OCZ HSDL: новый скоростной интерфейс для твёрдотельных накопителей – THG.RU

Введение

Интерфейса SATA 3 Гбит/с хватило надолго. Даже сегодня механические жёсткие диски просто не дают достаточную пропускную способность, чтобы нагрузить интерфейс 3 Гбит/с. Да и что говорить – даже большинство SSD не могут полностью нагрузить 3 Гбит/с. И сегодня на массовом рынке уже появился новый стандарт SATA 6 Гбит/с, который поддерживается южным мостом AMD SB850. В следующее пару месяцев он также получит поддержку в составе чипсета Intel P67. Впрочем, что касается настольных компьютеров, то новые скоростные интерфейсы не больно и впечатляют.

Но в корпоративном сегменте скорость 6 Гбит/с уже задействована. Более быстрый канал между совместимым RAID-контроллером и оснасткой означает, что вы можете подключать в два раза больше накопителей к каждому порту, прежде чем упрётесь в пределы пропускной способности. Можно просто посчитать. Если один канал 6 Гбит/с способен передавать данные со скоростью до 600 Мбайт/с, то вы можете подключить к экспандеру три или четыре жёстких диска, и при этом производительность не будет упираться в “узкое место”, даже если все накопители будут интенсивно работать. В дни подключений 3 Гбит/с ограничения пропускной способности начинали сказываться намного раньше.

Нажмите на картинку для увеличения.

Конечно, рынок настольных ПК ещё не готов к встрече экспандеров SAS или множителей портов SATA. Даже в мире энтузиастов мы привыкли к тому, что к каждому порту подключается по одному устройству. И с интерфейсом 6 Гбит/с мы вряд ли увидим, как одно устройство будет перегружать один интерфейс.

Зачем же OCZ объявила свой новый интерфейс, нацеленный на то, чтобы обойти нынешние ограничения соединений? Именно этот вопрос мы задали исполнительному директору компании Райану Петерсену (Ryan Petersen).

OCZ объявляет High Speed Data Link

Новые технологии не всегда нацеливаются на массовый рынок. Как правило, они позволяют выпустить топовые решения, а уже их производные в виде более доступных продуктов начинают ориентироваться на энтузиастов. Так произошло и в нашем случае. Высокоскоростной интерфейс отвечает потребностям по более высокой последовательной и случайной пропускной способности ввода/вывода по сравнению с тем, что даёт сегодня SAS. И Райан также отметил, что компания нацеливается на самый высокопроизводительный сегмент рынка – сюда входит всё от суперкомпьютеров до энтузиастов, испытывающих недостаток пропускной способности (и вместе с тем, достаточно богатых).

Нажмите на картинку для увеличения.

Причём до такой степени, что любых покупателей продуктов, от хардкорных энтузиастов до администраторов баз данных Oracle, вряд ли будет вообще интересовать стоимость передовых технологий. Но не нужно думать, что OCZ пытается позиционировать новые решения с High-Speed Data Link как непомерно дорогие накопители. На самом деле, новые SSD с интерфейсом HSDL нацеливаются на определённые ценовые уровни, которые действительно востребованы на рынке.

Конечно, платить $530 за ёмкость 100 Гбайт слишком дорого. Но вы всё же заплатите $800 за 320 Гбайт из двух накопителей X25-M в RAID 0, поэтому $1100 for за 360-Гбайт модель IBIS кажется уже разумной ценой, если производительность будет на правильном уровне. А если вы специально нацеливались на продукцию из мира SAS, которая может конкурировать с HSDL, то в таком случае потребуется ещё и RAID-контроллер, тоже увеличивающий цену. OCZ поставляет все упомянутые накопители с картой-контроллером, необходимой для подключения по интерфейсу HSDL.

Что интересно, накопители IBIS стоят дороже, чем недавно объявленные OCZ RevoDrive с интерфейсом PCI Express. Как гласит официальная позиция компании, накопители RevoDrive нацеливаются на оптимальное соотношение цена/производительность, то есть они должны быть весьма привлекательными для энтузиастов. А IBIS позиционируются на рабочие станции и рынок высокопроизводительных вычислений (HPC). Это подкрепляют и результаты производительности OCZ. Компания заявляет о скорости чтения и записи до 740 Мбайт/с, а также до 120 000 операций ввода/вывода в секунду (IOPS). Честно говоря, впечатляет. Вполне понятно, что подобная производительность превышает возможности одиночных интерфейсов SAS или SATA. И, по информации OCZ, перед нами только первое поколение технологии – в будущем скорости должны быть ещё выше.

Заинтригованы? И мы тоже. Но перед тем как мы огласим результаты тестов, позвольте сначала рассмотреть интерфейс HSDL в деталях.

OCZ High-Speed Data Link

OCZ не прибегла к каким-либо секретным хитростям при разработке интерфейса HSDL. Он построен на доступных стандартах – и OCZ подробно описала, на чём основывается HSDL. Новый интерфейс использует ту же самую схему кодирования 8b/10b, что и PCI Express, SATA, HyperTransport и USB 3.0. А когда на рынок выйдет новая шина PCI Express 3.0, то HSDL сможет перейти даже на схему кодирования 128b/130b, которая у неё используется.

То есть, по большей части, основой интерфейса HSDL является шина PCI Express.

Один канал HSDL состоит из четырёх линий PCIe, объединённых вместе, что даёт предсказуемую масштабируемость. На данный момент компания предлагает SSD IBIS с одноканальными картами-адаптерами, которые (как и можно было ожидать) устанавливаются в слот PCIe x4 материнской платы. В будущем у компании есть планы по выпуску двухканальных карт, которые будут устанавливаться в слот PCIe x8.

Нажмите на картинку для увеличения.

Посчитать несложно. В слоте PCI Express x4 второго поколения HSDL получает пропускную способность до 2000 Мбайт/с. В слоте x8 двухканальная карта может использовать до 4000 Мбайт/с. Конечно, двухканальная карта, судя по планам OCZ, будет также использовать четыре порта, что ограничивает одновременную пропускную способность до примерно 1 Гбайт/с на накопитель (впрочем, это всё равно больше, чем может дать один накопитель первого поколения).

Между контроллером и накопителем OCZ использует кабель с разъёмами 4x SFF-8087. Конечно, несколько забавно видеть использование разъёмов SAS, чтобы обойти по производительности интерфейс SAS, но OCZ утверждает, что такой разъём как раз даёт необходимое количество пар LVDS, которые требуются для HSDL. Каждый разъём использует четыре двунаправленных пары, что соответствует четырём связанным линиям PCIe.

Нажмите на картинку для увеличения.

Чудеса происходят на каждом конце кабельного соединения, где логический чип отвечает за буферизацию и формирование сигналов. В случае двухканального контроллера, подключённого к одному накопителю, этот логический чип также мультиплексирует сигнал, чтобы создать один очень широкий интерфейс “PCIe x8”. Если вам нужно больше технических подробностей, то OCZ использует логический слой PCIe над физическим слоем собственной реализации. Что касается накопителя, то там специальный чип преобразует SATA в сигнал типа PCIe (Петерсен указал, что сигнал не является точным аналогом PCIe), который превращается в последовательную форму и вновь буферизуется перед отсылкой наружу.

Нажмите на картинку для увеличения.

На стороне контроллера другой чип обеспечивает преобразование протокола, чтобы превратить физический уровень в PCIe системы. Если производитель материнской платы пожелает интегрировать поддержку HSDL, то ему потребуется разъём SAS и чип преобразования, который присутствует на контроллере OCZ – всё остальное выполняется на стороне накопителя. По словам Петерсена, “цель заключается в том, чтобы производители материнских плат могли интегрировать HSDL по цене пять долларов. Если они не смогут выполнить интеграцию по цене дешевле $5, то наш продукт вряд ли можно назвать удачным”.

Используя данную архитектуру, OCZ планирует получить 500 Мбайт/с по паре LVDS, и ещё больше в будущем. Конечно, даже в первой реализации технологии интерфейс HSDL уже кажется чрезмерно мощным – производительность современных контроллеров и флэш-памяти NAND недостаточно высокая, чтобы нагрузить один канал интерфейса HDSL на 2 Гбайт/с с четырьмя парами. Впрочем, по утверждению Петерсена из OCZ, в ближайшем будущем ситуация изменится. С учётом всего сказанного, компания предполагает, что нынешнего одноканального контроллера хватит для производительности IBIS SSD первого и второго поколений.

Когда на рынке появится третье поколение, то потребуется уже большая пропускная способность (по крайней мере, таковы прогнозы компании). И тогда OCZ планирует выпустить отдельные трансиверы PCIe 3.0 и чипы кодирования (которые, на самом деле, доступны уже сегодня) со схемой кодирования 128b/130b, чтобы ещё больше увеличить пропускную способность. Сегодня она попросту не нужна, учитывая существующие технологии накопителей.

IBIS SSD

В целом же, интерфейс – только одна сторона медали. Другая сторона – это HSDL-совместимый накопитель.

Технология, которая находится в основе HSDL, совершенно прозрачна для энтузиастов или администраторов, которые будут её задействовать. Просто установите карту с контроллером, подсоедините кабель с разъёмом SFF-8087 к 3,5″ накопителю, подсоедините к нему кабель питания SATA, установите драйверы Silicon Image – и на этом всё.

Нажмите на картинку для увеличения.

Но мы не смогли устоять и разобрали накопитель.

Внутри IBIS мы обнаружили три платы. Первая: плата контроллера с разъёмами питания и SAS, 3-Гбит/с чипом Silicon Image SiI3124 PCI-X-на-четыре-порта-SATA, которая вставляется во внутреннюю оснастку. Две другие платы заполнены 34-нм чипами MLC NAND от Intel вместе с парой контроллеров SandForce SF-1200 на каждой. Каждый из них в BIOS контроллера Silicon Image выглядит как 55-Гбайт накопитель.

Нажмите на картинку для увеличения.

В принципе, IBIS можно представить как RevoDrive X2, который SandForce показала на IDF 2010. Только вместо установки в слот PCI Express x4, IBIS подключается к карте-контроллеру, которая устанавливается в слот PCI Express x4 – и связывается с картой по интерфейсу, не ограничивающему накопитель по пропускной способности. Но архитектурно оба продукта очень близки.

Нажмите на картинку для увеличения.

Конечно, IBIS является загрузочным, и хотя дистрибутив Windows 7 не содержит драйвер для контроллера Silicon Image, но добавление этого драйвера в процессе установки Windows 7 позволяет ОС “увидеть” SSD и установиться на этот накопитель. Хотя ёмкость чипов NAND составляет 256 Гбайт, а OCZ для нашего образца указывает 240 Гбайт, вы получите на самом деле 223 Гбайт полезной ёмкости. Это является результатом 1) преобразования двоичной системы в десятичную и 2) перестраховки со стороны OCZ.

Нажмите на картинку для увеличения.

Образец OCZ, высланный нам, содержит 128 Гбайт флэш-памяти на каждой плате (256 Гбайт в сумме), хотя для накопителя указана ёмкость 240 Гбайт. Как вы догадываетесь, внутри 240-Гбайт накопителя работает массив из 128-Гбайт плат. Технически перед нами не чистый массив RAID 0; OCZ использует коммутацию Frame Information Structure (FIS), которая позволяет контроллеру Silicon Image работать со всеми четырьмя контроллерами SandForce одновременно, обеспечивая совокупную пропускную способность. Как можно предположить, модели с меньшей ёмкостью не используют столько же каналов на плату, то есть производительность у них должна отставать от моделей на 240-960 Гбайт. Спецификации OCZ указывают на максимальную скорость последовательного чтения до 740 Мбайт/с и записи до 690 Мбайт/с, а также до 100 000 операций ввода/вывода в секунду у моделей на 100 и 160 Гбайт.

OCZ также планирует продавать отдельную карту RAID, которая позволит чередовать физические накопители – данной плате потребуется ещё один логический чип, чтобы выполнять мультиплексирование/демультиплексирование каналов накопителей. Компания прекрасно знает о том, что для широкого распространения необходимо поддержать некоторые функции, и над ними OCZ как раз сегодня работает. Среди этих функций можно упомянуть поддержку RAID, а также и совместимость со S.M.A.R.T.

Накопители IBIS сегодня не поддерживают TRIM в каком-либо виде. OCZ заявляет, что в будущем ситуация может измениться, но на данный момент поддержки TRIM нет. OCZ также не упоминает о “сборке мусора” в режиме бездействия, хотя, судя по нашему опыту с предыдущими продуктами на контроллерах SandForce, с этим могут возникнуть проблемы. Если мы обнаружим падение производительности на протяжении продолжительного периода использования, то обновим статью. Обновление: мы обсудили этот пункт с OCZ, и, по всей видимости, контроллеры SandForce самостоятельно выполняют “сборку мусора”, эта технология входит в комплект DuraClass. Таким образом, накопитель должен поддерживать производительность на высоком уровне.

Нажмите на картинку для увеличения.

Также следует удостовериться в том, что вы будете использовать IBIS в системе с достаточной пропускной способностью на системной уровне. Например, использование подобного накопителя в платформе на Intel P55 уже приведёт к тому, что дискретная видеокарта “убьёт” его производительность (спасибо за это разработчикам чипсета Intel). Вам определённо потребуется настольная платформа на X58 или 890FX, или что-то типа 5520, если брать рабочие станции. Впрочем, если уж вы решили использовать подобный накопитель, то вряд ли станете экономить на системных компонентах.

Будущее IBIS

Во время наших обсуждений накопителей IBIS с Райаном Петерсеном из OCZ, мы получили некоторую информацию о планах компании на будущее. Архитектура в нынешних накопителях способна выдать до 120 000 операций ввода/вывода в секунду, но OCZ через три месяца планирует выпустить новую версию, которая удвоит этот показатель. Она приблизится к пределу первой реализации HSDL, после чего потребуется дальнейшее увеличение пропускной способности интерфейса. И в таком случае нынешние модели будут позиционированы на менее дорогой сегмент рынка (как в случае Nvidia G92, например), а новое поколение займёт их место на топовом сегменте.

Тестовая конфигурация

Тесты и настройки

Результаты тестов

Хотя накопитель IBIS обходит один X25-M и пару в RAID 0 в каждом тесте, производительность в сценарии Media Center Performance (медиа-центр) показывает, насколько сильно накопитель с интерфейсом PCIe может обогнать обычные SSD с интерфейсами SATA.

Хотя мы не получили максимальных уровней производительности, заявленных OCZ, в наших тестах, приближённых к реалистичным сценариям, вполне понятно, что накопитель IBIS с интерфейсом HSDL обеспечивают значительный прирост производительности.

Производительность ввода/вывода

Эта диаграмма наверняка обрадует администраторов СУБД. Наша рабочая нагрузка содержит очереди с глубиной 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64, и с каждым шагом производительность возрастала, достигнув почти 55 000 операций ввода/вывода в секунду. Но средний результат 43 554 IOPS всё равно впечатляет, поскольку он легко обходит накопитель Fusion-io ioDrive, который мы не так давно рассматривали.

Потоковое чтение и запись

Наши тесты потокового чтения показывают, что накопитель IBIS способен выдавать даже больше 740 Мбайт/с, завяленных OCZ. Результаты соответствуют продуктам ioDrive и ioXtreme Pro, которые мы протестировали раньше.

Скорость записи падает, что и можно было предположить, но не так сильно, как у Intel X25-M – даже в RAID 0. Опять же, эти результаты очень близки к некоторым самым быстрым SSD с интерфейсом PCIe, которые мы протестировали раньше.

Производительность чтения и записи блоков по 4 кбайт

Хотя, как видим, производительность чтения блоков по 4 кбайт у накопителя OCZ очень близка к таким продуктам, как ioDrive, производительность записи блоков по 4 кбайт оказалась просто беспрецедентной. Мы вполне ожидали, что производительность накопителей Intel X25-M здесь существенно снизится, но мы впервые наблюдаем производительность ввода/вывода больше 100 000 операций в секунду в данном сценарии.

Заключение

Интерфейс OCZ HSDL

Накопитель OCZ IBIS весьма любопытен, но не на нём фокусируется наша статья. Всё же более интересным является интерфейс High-Speed Data Link, который теоретически способен выдавать пропускную способность до 2 Гбайт/с по шине, очень похожей на PCI Express.

К сожалению (или к счастью, смотря как посмотреть), даже 3,5″ накопитель с четырьмя контроллерами SandForce SF-1200 и 240 Гбайт памяти Intel NAND не смог максимально нагрузить этот интерфейс. Вне всякого сомнения, нам следует ждать таинственного следующего поколения накопителей OCZ IBIS, о котором упомянул Райан Петерсен.

Нажмите на картинку для увеличения.

С учётом всего сказанного, нас ждёт интересная эволюция. Один канал HSDL и накопитель первого поколения уже превосходят возможности одного интерфейса SAS по пропускной способности. А OCZ упоминает мультиплексирование каналов, чтобы дать ещё более высокую пропускную способность. В случае SAS вы такого сделать не сможете. Интерфейс SAS хорош для того, чтобы задействовать четыре порта, подключить их к промежуточной оснастке, а уже к ней подсоединить 20 накопителей. Но, в конечном итоге, всё решает производительность, и вы не можете взять те же самые четыре канала SAS и подключить их к одному накопителю. И даже если бы такая возможность существовала, то мы до сих пор не видели ни одного накопителя SAS, который бы смог упереться в предел 600 Мбайт/с интерфейса – а это намного меньше, чем вы получите в случае накопителя OCZ.

Может показаться преждевременным говорить о двухканальной карте PCIe x8, которая сможет работать с пропускной способностью до 4 Гбайт/с. Но если взять карту с четырьмя портами, то мозг просто вскипает от возможностей, которые появляются с четвёркой накопителей IBIS в серверах с большим количеством выполняемых транзакций. Конечно я, будучи энтузиастом, вряд ли захочу потратить больше $1000 за ёмкость 360 Гбайт. Но не будем забывать, что существует большое количество сценариев на корпоративном рынке, где основным критерием является производительность, а ёмкость и затраты вторичны.

IBIS SSD

Итак, мы знаем, что представляет собой интерфейс HSDL в своей нынешней форме, а также знакомы с потенциалом роста. Но что можно сказать про IBIS, накопители первого поколения, которые разработаны с учётом скоростного интерфейса HSDL? Что ж, на данный момент многие накопители IBIS просто слишком дорогие. Как указывает компания, в данном случае OCZ не ставит на оптимальное соотношение производительности за свои деньги – для этого есть линейка RevoDrive. В случае IBIS вы платите за продукт, который обеспечивает больше 100 000 операций ввода/вывода в секунду, а также пропускную способность потокового чтения/записи намного выше, чем может дать порт SAS. OCZ утверждает, что энтузиасты тоже могут заинтересоваться новыми продуктами IBIS, но мы не видим причин, по которым опытные пользователи предпочтут выбрать новый продукт – разве что для рабочих сценариев, ограничивающихся пропускной способностью ввода/вывода. Всё же целевыми рынками для новых продуктов являются web-серверы, файловые серверы, СУБД и серверы электронной почты.

Если OCZ сможет наладить партнёрские отношения с производителем программного обеспечения для подсистем хранения данных и создать пакет кэширования, близкий по функциям к Adaptec MaxIQ или Intel SSD Cache, то мы получим очень мощное решение для увеличения производительности приложений – своего рода миниатюрный GridIron TurboCharger.

Сегодня накопители IBIS кажутся наиболее подходящими для корпоративного рынка, но основные опасения вызывает то, что у них наблюдается определённый дефицит функций, которые мы привыкли видеть в подобных решениях для бизнес-сегмента, например, отсутствие резервного аккумулятора для предотвращения потери данных в случае сбоя питания. Накопители OCZ Vertex 2 Pro на основе SF-1500 используют конденсатор, который работает в качестве резервной батареи и позволяет SSD завершить оставшиеся операции до потери питания. Но вы не получите подобной функции у продуктов на основе SF-1200, таких как IBIS. Это тоже следует учитывать при принятии решений в ИТ-отделе, который часто очень консервативно относится к переходу на новые технологии. Не хватает нам и функции TRIM, и ещё неясно, как её отсутствие повлияет на производительность при продолжительной работе накопителя.

В любом случае, IBIS – это первое поколение накопителей OCZ, и в будущем, будем надеяться, мы получим более широкий ассортимент SSD на основе интерфейса HSDL. Сегодня они работают невероятно быстро, а компания уже обсуждает грядущие версии, которые смогут более существенно нагрузить пропускную способность интерфейса. SSD на основе PCIe, конечно, неплохи, но реализация высокопроизводительных накопителей с интерфейсом HSDL кажется нам намного более гибкой. Собственно, в этом и заключалась цель разработки этой технологии. Четыре супербыстрых накопителя с интерфейсом HSDL, подключённые к карте PCI Express, кажутся нам намного более уместными в сервере, чем четыре накопителя, каждый из которых будет занимать свой слот PCIe.