Intel DC S3700: обзор и тест SATA SSD корпоративного класса – THG.RU

Обзор Intel SSD DC S3700 | Встречайте флагманские SSD корпоративного класса от Intel

Intel прошла долгий и извилистый путь, прежде чем прийти к SSD DC S3700. Представленный почти четыре года назад X25-E (“Intel X25-E: SSD, опередивший конкурентов”) обогнал всех конкурентов на рыке. Собственный контроллер 3 Гбит/с, 50-нанометровая NAND-память с одноуровневыми ячейками, непревзойдённый ресурс записи и на удивление стабильная производительность – на то время это были самые передовые достижения. Да и сегодня X25-E относится к числу наших любимых накопителей корпоративного класса.

Однако линейка была представлены дисками малого объёма, к тому же они всегда были очень дорогими. Конечно, для большинства крупных компаний, покупающих X25-E, это мало что значило, поскольку SSD этой линейки по сравнению с конкурентами обладали выдающимися показателями производительности и надёжности. Преимущество была связано с тем, что Intel не только написала собственную прошивку, но и самостоятельно разработала контроллер.

Контроллер SSD 710: мы его уже видели!

Однако с тех пор разработчики накопителей Intel ничем революционным нас не порадовали. В SSD корпоративного уровня компания неожиданно сменила тип флеш-памяти с SLC на HET-MLC. Первый последователь X25-E SSD 710 был весьма многообещающим, но в нём выявились некоторые недостатки. Контроллер оказался всего лишь переработанной версией десятиканального дизайна, который использовался уже несколько лет.

Уровень производительности SSD 710 был близок к X25-E, однако он появился в то время, когда диски с интерфейсом 6 Гбит/с были нормой, поэтому его показатели вряд ли могли кого-нибудь впечатлить. У компании просто не было других контроллеров, чтобы что-то изменить. Для пользовательских SSD с интерфейсом 6 Гбит/с Intel выбрала партнёрство с Marvell, а затем с SandForce. Но после того как компания решила опираться на других производителей, настроек прошивки уже было не достаточно, чтобы выделить свою продукцию из массы конкурентов, использующих аналогичные чипы.

Хотя флеш-память HET-MLC в SSD 710 предлагала неплохой компромисс между скоростью, ёмкостью и количеством циклов записи, данная NAND технология была слишком дорогой. В результате накопители Intel корпоративного класса стали мало чем отличаться от других решений в этом сегменте, который стал весьма конкурентным. Компании нужно было начать заново, вернуться и заняться тем, что у неё лучше всего получается: инновациями.

Встречайте SSD DC S3700

Просто удивительно как всё может измениться всего за год. Intel SSD DC S3700, похоже, исправляет все недостатки SSD 710. Новинка оснащена новым восьмиканальным контроллером собственно разработки Intel и проверенной NAND-памятью HET-MLC 25 нм. По крайней мере, на бумаге у компании получилось очень достойное решение для корпоративных заказчиков.

Линейка SSD DC S3700 представлена четырьмя моделями в форм-факторе 2,5″ ёмкостью 100, 200, 400 и 800 Гбайт, и двумя моделями в форм-факторе 1,8″ (200 и 400 Гбайт). Накопители типоразмера 2,5″ – довольно привычное дело, а вот модели 1,8″ нас удивили куда больше. В последнее время многие производители отказываются от столь малого форм-фактора. Тем не менее, Intel утверждает, что на рынке блэйд- и микросерверов спрос на них растёт.

Хотя указанные производителем характеристики недостаточно высоки, чтобы сбросить пользовательские SSD Samsung серии 840 Pro с пьедестала, они всё же демонстрируют значительный рост по сравнению с SSD 710. Ожидается, что по операциям случайного чтения SSD DC S3700 обгонит предшественника в два раза, а в операциях записи – в пятнадцать раз. Скорость последовательных операций тоже должна вырасти вдвое.

Вряд ли эти показатели кого-то удивят. Однако особого внимания заслуживает цена. За SSD 710 после премьеры Intel просила примерно $7/Гбайт. Даже SSD 910 на базе PCI Express с 25-нанометровой памятью HET-MLC, выпущенный спустя несколько месяцев, продавался за ~$5,5/Гбайт.

SSD DC S3700 ёмкостью 100, 200, 400 и 800 Гбайт в форм-факторе 2,5″ стоят $235, $470, $940 и $1880 соответственно. 1,8-дюймовые модели обойдутся на $25 дороже независимо от объёма. Цена за гигабайт составляет всего $2,35. Получается, что в течение года стоимость гигабайта ёмкости снизилась почти на 65%. Несмотря на то, что новые накопители Intel дороже моделей линейки 840 Pro почти в два раза, семейство SSD DC S3700 обладает функциями корпоративного уровня, которые вы больше нигде не увидите.

Обзор Intel SSD DC S3700 | Вид изнутри

Чтобы лучше понять какое “железо” использует Intel, мы разобрали образцы ёмкостью 200 и 800 Гбайт. На обоих накопителях легко заметить новый контроллер PC29AS21CA06 Гбит/с. Ещё раз отметим, что вместо десятиканальной архитектуры в нём используется восьмиканальная.

В модели на 800 Гбайт сбоку от контроллера размещены два 4-гигабитных модуля Samsung DDR3-1600 FBGA RAM и общий объём кэша составляет 1 Гбайт. Под контроллером вы видите восемь NAND-модулей ёмкостью 64 Гбайт каждый. С другой стороны платы установлены ещё восемь модулей, в результате чистая ёмкость модели на 800 Гбайт достигает 1 Тбайта.

Версия на 200 Гбайт собрана немного по-другому. Компоновка и контроллер практически идентичны, однако вместо двух 4-гигабитных модулей Samsung мы видим один 2-гигабитный чип DDR3 от Micron.

На PCB также размещены 16 модулей NAND-памяти. Однако их ёмкость разнится. Четырнадцать из них имеют 16 Гбайт ёмкости, один – 32 Гбайта и ещё один – 8 Гбайт. Показатель чистой ёмкости составляет 264 Гбайта.

Линейка SSD DC S3700 имеет несколько уникальных функций для корпоративного сегмента, одна из них – наличие конденсаторов для сохранения целостности данных во время сбоев электропитания. Два 35 вольтовых конденсатора электрической ёмкостью 47 мкФ хранят заряд, достаточный для передачи всех находящихся в кэше данных в ячейки NAND-памяти. Радиальные электролитические конденсаторы находятся в специальной прорези в печатной плате, такое решение позволяет сэкономить дополнительное пространство. Собственно, в настольных накопителях мы уже встречались с подобной идеей в SSD Comay Venus Pro, где был установлен плоский суперконденсатор ёмкостью 90 мФ.

Также инженеры Intel установили специальный датчик, который периодически проверяет состояние конденсатора. Любой сбой или даже снижение производительности фиксируется монитором SMART и отключает запись в кэш для предотвращения риска потери данных.

Ещё одно новшество от Intel – использование 12-вольтного канала разъёма SATA. По сути, SSD DC S3700 может задействовать линии +5 В, +12 В или обе сразу. Естественно, использование канала +12 В увеличивает энергопотребление, о чем более подробно мы поговорим в соответствующей части обзора.

Ресурс записи SSD DC S3700

Обычно тестированию ресурса записи SSD корпоративного класса мы уделяем много времени. Хотите знать почему? Ресурс записи – это главная причина более высокой стоимости high-end накопителей для корпоративного сегмента по сравнению с пользовательскими моделями.

В накопителях серии SSD DC S3700 Intel использует 25-нанометровую память типа HET-MLC, знакомую нам по моделям SSD 710 и SSD 910. По сути, показатель количества циклов перезаписи у накопителей SSD DC S3700 400 /800 Гбайт и SSD 910 идентичен. Различия могут быть в способе, которым новый контроллер реализует команду TRIM и “уборку мусора”, но и они наверняка будут очень малы.

Учитывая резервную область данных и низкую стоимость, цена записанного петабайта у SSD DC S3700 очень низка для твердотельного накопителя с флеш-памятью MLC. Конечно, конкурировать с очень высокой выносливостью SLC памяти она не может. В этом плане лидируют накопители типа Micron RealSSD P320h с ценой менее $40 за петабайт записанных данных.

Изменится ли ситуация в ближайшем будущем? Если Intel удастся снизить стоимость HET-MLC-накопителей до $1,40/Гбайт (на 40% ниже текущей цены), то по цене за записанный петабайт компания сравняется с накопителем Micron. Учитывая развитие цен на накопители с памятью HET-MLC от Intel и довольно статичные цены на SLC-память в целом, в ближайший год существенных сдвигов не предвидится.

Обзор Intel SSD DC S3700 | Стабильность скорости работы

За последние годы производители SSD вложили очень много денег и времени в научно-исследовательскую работу, нацеленную на улучшение каждого компонента твердотельных накопителей. Скорость последовательных операций, произвольная запись блоками по 4 Кбайт, стоимость и качество накопителей в целом, всё это заметно улучшилось. Но есть один аспект, который до сих пор остался “проблемным”: постоянство скорости работы.

Как мы уже не раз отмечали в предыдущих обзорах, средние показатели хороши для списка характеристик, но они не всегда отражают картину в целом (как частота кадров в тестах видеокарт). Для некоторых корпоративных окружений (например, видеопортала), средняя производительность значит мало, здесь гораздо важнее, чтобы накопитель был оптимизирован для работы с худшими сценариями.

Почти каждый протестированный нами SATA-накопитель, даже от Intel, в какой-то момент испытывал трудности со стабильностью. Обычно скачки вызваны прошивкой контроллера. В некоторых случаях они связаны с поведением накопителя (например, с уборкой мусора). Иногда можно винить плохую реализацию некоторых алгоритмов. К счастью, Intel особый упор делает на стабильность SSD DC S3700. Компания полностью переделала прошивку, поставив в приоритет производительность, а не показатели пиковой пропускной способности. В техпаспорте даже указаны показатели стабильности и QoS (англ. Quality of Service — качество обслуживания).

Сначала давайте посмотрим на характеристики стабильности производительности по данным Intel.

Ниже представлено определение стабильности производительности из технических характеристик накопителя:

“Стабильность производительности измеряется с помощью произвольных операций блоками данных по 4 Кбайт в Iometer на глубине очереди в 32 команды и изображается как самое низкое значение IOPS в односекундном интервале измерений 99,9-го перцентиля, поделённое на среднее количество IOPS во время всего теста. Измерения проводятся на всём адресном пространстве накопителя в тот момент, когда задача достигла устойчивого состояния, но включает все фоновые процессы, необходимые для нормальной работы и надёжности хранения данных”.

Во-первых, стоит отметить усилия Intel в плане работ по оценке стабильности. Компания не пошла лёгким путём простого типичного тестирования характеристик. Напротив, она использует чтение и запись блоками по 4 Кбайт по всему пространству LBA, при работе всех фоновых процессов во время измерения. Даже в таких условиях SSD DC S3700 достигает 90% стабильности независимо от ёмкости модели, кроме произвольной записи на диске ёмкостью 100 Гбайт.

К новым характеристиками относится и качество обслуживания (Quality of Service). В то время как показатель стабильности производительности оперирует односекундным интервалом, QoS показывает максимальную задержку для определённого процента команд.

Значение получается при выполнении операций блоками по 4 Кбайт в Iometer, измеряющих максимальное время необходимое на выполнение 99,9 или 99,9999% команд, проходящих с хоста на диск и обратно на хост. Повторимся, что это более глубокое измерение, нежели обычные средние значения или типичные задержки, которые производители используют в своих характеристиках.

Но такой уклон в сторону стабильности имеет один недостаток: он вредит максимальной производительности. Очень высоких показателей, которые предлагают самые быстрые настольные SSD, вы здесь не увидите. Intel сделала ставку на то, что для большинства корпоративных сред более важна стабильность.

Обзор Intel SSD DC S3700 | Конфигурация стендов и методика тестирования

Работу SSD не так уж легко оценивать. В отличие от обычных механических дисков, твердотельные накопители находятся под влиянием множества факторов, которые тяжело контролировать.

Storage Networking Industry Association (SNIA) – рабочая группа, состоящая из поставщиков SSD, флэш-памяти и контроллеров, создала тестовую процедуру, в которой реализована попытка учесть максимально возможное количество различных факторов, связанных с работой SSD.

SNIA Solid State Storage Performance Test Specification (SSS PTS) – это отличный справочник для тестирования SSD корпоративного класса. В нём определяется не то, какие тесты нужно использовать, а в какой последовательности их нужно запускать. Эта последовательность разбита на четыре части:

1. Очистка: очистка приводит накопитель в известное начальное состояние. Для SSD это означает полное уничтожение данных (Secure Erase).
2. Предварительная подготовка: предварительная задача, не связанная с самим тестом.
3. Предварительная подготовка с использованием тестовых пакетов: запуск теста (произвольные операции 4 Кбайт, последовательные с блоками 128 Кбайт и тому подобное), который доводит привод до устойчивого состояния.
4. Устойчивое состояние: на этом этапе производительность привода больше не меняется и можно начинать сам процесс тестирования.

Эти шаги очень важны для тестирования SSD. Гораздо проще не подготавливать полностью привод, получив производительность свежего SSD и при этом думая, что это его устойчивое состояние. Также эти этапы важны при переходе между случайной и последовательной записью.

Чтобы получить точные и повторяемые результаты, мы придерживались последовательности SSS PTS для всех тестов этого обзора.

Все тесты по возможности включают произвольные данные. Перед записью Intel SSD DC S3700 не производит сжатие, поэтому от типа данных производительность зависеть не будет.

Обзор Intel SSD DC S3700 | Результаты тестов

Скорость произвольных операций блоками по 4 Кбайт и задержка

Как видите, SSD DC S3700 обеспечивает неплохую скорость произвольного чтения и записи блоками данных объёмом 4 Кбайт. Оба образца достигают заявленных показателей, а при определенной глубине очереди даже немного превышают их. Вы не увидите уровня производительности, характерного для дисков на базе контроллера SandForce второго поколения (это будет видно во всех тестах), но всё же это большой шаг вперёд по сравнению с корпоративными SSD от Intel предыдущих поколений.

Intel на самом деле делает упор на стабильность и низкое время доступа, а не на высшую производительность в своём классе. Чтобы лучше оценить реальное влияние оптимизаций Intel, давайте взглянем на диаграммы.

Поведение SSD DC S3700 больше похоже на PCI Express-накопитель типа Micron P320h или OCZ Z-Drive R4, чем на представителя SATA-сегмента. По сути, мы измеряем среднее и максимальное время отклика, которые ниже, чем у Intel SSD 910 (1,62 и 41,77 мс, соответственно).

Если сравнить полученные результаты с показателями QoS от Intel для модели на 800 Гбайт, то значение находится в пределах максимальных 20 мс для 99,9999% операций записи. Тем не менее, полученный нами показатель для 200 Гбайтовой модели немного выше заявленного и составляет 26,21 мс. Есть ли этому разумное объяснение?

Вполне вероятно, это связано с временной наработкой. В процессе обзора и тестирования накопители подвергаются огромным нагрузкам. Иногда тесты длятся часами, а иногда днями. Наш тест произвольной записи 4 Кбайт, который мы использовали для получения значений задержки, длился 24 часа. Это необходимо для того, чтобы выявить возможные проблемы, которые в коротких тестах могут не проявиться. Ведь покупая SSD корпоративного класса вам наверняка хочется, чтобы он был тщательно проверен. Оглянувшись и проведя небольшие расчёты, мы выяснили, что в 99,99990-ый перцентиль входит множество команд, на которые, в теории, может уходить больше времени.

В нашем случае мы имеем почти 30000 IOPS x 86400 секунд или приблизительно 2,5 миллиарда операций. Таким образом, за пределами характеристик Intel остаются 2500 операций. Мы заново провели тесты на моделях ёмкостью 200 и 800 Гбайт, но результаты повторились: небольшое количество команд (примерно 0,0001%) оказались за пределами характеристик. Но больше нас удивил тот факт, что почти 99,995% записей происходили быстрее, чем за 10 мс, это гораздо лучше, чем заявленный показатель.

Производительность в корпоративных задачах

Следующий набор тестов имитирует различные корпоративные задачи, включая работу баз данных, файлового сервера, web-сервера и рабочей станции.

Обратите внимание, что результаты довольно похожи, независимо от ёмкости накопителя. Это связано с тем, что задачи корпоративного класса чаще связаны с операциями чтения. А поскольку скорость чтения у них одинаковая, то удивляться такой близости не стоит.

При низких глубинах очередей, SSD DC S3700 800 Гбайт быстрее во всех задачах. Также преимущество большего объёма проявляется в тесте файлового сервера. Тем не менее, если ваши приложения преимущественно включают операции чтения, накопителя любой ёмкости будет достаточно. Однако мы должны предупредить, что SSD на 100 Гбайт, которого у нас нет в тестировании, обладает более низкими характеристиками скорости записи.

Наш тест базы данных (также классифицируемый как обработка транзакций) включает только случайные операции ввода/вывода. На долю операций чтения блоками данных по 8 Кбайт приходится 67% , записи – 33%.

Тестовый профиль файлового сервера включает 80% операций произвольного чтения блоками различного размера.

В тестах профилей веб-сервера (100% чтения различных блоков данных) и рабочей станции (80% чтения, 80% произвольно) наблюдается схожая тенденция.

Скорость последовательных операций

Оба накопителя Intel SSD DC S3700 демонстрируют хорошие результаты в тесте последовательной записи, местами демонстрирую результаты чуть выше заявлены в характеристиках, однако ни один из образцов не достигает уровня производительности самых быстрых настольных SSD.

Как мы и подозревали, скорость чтения практически одинаковая. Об этих показателях сказать особенно нечего. Кто бы мог подумать, что после стольких лет работы с механическими жёсткими дисками скорости 460 Мбайт/с и 500 Мбайт/с для записи и чтения будут считаться чем-то само собой разумеющимся?

В этом и особенность этого SSD. Чтобы действительно понять для чего он был разработан, не стоит так привязываться к тестам производительности. Хотя скорость последовательных операций находится на среднем уровне, стабильность просто на высоте. Наш собственный бенчмарк производительности корпоративного потокового видео (Enterprise Video Streaming Performance) расскажет об этом более подробно.

Производительность потокового видео в корпоративной сфере

Работа с видеопотоками в корпоративной среде – это тяжёлая характерная задача. Компании хотят обработки большего числа HD-потоков с более высоким битрейтом и без “тормозов”. Хранилище, предназначенное для работы с видео в корпоративном секторе, должно иметь абсолютно другие характеристики, нежели решения для баз данных. Для первого преимущественно необходима высокая скорость последовательной записи большими блоками данных. К тому же нужен высокий уровень стабильности, который в обычных SSD вы не увидите. Больше подробностей можно узнать в статье “Intel SSD 910: обзор и тест SSD-накопителя корпоративного класса на базе PCI Express”.

Если коротко, когда накопитель достигает устойчивого состояния, мы перезаписываем его полный объём 100 раз. Перезапись происходит на глубине очереди четыре команды блоками по 8 Мбайт, для каждой операции ставится соответствующая метка.

Вот о чём мы говорим. Обычно выделить лучший и худший прогон достаточно легко (по среднему значению, по глубине падений, по количеству падений и т.д.), но у этого SSD показатели настолько постоянны, что отличить их очень тяжело. Именно такой график должен быть у твердотельного накопителя корпоративного класса. Больших проседаний нет, все отметки почти совпадают и производительность стабильна на протяжении всего теста.

Хотя Intel указывает в характеристиках стабильность производительности при операциях произвольной записи блоками 4 Кбайт, нам любопытно, как накопитель проявит себя в заведомом более простой задаче. Мы взяли все последовательные операции записи по 8 Мбайт из худшего прогона и определили общий средний и худший показатель производительности за одну секунду.

В худшем сценарии мы получили среднюю скорость 465 Мбайт/с на всём диске. Худшая производительность за секунду составила 92,4% от средней. По сути, было всего два проседания ниже 95% от среднего уровня. Девяносто процентов всех отметок были в пределах 99% от средней производительности. Мы уже довольно долго проводим такие тесты, и это пока лучший результат среди протестированных нами SATA-накопителей.

Взглянув на размер буфера, необходимого для поддержания определённой скорости передачи данных, снова проявляется стабильность.

Если смотреть по среднему значению, SSD DC S3700 требует совсем немного буферной памяти. При превышении среднего уровня, требования к памяти растут в геометрической прогрессии.

Больше всего нам нравится отделять отличные накопители от очень хороших, причём почувствовать потенциал можно лишь углубившись в тесты.

Энергопотребление

Для Intel накопитель SSD DC S3700 – это уникальный продукт. Это первый твердотельный накопитель способный работать с линиями питания +5 В и +12 В. Посмотрев на печатную плату, вы заметите отдельную схему питания. Это даёт Intel больше гибкости в применении этих моделей.

Если у SSD DC S3700 и есть недостаток, особенно для окружений, на которые он рассчитан, то это энергопотребление. В таблице ниже видно, что максимальное среднеквадратичное значение разброса потребляемой мощности составляет 8,2 Вт, а среднее – 5,8 Вт (6 Вт на канале +12 В). Это заметно больше чем у Intel SSD 710 200 Гбайт, показатель которого не превышает 3,5 Вт. По сравнению с SSD 520, ситуация выглядит ещё хуже, поскольку активное энергопотребление у этих накопителей составляет всего 0,85 Вт.

Если умножить дополнительное энергопотребление десятков и больше накопителей, возможно, стоит задуматься о более экономичной стойке с накопителями.

Мы рассмотрели модель на 800 Гбайт и можем подтвердить, что показатели Intel верны. Этот SSD по экономичности ближе к “Хаммеру”, чем к “Приусу”.

Обзор Intel SSD DC S3700 | Переопределяем взгляд на производительность

За четыре года, что прошли с момента выпуска X25-E, компания, похоже, потеряла путь или сам интерес к корпоративного сегменту. Единственное решение, выпущенное лабораторией Intel между X25-E и сегодняшней линейкой, была серия SSD 710, которая никого не впечатлила, и к тому же была слишком дорогой. В SSD DC S3700 Intel исправила множество недостатков SSD 710. В дополнение инженеры Intel помогли пересмотреть способы оценки производительности твердотельных накопителей.

Первое главное исправление связано с полной переделкой контроллера. Новый ASIC 6 Гбит/с – это большой шаг вперёд для Intel. Он не только значительно обходит таковой в SSD 710, но и устанавливает новые стандарты стабильности, невиданные ранее среди SSD с интерфейсом SATA.

Переоценить уровень стабильности скоростей SSD DC S3700 просто невозможно. В каждом тесте, как бы мы не старались, постоянно получались надёжные и повторяемые результаты. За разработку контроллера и реализацию прошивки Intel заслуживает особого признания. Жаль, что мы пока не слышали планы по установке таких контроллеров в настольные SSD. Но мы почти уверены, что в какой-то момент появится пользовательская версия этого семейства.

Ещё одним важным изменением является цена. Стоимость Intel SSD 710 приближалась к уровню накопителей с флеш-памятью типа SLC, особенно если учитывать более низкую выносливость и более высокую задержку. Благодаря использованию памяти HET-MLC 25 нм, стоимость SSD DC S3700 сократилась до $2,35/Гбайт, что уже гораздо лучше, хотя по сравнению с самыми быстрыми настольными SSD по-прежнему слишком дорого. Ресурс записи, характерный для памяти такого типа, за несколько лет не изменился, однако его достаточно для всех задач, даже самых активных в плане записи.

Есть один заметный недостаток: высокое энергопотребление. Это может создать некоторые проблемы в плотно-укомплектованных стойках или интегрированных системах. Вероятно, большинство корпоративных пользователей об этом могут не беспокоиться, ведь такие недостатки более характерны для жёстких дисков, у которых производительность на ватт гораздо ниже, но всё же не стоит об этом забывать.

Нельзя давать рекомендации к данному накопителю, опираясь лишь на список характеристик и цену. Нужно опробовать его в деле и посмотреть, какое влияние он окажет на ваши задачи. Intel SSD DC S3700 помогает переосмыслить методы оценки производительности SSD. В корпоративной среде достаточно много задач, рассчитанных на стабильную производительность, нежели на пиковую скорость (вкупе с заметными проседаниями). Как можно было видеть из тестов потокового видео, такой подход может быть крайне удачным.