительности во время тестирования скорости ввода/вывода после большого количества последовательного чтения/записи и наоборот. Но давайте перейдём к результатам тестов.

Intel X25-E | Тестовая конфигурация

Intel X25-E | Низкоуровневые тесты: эталонная тестовая система

Intel X25-E | Платформа для измерения эффективности энергопотребления

Intel X25-E | Результаты тестов

Intel X25-E | Диаграмма передачи данных X25-E

X25-E не даёт пропускную способность, которая была бы такой же стабильной и предсказуемой, как у жёсткого диска, особенно на операциях записи, но в целом производительность очень даже впечатляет. Впрочем, помните, что данный накопитель будут брать не за пропускную способность; современные жёсткие диски на 15 000 об/мин отстоят не слишком далеко от данного уровня производительности, а цена у них намного ниже. X25-E призван доминировать по производительности ввода/вывода, что вы увидите на следующей странице.

Intel X25-E | Пропускная способность чтения/записи

Intel X25-E | Производительность интерфейса

Вполне очевидно, что X25-M и X25-E используют единый дизайн, поэтому максимальная пропускная способность интерфейса одинаковая. Это указывает на то, что контроллер может быть незначительным “узким местом”, хотя на производительность это влияет не очень заметно.

Intel X25-E | Время доступа

Intel X25-E | Производительность ввода/вывода

Перейдём к результатам самых интересных тестов.

Как и можно было ожидать, производительность ввода/вывода у Intel X25-E впечатляющая, все конкуренты оказались позади. В тестовом сценарии сервера баз данных, когда считываются и записываются небольшие кусочки информации, X25-E даёт не меньше 5000 операций ввода/вывода в секунду, но их число падает примерно до 3000 операций ввода/вывода в секунду при больших очередях команд. Как видим, контроллер и механизм кэширования не дают преимущество в данном сценарии. Но X25-E всё равно, как минимум, в четыре раза быстрее, чем второй по производительности SSD на SLC-памяти, а именно Memoright MR25.2-064S. Мы также обращаем внимание на весьма неплохие результаты X25-M. Впрочем, при увеличении глубины очереди команд память MLC упирается в свои скоростные ограничения.

Результаты в сценарии файлового сервера впечатляют не меньше.

Представьте себе большой документ HTML, содержащий текст и несколько картинок, и вы поймёте, на что похож сценарий ввода/вывода web-сервера. В данном тесте большинство флэш-накопителей показало себя хорошо, они весьма быстрые при случайном чтении. Mtron Pro 7500 лучше всего оптимизирован для случайного чтения, поскольку накопитель оказался лучшим в данном тесте. Продукты Intel пришли вторыми, а остальные SSD отстают не очень значительно, обеспечивая в 10 раз большую производительность ввода/вывода, чем два наших жёстких диска на 15 000 об/мин.

Сценарий рабочей станции использует размеры блока 64, 128 и 256 кбайт, с 80% чтения и 80% случайного доступа. X25-E вновь “взлетает” в этом тесте, оставляя позади все другие накопители.

Intel X25-E | Производительность приложений

Тест PCMark05, конечно, не лучший инструмент для оценки SSD, нацеленных на корпоративный сектор, как наш X25-E, но он показывает, как бы повёл себя такой накопитель в high-end настольном ПК.

При записи последовательных данных на отформатированный накопитель X25-E даёт неплохую производительность, хотя и не может обогнать Seagate Cheetah 15K.6. Как мы уже упоминали, жёсткие диски по-прежнему являются великолепным выбором, если вам нужна высокая производительность потокового чтения/записи для монтажа аудио/видео и других схожих приложений.

Тест запуска Windows XP требует как высокой пропускной способности, так и низкого времени доступа, поскольку он симулирует данные, к которым обращается Windows XP во время своего запуска. Накопители Intel здесь явно доминируют, а разница между X25-E и X25-M достаточно мала, чтобы объявить X25-M лучшим вариантом для настольных компьютеров (поскольку вы получите 80 Гбайт вместо 32 Гбайт, да и по меньшей цене).

Intel X25-E | Энергопотребление

Мы измерили энергопотребление на тех или иных специфических нагрузках, поскольку оно оказывается более значимым, чем обычные значения энергопотребления в режиме бездействия или под пиковой нагрузкой. Первый тест заключается в воспроизведении DVD с жёсткого диска, для чего требуется считывание постоянного небольшого потока данных. Второй тест определяет минимальное энергопотребление в режиме бездействия. Наконец, мы проверяем эффективность в сценарии рабочей станции и под “тяжёлой” нагрузкой потокового чтения.

У нас нет результатов для всех накопителей, которые представлены в тестах выше, поскольку в качестве тестовой системы выступает ноутбук, а к нему мы не можем подключить жёсткие диски SAS. Однако почти каждый 2,5″ жёсткий диск потребляет в этом тесте около 1 Вт, когда требуется обеспечить небольшой, но постоянный поток данных. Оба жёстких диска на 15 000 об/мин от Hitachi и Seagate потребляют больше 10 Вт в режиме бездействия, да и они не разрабатывались для максимальной эффективности на подобных нагрузках. Накопители Intel X25 показали себя хорошо, но 64-Гбайт Samsung оказался лучше оптимизирован под эффективность энергопотребления.

В данном сценарии наша тестовая система бездействует 10 минут, после чего мы замеряем энергопотребление, поскольку мы хотели, чтобы накопитель перешёл в самый экономичный режим бездействия. Результаты SSD Intel впечатляют: когда накопители бездействуют, они почти не потребляют энергии: результаты 0,04 Вт для X25-E и 0,07 Вт для X25-M говорят сами за себя.

Intel X25-E | Эффективность в сценарии ввода/вывода рабочей станции

В данном тесте мы оцениваем производительность сценария ввода/вывода рабочей станции, а также замеряем энергопотребление во время прохождения теста. Наконец, мы рассчитываем производительность на ватт, разделив число операций ввода/вывода в секунду на среднее энергопотребление.

Как и предполагалось, высокая производительность ввода/вывода в сценарии рабочей станции нового Intel X25-E приводит к его полному доминированию перед конкурентами. Он в девять раз быстрее Mtron Pro 7500, который тоже является профессиональным продуктом, нацеленным на серверы и рабочие станции. Жёсткие диски на 15 000 об/мин показали себя довольно хорошо по сравнению с SSD от Samsung и Mtron, но X25-E их тоже оставил позади.

Жёстким дискам на 15 000 об/мин требовалось, в среднем, 17,1 и 18,5 Вт энергии во время прохождения сценария ввода/вывода рабочей станции; среднее энергопотребление Intel X25-E составило 1,1 Вт. Давайте посмотрим на соотношение производительности на ватт.

Низкое энергопотребление вместе с максимальной производительностью дали великолепную эффективность нового серверного накопителя X25-E от Intel. Нравится вам этот продукт или нет, но X25-E обеспечивает производительность в сценарии ввода/вывода рабочей станции на уровне пятнадцати жёстких дисков на 15 000 об/мин, при этом потребляет всего 1/16 часть от энергопотребления одного такого винчестера. Мы даже не стали считать, сколько будут потреблять 15 жёстких дисков!

Intel X25-E | Эффективность в сценарии потокового чтения

Тест потокового чтения также требует от накопителей максимальной производительности, но в данном случае запрашиваются не случайные, а последовательные данные.

Если вы помните результаты пропускной способности, то подобная расстановка вполне ожидаемая: два SSD Intel доминируют по числу операций ввода/вывода в секунду. Два жёстких диска на 15 000 об/мин показывают себя в этом тесте тоже весьма неплохо.

Однако жёсткие диски не выдерживают никакой критики, если учитывать энергопотребление.

В итоге мы вновь получили великолепные результаты эффективности SSD от Intel. Однако SSD от Samsung потреблял заметно меньше энергии, чем накопители X25 в данном тесте, тоже обеспечив весьма высокую эффективность потокового чтения.

Intel X25-E | Заключение

Нажмите на картинку для увеличения.

Если вы просмотрите результаты всех тестов, то наверняка уже знаете, что мы хотим сказать. Первый твёрдотельный накопитель Intel X25-M, который был нацелен на топовые настольные ПК и ноутбуки, уже был весьма впечатляющим. Он по-прежнему доминирует во многих тестах, сочетая высокую производительность с прекрасной эффективностью. Но X25-E оказался совершенно иным.

Новый твёрдотельный накопитель X25-E использует прежнюю архитектуру контроллера и кэш-памяти. Он не даёт больше максимальной пропускной способности, чем X25-M (200 Мбайт/с), да и на данный момент ёмкости ограничены 32 и 64 Гбайт. Однако при этом вы получаете серьёзную производительности записи (160 Мбайт/с) из-за флэш-памяти с одноуровневыми ячейками, чем не может похвастаться X25-M. Что более важно, X25-E обеспечивает производительность ввода/вывода от 10 до 25 раз больше, чем вы можете получить от самых последних жёстких дисков на 15 000 об/мин на рынке. Почти в каждом тесте ввода/вывода, за исключением сценария web-сервера, X25-E оказывался в три-пять раз быстрее, чем его прямые твёрдотельные конкуренты.

Описывать X25-E как самый эффективный серверный накопитель было бы неверно. Мы бы назвали его SSD на флэш-памяти, который, наконец, смог переопределить понятие высокой производительности подсистемы хранения в серверах и сбросил стандарты устройств с большой нагрузкой ввода/вывода. Нельзя сказать, что он намного более эффективный, чем жёсткие диски, просто жёсткие диски очень неэффективны при случайной нагрузке ввода/вывода.

Сложные технологии флэш-памяти достигли того уровня, при котором один накопитель способен дать значение производительности, раньше доступное только на сложных RAID-массивах на 6-12 жёстких дисках. Он не просто обходит старые добрые жёсткие диски по производительности; один накопитель X25-E потребляет при этом чуть больше 1 Вт, в среднем, по сравнению, как минимум, 100 Вт для RAID-массива.

Это, конечно, не означает, что жёсткие диски исчезнут. Есть приложения, которым требуется большая ёмкость хранения данных, да и высокая пропускная способность чтения и записи по-прежнему является сильной стороной магнитных жёстких дисков. Но дни жёстких дисков в серверах под интенсивной нагрузкой ввода/вывода сочтены. Hitachi и Seagate следует хорошенько поработать, прежде чем выпускать собственные SSD в конце 2009 года или в 2010, поскольку Intel поставила планку довольно высоко, хотя эта компания не работала раньше на рынке серверных систем хранения данных.