Корпоративный SSD DC400 от компании Kingston для центров обработки данных

Требования корпоративных пользователей к системам хранения и обработки информации данных существенно отличаются от простого конечного пользователя. Для корпоративного пользователя важна не столько скорость записи и чтения данных, сколько надежность хранения и постоянный 24-часовой доступ к ним в течение всего времени эксплуатации. Именно поэтому, компании разрабатывают для этого отдельные серии изделий, которые зачастую превышают цены на, казалось бы, аналогичные, модели, но предназначенные для потребительского рынка. Поэтому компания Kingston приступила к выпуску специальной серии SSD-накопителей, предназначенных для работы в центрах обработки данных, которая была оптимизирована в первую очередь для нагрузок с интенсивным считыванием данных.

Простота установки, вес и габариты еще не гарантирует того, что SSD можно использовать в корпоративных средах. Убытки от неправильного выбора зачастую могут свести к нулю все выгоды от экономии, так как дешевые накопители SSD, работающие в DataCenter, могут преждевременно выйти из строя из-за избыточного количества операций записи, а их скорость записи значительно снижается в течение ожидаемого срока службы. Все это, в конечном счете, приводит к значительным издержкам в результате преждевременной замены.

Современные SSD-накопители способны обеспечивать высочайшую скорость чтения и записи, как для последовательных, так и для случайных запросов, что требуется в корпоративных средах, где обеспечивается доступ к базам данных одновременно для большого числа клиентов без существенного снижения скорости работы. В случае же персонального использования SSD-накопителя конечным пользователем разница между минимальным и максимальным временем отклика накопителя может быть существенно больше. Поэтому накопители SSD корпоративного класса оптимизированы не только для пиковой производительности в течение первых нескольких секунд доступа, но и используя большую избыточную область, они также гарантируют и повышенную среднюю стабильную производительность в течение длительного времени, что гарантирует постоянство производительности всего корпоративного массива накопителей используемых в центрах обработки информации даже в периоды пиковых нагрузок.

Флеш-памяти NAND, которая используется в SSD-накопителях, присущи некоторые ограничения: двумя самыми важными являются предельный расчетный срок службы и вероятность естественных ошибок. Поэтому в процессе производства каждый кристалл будущего SSD-накопителя тестируется и характеризуется исходной частотой ошибочных битов (BER или RBER). Этот показатель определяет частоту возникновения естественных ошибок без какого-либо вмешательства программной коррекции ошибок. Но есть и такие ошибки, которые невозможно исправить никакими средствами. Поэтому был введен коэффициент неисправляемых битовых ошибок (UBER) как «показатель искажения данных, равный количеству ошибок данных на чтение битов после применения определенного метода коррекции ошибок». В соответствии с предложенным международным комитетом JEDEC показателем UBER для SSD корпоративного уровня ожидается не хуже, чем появление 1 невосстанавливаемой битовой ошибки с частотой 1 битовая ошибка на каждые обработанные 10 квадриллионов бит (~1,11 петабайт), а вот для клиентского уровня, данный показатель снижен в 10 раз. Иными словами, SSD-накопители, предназначенные для работы в тяжелых условиях центров обработки информации, обязаны быть в десять раз надежнее, чем для домашнего пользователя. Для этого компания Kingston использует технологии проверки четности и создания избыточного количества контрольных точек и их циклической проверки.

Помимо этого, для повышения надежности, компания Kingston включает в корпоративные SSD-накопители дополнительную электронику с логикой распознавания отключения питания и защиты от сбоев, а также для контроля входной мощности и обеспечения временного питания на этот случай, чтобы выполнить любые внутренние или внешние остаточные команды записи.

Еще одним важнейшим параметром, который отличает корпоративные SSD-накопители от применяемых для конечного пользователя, является срок службы. Его длительность не столь критична для домашнего компьютера в силу того, что при расчетном времени его эксплуатации по 8 часов в день, современные твердотельные накопители прослужат намного дольше, чем сам ПК в целом. Но вот для эксплуатации в условиях центров обработки данных, которые без какого-либо перерыва трудятся по 24 часа в сутки, данный параметр является критическим, так как существенно влияет на стоимость всей системы. Но мы знаем, что все типы флеш-памяти NAND, применяемых в SSD-накопителях, с течением времени теряют способность надежного хранения данных и, в конце концов достигают состояния, при котором их использование невозможно. Для нейтрализации потерь и продления срока службы используется комплекс мер, но важнейшим все равно остаются постоянный контроль целостности данных и перенос потенциально «мертвых» битов в избыточную область памяти, которая изначально не доступна пользователю. Помимо этого, компании применяют для устройств с большой нагрузкой чипы памяти, основанные на технологии e-MLC, а в ряде случаев и SLC, хотя последнее решение резко увеличивает стоимость хранения данных при заметном снижении общей емкости устройства. Естественно, что применяются и расширенные технологии S.M.A.R.T., которые следят за свободными и занятыми ячейками. В обычных же, клиентских устройствах, эти технологии также применяются, но в более упрощенном виде. Иными словами, основными методами борьбы за увеличение срока службы, являются: надежные и расширенные технологии проверки ячеек памяти на ошибки и резервная емкость накопителя, которая недоступна ни пользователю, ни операционной системы и которая может использоваться как временный буфер записи для повышения производительности, но в основном предназначенная для замены дефектных ячеек в течение ожидаемого срока службы SSD.

Новая серия SSD-накопителей Kingston DC400 обладает лучшими, по сравнению с пользовательскими моделями, характеристиками и рассчитаны на более длительный срок службы в более тяжелых условиях работы. Однако стоит отметить, что Kingston DC400 относятся к начальному классу корпоративных SSD и поэтому в первую очередь предназначены для работы в режиме чтения, а не записи. Одной из важных особенностей новых моделей является возможность по заданию резервной области (overprovision). Согласно данным с сайта Kingston, в корпоративных SSD резервируется до 28% емкости накопителя, в то время как в моделях серии DC400 по умолчанию зарезервировано только 7%, как и в случае потребительских SSD. При необходимости с помощью фирменного приложения Kingston Manager, пользователь может изменить емкость резервной области, тем самым увеличив срок службы SSD и в некоторой степени повысить скоростные показатели записи.

SSD-накопитель Kingston DC400, как и большинство изделий компании, поставляется в пластиковом блистере. На его лицевой стороне, кроме фирменного знака и указания на серию устройства, указана только емкость накопителя и то, что гарантийный срок составляет 5 лет.

На оборотной стороне все выглядит также скромно. Главное, что на ней присутствует — это наклейка, где указан номер изделия и где оно произведено. А вот важные слова о гарантии пользователь увидит только в том случае, если приобретет накопитель и вынет его из упаковки. Никаких инструкций по установке не прилагается, так как SSD ориентирован на корпоративный сегмент рынка и заранее предполагается, что устанавливать его будет тот, кто в этом хорошо разбирается.

Данный накопитель имеет самый распространенный форм-фактор — 2,5 дюйма и толщину около 7 мм, то есть позволяет устанавливать этот SSD в любые современные устройства, вплоть до ультрабуков.

Основные характеристики модели Kingston DC400 480 Гб, по данным производителя:

• интерфейс подключения — SATA 3.0 (6 Гбит/с), обратная совместимость с SATA 2.0 (3 Гбит/с);
• скорость последовательного чтения/записи: 555/535 Мб/с;
• максимальная скорость чтения/записи случайных блоков размером 4 Кб: 99000/90000 IOPS;
• скорость чтения/записи блоков по 4КБ при постоянных нагрузках: 85000/11000 IOPS;
• качество сервиса (задержка) – чтение/запись: < 400 мкс/<4 мс (99,9%);
• функция горячего подключения;
• статическое и динамическое выравнивание износа;
• инструменты SMART корпоративного уровня: отслеживание надежности, сбор информации об интенсивности использования, оценка срока службы, выравнивание износа, мониторинг температуры;
• срок службы: 257 Тб (оценивается как суммарное число записываемых байтов, без существенной потери производительности);
• энергопотребление: при простое/среднее/макс. при чтении/ макс. при записи (Вт): 1,56/1,6/1,8/4,86;
• рабочая температура от: 0 до 70 °C;
• средняя наработка на отказ: 2 млн. часов;
• размер 69,9×100×7 мм;
• вес модели — 92,34 г.

Kingston SSD Manager

Для обновления прошивки SSD, компания Kingston предлагает бесплатную утилиту Kingston SSD Manager, которую можно загрузить с официального сайта. С помощью нее пользователь может просматривать данные SMART, статус SSD, его температуру и различные события, связанные с работой накопителя (подключение/отключение, идентификационные номера и прочая).

Однако самым главной особенностью данной программы является возможность по изменению резервной области накопителя. Важно понимать, что данные действия можно проводить только без наличия форматированных разделов на диске. Кроме того, после изменения объема резервной области следует перезагрузить ОС для корректного применения новых настроек. Следует отметить, что минимальная резервная область в размере 7% всегда остается, в то время как пользователь работает с оставшимся объемом SSD.

Тестирование

Для тестирования SSD-накопителя мы использовали стенд следующей конфигурации:

• процессор — Intel Core i7-4770K;
• материнская плата — Intel DZ87KLT-75K;
• чипсет системной платы — Intel Z87 Express;
• объем памяти — 16 Гбайт (два модуля GEIL DDR3-1600 по 8 Гбайт);
• режим работы памяти — двухканальный;
• системный диск — Intel SSD 520 Series (240 Гбайт);
• операционная система — Windows 7 Ultimate 64 бит.

Дополнительно устанавливался драйвер Intel RST, а тестируемый SSD-накопитель подключался к порту SATA 6 Гбит/с, который был реализован через интегрированный в чипсет контроллер. К еще одному SATA-порту подключался SSD-накопитель Intel SSD 520 Series, на который устанавливались операционная система и все необходимые для тестирования приложения. Для всех SATA-портов задавался режим работы AHCI.

Для тестирования мы  применяли утилиту IOmeter версии 2008.06.18, которая представляет собой очень мощный инструмент для анализа производительности накопителей (как HDD, так и SSD) и фактически является отраслевым стандартом для измерения производительности накопителей.

Чтобы не привязывать результаты тестирования к конкретной файловой системе, тестирование SSD-накопителя с помощью утилиты IOmeter мы проводили без создания на нем логического раздела.

При тестировании исследовалась зависимость скорости выполнения операций последовательного и случайного чтения, а также последовательной и случайной записи от размера блока данных.

Кроме того, анализировалась зависимость производительности накопителя в операциях случайного чтения и записи для блоков размером 4 Кбайт. Размер блока в 4 Кбайт для операций случайного чтения и записи выбран  потому, что он типичен для операционной системы Windows и в операциях случайного чтения и записи наиболее часто встречаются блоки именно такого размера. В связи с этим размер блока в 4 Кбайт для операций случайного чтения и записи при измерении IOPS является своеобразным стандартом де-факто.

SSD-накопители мы также тестировали на наличие эффекта старения, то есть выясняли, как меняется со временем производительность накопителя в операциях случайной записи.

Для определения скорости последовательного чтения, случайного чтения и последовательной записи использовались блоки данных следующих размеров: 512 байт, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 Кбайт, 1, 2, 4, 8, 16 и 32 Мбайт. В этих тестах в настройках IOmeter количество одновременных запросов ввода-вывода (# of Outstanding I/Os) задавалось равным 4, что типично для пользовательских приложений. Анализ зависимости производительности накопителя в операциях случайного чтения и записи от глубины очереди задач проводился с применением блоков размером 4 Кбайт, а количество одновременных запросов ввода-вывода задавалось равным 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 и 256. Отметим, что результаты этого теста особенно важны в случае использования накопителя в сервере, RAID-массиве или NAS-системе. Кроме того, для оценки скорости чтения и записи, на которую может рассчитывать пользователь в реальных условиях эксплуатации, была применена утилита FlashTest 4.0, разработанная в нашей лаборатории. Она использует вызовы функций из библиотеки WinAPI и производит копирование данных точно так же, как это делается стандартными средствами Windows 7 и 8, включая отображение на экране стандартного окна с прогресс-индикатором.

В качестве синтетического теста была использована хорошо известная утилита CrystalDiskMark 5.1.0, которую часто применяют для измерения производительности различных накопителей.

Результаты тестирования

За основу теста на «старение» накопителя SSD был взят специальный пресет, который работал в течение 10 ч. Естественно, что, как и все современные SSD-накопители, данная модель обладает этим неприятным свойством, то есть скорость случайной записи по мере заполнения накопителя снижается. Скорость записи уменьшилась примерно в 5 раз, однако видно, что контроллер имеет продвинутые алгоритмы регенерации. Если сравнивать его результаты с обычным потребительским SSD, то скорость записи даже в такой сложной ситуации у этой модели значительно выше. Это позволяет говорить о том, что Kingston DC400 как никто другой больше подходит для работы в дата-центрах.

На графике представлены три зависимости скорости передачи данных от размера блока в основных операциях: последовательное чтение, последовательная запись и случайное чтение. Последовательные операции, как чтения, так и записи у этой модели очень хорошие. В пике они составляют более 530 Мбайт/с, что соответствует заявленным значениям. А вот в операциях случайного чтения, насыщение происходит не так быстро, однако пиковые скорости также достигаются при максимальном размере блока.

На графике случайной записи можно увидеть различия в скоростях между «новым» и искусственно «состаренным» состояниями накопителя. Явно заметна деградация скорости случайной записи при заполнении буфера на «новом» накопителе. Однако снижение скорости не такое сильное, как это бывает у некоторых бюджетных потребительских SSD. Скорость записи в условиях постоянного стресс-теста подходит к 60 Мбит/с при максимальном размере блока, что, является хорошим показателем для SSD-накопителей. Реальная средняя скорость передачи данных при случайной записи блоками от 512 байт до 1 Мбайт представлена графиком «состаренного» накопителя, который построен на основе результатов, полученных после процесса «старения».

Реальный тест на передачу данных FlashTest 4.0 показывает, что скорость записи у Kingston DC400 соответствует результатам, полученным в бенчмарке IOMeter. Кроме того видно, что по сравнению с обычным SSD, новая модель значительно опережает ее в скорости записи.

Синтетические тесты CrystalMark демонстрируют более высокие результаты, что, впрочем, не удивительно.

Выводы

Компания Kingston, выпустив новую серию SSD-накопителей для корпоративного использования, сделал весомую заявку на то, чтобы информационно-технические службы корпораций всерьез задумались о плановом переходе на твердотельные устройства хранения своих данных. Да и простые пользователи, хранящие у себя дома, на домашних компьютерах, большие объемы критически важной информации заинтересуются новым устройством и если им позволят средства, перенесут свои базы данных на современный и надежный носитель от компании Kingston. Новая модель Kingston DC400 обеспечивает отличную для своего класса производительность. SSD этой линейки предназначены для нагрузок с преимущественным чтением, но при необходимости могут выдержать и кратковременную большую нагрузку на запись. Согласно нашим данным, увеличение резервной области до 30% от емкости SSD, позволяет повысить скорость записи, поэтому такая возможность, скорее всего, будет востребована в корпоративном секторе. На момент написания статьи цена на этот SSD-накопитель еще неизвестна.