Расширяем возможности Intel Optane: тестирование производительности в RAID-массиве – THG.RU

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Введение

Поставки памяти Intel Optane уже начались, но многие всё ещё не могут принять саму идею кэширования в высокопроизводительном компьютере или высокие системные требования. Память Optane обеспечивает производительность на уровне SSD в случае, если вы используете её совместно с жёстким диском, а в некоторых задачах она быстрее бюджетных моделей SSD. Однако некоторым просто хочется иметь самую быструю из возможных систем хранения, и кэширование для них не лучший вариант. Сегодня мы разберём одну из альтернатив: мы объединили три модуля Optane в RAID-массив уровня 0, чтобы создать большой том, на который можно установить операционную систему и несколько программ.

Мы прочитали комментарии к нашей первой статье о тестировании памяти Intel Optane. Очевидно, что даже само название этого изделия приводит к путанице. “Память” Optane — это на самом деле накопитель. Недопонимание возникает тогда, когда вы узнаёте, что в семействе Optane существует два потребительских кэширующих устройства и ориентированная на профессиональное использование карта расширения SSD, а вся связанная с ними терминология описывает построение массива памяти Optane на чипсете 200-й серии.

Для этой статьи мы не стали создавать кэширующий массив, способный предварительно загружать на высокоскоростные устройства наиболее востребованные данные. Мы просто используем совместно три устройства Optane без какого-либо специального ПО и прогоняем через них нагрузку методом “грубой силы”.

Вся сила этой конфигурации физически сосредоточена в чипах 3D XPoint. Обобщая комментарии к нашей первой статье, можно сказать, что кэширующий продукт лишь немногим быстрее высокопроизводительного SSD. В принципе, это так, но это создаёт искажённое представление об Optane. Накопители Optane ёмкостью 32 и 16 Гбайт используют либо один, либо два канала. Подозреваем, что это одноканальное устройство, хотя в Intel не подтверждают, но и не отрицают предполагаемые характеристики контроллера. Если придерживаться нашей теории, то этот одноканальный контроллер от Intel с лёгкостью опережает ваш восьмиканальный SSD на базе NAND. Со временем мы познакомимся и с другими возможностями Optane, но на сегодняшней момент можно считать его абсолютно новым классом памяти.

Возможно, сейчас это не очевидно, но скоро у Intel появится преимущество на рынке SSD. В течение последних нескольких лет все производители SSD играли в догонялки с Samsung. На сегодняшний день у Samsung самая совершенная флеш-память NAND, и её превосходство настолько высоко, что NAND типа TLC нередко опережает MLC NAND конкурентов. 3D NAND от Samsung — это как университетская сборная по футболу, играющая со старшеклассниками. Если продолжать эту аналогию, то Intel Optane — это национальная футбольная лига.

Нам кажется, что Optane ждёт большое будущее. На стоит забывать, что когда на рынке появились первые потребительские SSD на основе памяти SLC, они были медленнее современной SD-флешки. Со временем Optane станет быстрее, больше по объёму и дешевле. Мы хотим, чтобы Intel запустила её в серийное производство, сделала её дешёвой, а затем предложила устройства с высочайшей производительностью по доступной цене. Если вы думаете, что это случится совсем скоро, тогда вы не знаете Intel. Не ищите в обозримом будущем дешёвых потребительских SSD на памяти Optane, но RAID-массив позволит вам поиграть с такой системой, если вы не боитесь пойти на определённый риск.

Для повышения производительности в современных SSD используется что-то вроде внутреннего RAID-массива. Один кристалл NAND действительно быстр, но чтобы добиться того уровня производительности, который ассоциируется у нас с SSD, нужно использовать несколько кристаллов, работающих совместно. Чем больше ёмкость, тем больше вероятность достижения предела параллельных транзакций. У этого есть как положительная, так и отрицательная сторона. По прошествии времени ёмкость кристалла NAND повысилась, а количество физических чипов в SSD уменьшилось. Вот почему многие современные SSD медленнее старых моделей того же объёма. Optane полностью меняет правила игры. Пока Intel не выпустила ни одного доступного SSD Optane потребительского класса, поэтому мы намерены собрать такой накопитель на той аппаратной и программной основе, какую вы можете купить прямо сейчас.

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Технические характеристики

RAID-массивы поддерживаются не всяким чипсетом от Intel. RAID на шине PCI Express оказывается ещё более эксклюзивным вариантом, поскольку для него необходимы линии PCIe, подключённые непосредственно к PCH. Чтобы задействовать эту функцию, вам потребуется чипсет 100-й или 200-й серии, поддерживающий технологию Rapid Storage (RST). Требования здесь не так строги, как в случае с использованием Optane для кэширования (процессор Core 7-й серии и чипсет 200-й серии), но планка всё ещё очень высока.

Для создания RAID-массива уровня 0 из трёх накопителей мы использовали материнскую плату Asrock Z170 Extreme7+. На этой плате установлены три слота M.2 с разъёмами PCI Express 3.0 x4, и все эти слоты подключены к PCH для поддержки RST. Существует всего несколько системных плат с тремя слотами M.2, есть также платы с двумя слотами M.2 и слотом PCI Express с подключением к PCH.

Вы не сможете загрузиться с настоящего программного RAID-массива, построенного с помощью Microsoft Storage Spaces, зато есть возможность загрузиться с массива RAID 0 с использованием технологии Rapid Storage. Такой массив даёт порядка 82 Гбайт доступной ёмкости или примерно вдвое больше, чем требуется для установки Window 10 Pro со всеми обновлениями и пакетом Office. Места не так уж много, но в данной ситуации мы предпочитаем качество количеству.

NVMe SSD на основе памяти Optane достигают меньшей пиковой пропускной способности, чем некоторые SSD, но это всё, в чём они уступают. Память Optane быстрее NAND на низкой глубине очереди. В своё время кого-то впечатлили первоначальные утверждения Intel, что новый носитель в 100 раз быстрее, чем NAND, но реальная производительность на уровне устройства ближе к 10-кратному превосходству. Мы не достигли даже этой отметки с Optane в официально поддерживаемом режиме кэширования. Если вы когда-либо читали наши обзоры SSD, то вы знаете, что мы тестировали продукты с разницей от 10 до 20% между лучшими моделями и изделиями среднего уровня. Превосходство Optane в вашем десктопе может и не быть в полной мере десятикратным, но эта память намного быстрее всего, что мы тестировали раньше (без потерь всех данных при перезагрузке).

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Цена, гарантия и надёжность

Цены на память Intel Optane не изменились со времени нашего первого обзора. Накопители ёмкостью 16 Гбайт всё так же продаются в розницу за $45-50, а объединение небольших приводов не даст достаточно ёмкости для хранения. Если вы хотите построить Optane RAID, мы рекомендуем использовать 32-гигабайтные модификации. Цены на эти модули колеблются между $75 и $80, в зависимости от продавца.

32-гигабайтные Optane появились в продаже позже, чем модель меньшей ёмкости. И на Newegg, и на Amazon сейчас есть Optane на 32 Гбайта, и в Intel ничего не говорят о дефиците этой памяти. В Newegg ограничивают количество накопителей в одном заказе, поэтому чтобы купить три штуки, придётся разместить отдельные заказы. В Amazon нет такого ограничения, но там постоянно заканчиваются накопители в наличии.

Intel обеспечивает SSD Optane 5-летней ограниченной гарантией с лимитом записи данных в 182,5 Тбайта.

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Внешний вид и конструкция

Модули памяти Optane выпускаются в одностороннем форм-факторе промышленного стандарта M.2 2280. Память 3D XPoint достаточно быстра, чтобы обеспечивать высокую скорость чтения и записи на один и тот же кристалл (и, напомним, без какого-либо DRAM-буфера). Загадочный контроллер меньше большинства контроллеров для SSD на памяти NAND и, очевидно, что он был разработан специально для Optane.

Для этого теста мы установили на плату Asrock Z170 Extreme7+ три 32-гигабайтных модуля Optane M.2 в массиве RAID 0.

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Intel Rapid Storage Technology RAID

Мы тестировали RAID Optane как вторичный том. Это позволило измерить производительность без дополнительных настроек операционной системы или программного обеспечения. После установки Windows мы использовали интерфейс Intel Rapid Storage Technology для создания трёхдискового RAID-массива уровня 0. После первого раунда тестов мы удалили все данные и установили на этот массив Windows 10 Pro для запуска бенчмарка BAPCo SYSmark 2014 SE.

Возникает искушение изменить политику кэширования, но мы не советуем этого делать. Включение обратной и сквозной записи приводило к зависанию системы при тяжелой нагрузке. Вариант “только чтение” мы не проверяли. Из всех трёх использованных нами настроек, наилучшие результаты и самую высокую стабильность системы давал пункт “off”.

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Продукты для сравнения

Для сравнения с нашим RAID-массивом Optane мы выбрали несколько самых быстрых потребительских и профессиональных NVMe SSD. К сожалению, у нас не оказалось ни одного парного NVMe SSD, чтобы проверить их производительность в RAID. Все эти продукты показали бы повышенную скорость при последовательном доступе в RAID-массиве, но на самом деле нам нужна повышенная производительность в случайном доступе не повышенной глубине очереди (QD), поскольку от неё напрямую зависят реальные впечатления пользователя. SSD в RAID 0 на Intel PCH не слишком повышает произвольную производительность на низких глубинах очереди. Мы строим RAID 0, чтобы увеличить доступную ёмкость хранения, а не для повышения производительности.

Intel PCH имеет строгое ограничение по пропускной способности по направлению к процессору. Микросхема PCH связана с процессором по шине PCI Express, однако общую пропускную способность между собой делят несколько устройств. Мы зафиксировали скорость до 3500 Мбайт/с от наших трёх накопителей M.2, и похоже, что это максимум, доступный без подключения к PCH других устройств по шинам USB, SATA и т.п., занимающих значительную часть полосы пропускания.

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Результаты тестирования

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Четырёхстороннее тестирование производительности

Дополнительную информацию по тестированию накопителей можно найти в статье “Как мы тестируем HDD и SSD”. Там же – см. раздел “Тестирование по четырём направлениям”.

Последовательное чтение

Скорость последовательного чтения блоками 128 Кбайт, Мбайт/с (больше – лучше)

Скорость последовательного чтения блоками 128 Кбайт, глубина очереди=2, Мбайт/с (больше – лучше)

Optane RAID c самого начала занимает всю доступную пропускную способность шины PCH: массив обеспечивает впечатляющие 3500 Мбайт/с последовательного чтения с глубины очереди QD1 до 128!

Последовательная запись

Скорость последовательной записи блоками 128 Кбайт, Мбайт/с (больше – лучше)

Скорость последовательной записи блоками 128 Кбайт, глубина очереди = 2, Мбайт/с (больше – лучше)

В Intel ограничили производительность последовательной записи памяти Optane всего 290 Мбайтами в секунду. Эти накопители создавались для ускорения произвольной производительности, а ограничение скорости последовательной записи позволяет отсрочить момент полного износа ячеек. Недавно мы довели Intel 600p до предела износостойкости, после чего накопитель перешёл в режим “только чтение”, чтобы избежать потерю или повреждение записанных на него данных. Подозреваем, что то же самое произойдёт и с Optane SSD по достижении или в районе установленного лимита в 182,5 Тбайта.

Произвольное чтение

Произвольное чтение, IOPS (больше – лучше)

Произвольное чтение, низкая глубина очереди, IOPS (больше – лучше)

Произвольное чтение, высокая глубина очереди, IOPS (больше – лучше)

Мы собрались, чтобы увидеть, какова производительность нашего массива в произвольном чтении на низкой глубине очереди и при смешанной нагрузке. Эти два режима напрямую связаны с производительностью в приложениях и в многозадачности. На глубине очереди QD1 и QD2 массив Optane RAID 0 обеспечивает примерно втрое лучшую производительность, чем NVMe SSD на основе NAND. Это соответствует той производительности, которую показывает одиночный Optane SSD, работающий в режиме кэширования, когда алгоритмы располагают все данные на нём. К сожалению, технологии кэширования позволяют разместить на этом накопители только часть данных, а в нашем массиве гарантируется, что все данные будут поступать напрямую с Optane SSD.

Произвольная запись

Произвольная запись, IOPS (больше – лучше)

Произвольная запись, низкая глубина очереди, IOPS (больше – лучше)

Произвольная запись, высокая глубина очереди, IOPS (больше – лучше)

В Intel урезали производительность произвольной записи памяти Optane, и это вредит скорости нашего массива. Лучшее, что мы могли получить на глубине очереди QD1, это около 30000 IOPS. Столько же даёт хороший потребительский SSD на базе MLC с интерфейсом SATA. Вопрос в том, достаточно ли таких показателей, чтобы добиться высокого уровня производительности? При произвольной записи данные поступают на дисковую систему пакетами, поэтому хотелось бы увидеть более низкую латентность. Впрочем, полученный результат довольно обманчив: 30000 IOPS на QD1 — это всё-таки очень быстро.

Смешанные нагрузки – 80% последовательного чтения

Смешанные последовательные операции (80% чтения, 20% записи) блоками 128 Кбайт, Мбайт/с (больше – лучше)

Optane лидирует в тестах со смешанными нагрузками на низкой глубине очереди — совсем как SLС NAND несколько лет назад. Массив Optane почти вдвое быстрее ближайшего по скорости NVMe SSD на QD2.

Смешанные нагрузки – 80% произвольного чтения

Смешанные произвольные операции (80% чтения, 20% записи) блоками 4 Кбайт, IOPS (больше – лучше)

Те же результаты мы видим и в тестах со смешанной произвольной нагрузкой. Память Optane — это просто другой уровень. Устройства на основе NAND могут достигать более высокой пиковой производительности в этом и во многих других тестах, но для них необходима более высокая глубина очереди. Большинство пользователей просто никогда не столкнётся с этим типом нагрузки, поскольку накопители слишком быстры, чтобы допустить такое. В реальном мире у вас не получится накопить столько команд, поскольку SSD выполняет запросы на данные очень быстро. Вы не сможете столь быстро кликать по приложениям, чтобы организовать достаточно тяжёлую нагрузку для высокой глубины очереди.

Скорость последовательных операций в устойчивом состоянии

Смешанные задачи: последовательные операции в устойчивом состоянии, Мбайт/с (больше – лучше)

Смешанные задачи: последовательные операции в устойчивом состоянии, чтение 80%, Мбайт/с (больше – лучше)

Смешанные задачи: последовательные операции в устойчивом состоянии, чтение 70%, Мбайт/с (больше – лучше)

На память 3D Xpoint не распространяются ограничения NAND, поэтому производительность записи не падает из-за фоновых задач, создаваемых грязными ячейками.

Скорость произвольных операций в устойчивом состоянии

4 Кбайт, устойчивое состояние, предварительная подготовка, IOPS (больше – лучше)

4 Кбайт, устойчивое состояние, IOPS (больше – лучше)

“Какие ещё устойчивые состояния?” — спрашивает нас Optane. Optane просто смеётся над NAND с её производительность, причём стабильность также впечатляет. Optane просто создана для RAID.

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Тестирование в реальных приложениях PCMark 8

Время обслуживания

WoW, время обслуживания (меньше – лучше)

Battlefield 3, время обслуживания (меньше – лучше)

Adobe Photoshop, лёгкая нагрузка, время обслуживания (меньше – лучше)

Adobe Photoshop, тяжёлая нагрузка, время обслуживания (меньше – лучше)

Adobe InDesign, время обслуживания (меньше – лучше)

Adobe After Effects, время обслуживания (меньше – лучше)

Adobe Illustrator, время обслуживания (меньше – лучше)

Microsoft Word, время обслуживания (меньше – лучше)

Microsoft Excel, время обслуживания (меньше – лучше)

Microsoft PowerPoint, время обслуживания (меньше – лучше)

Optane RAID опережает всех конкурентов во всех тестах, не подразумевающих тяжёлую нагрузку в режиме записи, но отрыв по производительности не выглядит внушительным. В Microsoft могли бы помочь этой технологии, дав нам дружественную к флеш-памяти файловую систему.

Совокупная скорость накопителя

Совокупная скорость накопителя, Мбайт/с (больше – лучше)

В этом тесте память Optane почти на 300 Мбайт/с опережает ближайшего конкурента, если усреднять результаты по пропускной способности.

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | PCMark 8 – расширенные тесты

Пропускная способность

Общая пропускная способность в зависимости от состояния диска, Мбайт/с (больше – лучше)

Пропускная способность в тяжёлых задачах, Мбайт/с (больше – лучше)

Пропускная способность в умеренных задачах, Мбайт/с (больше – лучше)

Память Optane обеспечивает недостижимую пропускную способность, к которой не могут приблизиться обычные SSD на основе NAND. До появления Optane можно было бы копаться в нюансах производительности разных NAND SSD, однако наши графики лишний раз подтверждают то, что мы говорили о 3D Xpoint: она относит всю NAND к одной категории.

Общее время доступа

Общее время доступа, секунды (меньше – лучше)

Время доступа в тяжёлых задачах, секунды (меньше — лучше)

Время доступа в умеренных задачах, секунды (меньше — лучше)

Optane продемонстрировала некоторую конкурентоспособность в тестах на время обслуживания и доступа. Intel SSD 750 всё ещё показывает впечатляющую производительность в этих тестах, но если говорить о стабильности, то Optane — это безусловный победитель.

Время занятости накопителя

Время занятости, секунды (меньше – лучше)

Массив Optane RAID 0 едва замечает пользовательскую нагрузку. Энергопотребление вряд ли имеет существенное значение для десктопа с тремя Optane SSD. Накопители способны выполнить задачу и очень быстро вернуться в режим низкого энергопотребления.

Тестирование Intel Optane в RAID-массиве | Заключение

Мы вовсе не ждём, что все немедленно бросятся в магазины, чтобы купить два или три Optane SSD для постройки RAID-массива. Для большинства из нас это игра в ожидание. Со временем Intel представит высокопроизводительный SSD-накопитель на базе Optane, который не будет стоить $1500. На нескольких веб-сайтах сообщалось, что, возможно, он получит название 900P. SSD-накопитель 900-й серии будет как раз кстати в связи с появлением линейки процессоров семейства Core i9, и, возможно, в нём будет реализована конфигурация, похожая на DC P4800X. В Intel SSD серии 750 использовалось то же “железо”, что и в DC P3x00, так что для них не в новинку выводить устройства корпоративного класса на потребительский рынок. Если эти сообщения верны, то потребительский SSD Optane 900P будет поставляться с большим числом вариантов ёмкости, чем SSD 750. Тем самым больше пользователей получит доступ к недорогой технологии 3D Xpoint.

Если вы не желаете дожидаться выхода неподтверждённого продукта с неизвестной датой выпуска, то реальной альтернативой может стать создание RAID-массива уровня 0 — если у вас уже есть материнская плата с подходящими функциями. Наша плата Asrock Z170 Extreme7+ с тремя слотами M.2 позволила объединить модули Optane в RAID. Большинство плат поддерживают установку только двух устройств M.2 в соответствующие слоты, но на многие из них также можно поставить третий накопитель в нижний слот PCI Express, который отправляет сигнал на PCH и позволяет воспользоваться технологией Rapid Storage. Чтобы убедиться в возможности такой конфигурации, нужно проверить спецификации материнской платы и настройки BIOS.

Наш массив на базе Optane получился очень быстрым. Сложно описать словами разницу между ним и NVMе SSD, когда на таком RAID установлена операционная система. Это не совсем тот же скачок производительности, что и при переходе с жёсткого диска на SSD, но система была более отзывчива, чем на высокопроизводительном NVMе SSD на основе NAND последнего поколения. В отличие от перехода с винчестеров на SSD, попробовав Optane в роли загрузочного диска, вы всё ещё сможете жить с обычными SSD. Разница очевидна, но она не заставляет с отвращением смотреть на традиционные SSD. Если вы когда-либо работали с системой на жёстком диске после длительного использования системы на SSD, вы понимаете, о чём речь. Винчестер вызывает раздражение почти постоянно.

В любом случае, наши тесты создают более определённое представление о том, чтo Optane может дать конечным пользователям. Кэширующие SSD преследует клеймо продуктов, провалившихся несколько лет назад. Наши читатели очень ясно дали это понять в комментариях к предыдущей статье. Неудачи прошлого будут вредить Optane даже несмотря на то, что это очень хороший продукт, в котором реализована лучшая технология кэширования на данный момент. Аргументы о завышенный системных требованиях, впрочем, вполне справедливы. Нам очень хотелось бы, чтобы Optane работала с процессорами 6-го поколения и чипсетами 100-й серии. Никто не станет покупать новую материнскую плату и процессор, чтобы использовать память Optane в связке с жёстким диском, если ему хватает производительности и функциональности более старой платформы с SSD-накопителем.

Достоинства:

• Очень высокая производительность
• Выдающиеся впечатления от использования
• Лучше, чем традиционные SSD
• “У вас три модуля Optane”?!

Недостатки:

• Ограниченная ёмкость даже с тремя накопителями
• Повышенная вероятность сбоев
• Недружелюбна к любителям
• Дорого

Вердикт:

RAID — конфигурация не для всех, и вы должны понимать, что вы делаете, перед тем, как приступать. Как и NAND в своё время, память Optane — это будущее, но сперва её должно быть выпущено достаточно много для снижения цен. Объединение небольших накопителей, чтобы получить большой диск, это недорогой способ повысить производительность, но он также усложняет систему. Большинству пользователей лучше дождаться выхода 900P, А для всех остальных, Optane RAID всего лишь на расстоянии нескольких кликов!