Auf Ihre Anfrage hin: Professioneller Test der SSDs Kingston DC500R und DC500M

Sie haben um reale Anwendungsbeispiele unserer Unternehmens-SSDs und professionelle Tests gebeten. Hier präsentieren wir Ihnen eine detaillierte Übersicht unserer SSDs. Kingston DC500R und DC500M von unserem Partner Truesystems. Die Experten von Truesystems haben einen echten Server aufgebaut und realistische Szenarien emuliert, mit denen alle Enterprise-SSDs konfrontiert sind. Lassen Sie uns sehen, was sie herausgefunden haben!

Modellreihe Kingston 2019

Vorerst ein wenig trockene Theorie. Alle Kingston-SSDs können in vier große Gruppen unterteilt werden. Diese Einteilung ist bedingt, da dieselben SSDs sofort in mehrere Familien fallen können.

• SSDs für Systemintegratoren: SATA-SSDs in den Formfaktoren 2,5″, M.2 und mSATA, Kingston UV500, sowie zwei NVMe-Modellvarianten – Kingston A1000 und Kingston KC2000;
• SSDs für Endbenutzer: Dieselben Modelle wie in der vorherigen Gruppe, zusätzlich SATA-SSDs Kingston A400;
• SSDs für Unternehmen: UV500 und KC2000;
• Enterprise-SSDs. Die DC500-Serie, die in diesem Test im Mittelpunkt steht. Die DC500-Serie unterteilt sich in DC500R (bevorzugte Lesegeschwindigkeiten, 0,5 DWPD) und DC500M (gemischte Lasten, 1,3 DWPD).

Im Test bei Truesystems waren die Kingston DC500R mit einer Kapazität von 960 GB und die Kingston DC500M mit 1920 GB Speicher. Lassen Sie uns die Spezifikationen in Erinnerung rufen:

Kingston DC500R

• Kapazität: 480, 960, 1920, 3840 GB
• Formfaktor: 2,5″, Höhe 7 mm
• Schnittstelle: SATA 3.0, 6 Gbit/s
• Angegebene Leistung (für das Modell 960 GB)
• Sequentieller Zugriff: Lesen — 555 MB/s, Schreiben — 525 MB/s
• Zufälliger Zugriff (Block 4 KB): Lesen — 98 000 IOPS, Schreiben — 20 000 IOPS
• QoS-Latenz (Block 4 KB, QD=1, Perzentil 99,9%): Lesen — 500 µs, Schreiben — 2 ms
• Emulierte Sektorgröße: 512 Byte (logisch/physisch)
• Zyklus: 0,5 DWPD
• Garantiezeitraum: 5 Jahre

Kingston DC500M

• Kapazität: 480, 960, 1920, 3840 GB
• Formfaktor: 2,5″, Höhe 7 mm
• Schnittstelle: SATA 3.0, 6 Gbit/s
• Angegebene Leistung (für das Modell 1920 GB)
• Sequentieller Zugriff: Lesen — 555 MB/s, Schreiben — 520 MB/s
• Zufälliger Zugriff (Block 4 KB): Lesen — 98 000 IOPS, Schreiben — 75 000 IOPS
• QoS-Latenz (Block 4 KB, QD=1, Perzentil 99,9%): Lesen — 500 µs, Schreiben — 2 ms
• Emulierte Sektorgröße: 512 Byte (logisch/physisch)
• Zyklus: 1,3 DWPD
• Garantiezeitraum: 5 Jahre

Die Experten von Truesystems haben darauf hingewiesen, dass bei den Kingston-Speichern die QoS-Werte der Gesamtverzögerung als Maximum des 99,9. Perzentils angegeben werden (99,9 % aller Werte liegen unter diesem Wert). Dies ist ein äußerst wichtiger Indikator, insbesondere für Server-Speicher, da in deren Betrieb Vorhersehbarkeit, Stabilität und das Fehlen unerwarteter Ausfälle erforderlich sind. Wenn Sie die angegebenen QoS-Verzögerungen in den Spezifikationen des Speichers kennen, können Sie dessen Leistung vorhersagen, was sehr vorteilhaft ist.

Testparameter

Beide Speicher wurden in einem Teststand getestet, der einen Server simuliert. Seine Eigenschaften sind:

• Intel Xeon E5-2620 V4 Prozessor (8 Kerne, 2,1 GHz, HT aktiviert)
• 32 GB RAM
• Supermicro X10SRi-F Hauptplatine (1x Sockel R3, Intel C612)
• CentOS Linux 7.6.1810
• Für die Lastgenerierung wurde FIO Version 3.14 verwendet.

Und noch einmal, welche SSD-Speicher getestet wurden:

• Kingston DC500R 960 GB (SEDC500R960G)
• Firmware: SCEKJ2.3
• Kapazität: 960 197 124 096 Bytes
• Kingston DC500M 1920 GB (SEDC500M1920G)
• Firmware: SCEKJ2.3
• Kapazität: 1 920 383 410 176 Bytes

Testmethodik

Als Grundlage wurde ein beliebtes Testset verwendet, SNIA Solid State Storage Performance Test Specification v2.0.1, jedoch haben die Tester Anpassungen vorgenommen, um die Lasten näher an den realen Einsatz von Unternehmens-SSDs im Jahr 2019 zu bringen. In der Beschreibung jedes Tests werden wir anmerken, was genau geändert wurde und warum.

Test der Ein-/Ausgabe-Vorgänge (IOPS)

In diesem Test wird die Anzahl der Ein-/Ausgabe-Vorgänge pro Sekunde für Blöcke unterschiedlicher Größe (1024 KB, 128 KB, 64 KB, 32 KB, 16 KB, 8 KB, 4 KB, 0,5 KB) und für den zufälligen Zugriff mit unterschiedlichen Lese-/Schreibverhältnissen (100/0, 95/5, 65/35, 50/50, 35/65, 5/95, 0/100) gemessen. Die Experten von Truesystems haben folgende Testparameter verwendet: 16 Threads mit einer Queue-Tiefe von 8. Der Block von 0,5 KB (512 Bytes) wurde dabei nicht getestet, da seine Größe zu klein ist, um die Speichergeräte ernsthaft zu belasten.

Kingston DC500R im IOPS-Test

Tabellendaten:

Kingston DC500M im IOPS-Test

Tabellendaten:

Der IOPS-Test führt nicht zu einer Sättigung, weshalb er relativ unkompliziert verläuft. Beide Speichergeräte haben hervorragende Ergebnisse geliefert und entsprechen vollständig den angegebenen Fabrikspezifikationen. Die Testkandidaten zeigten eine ausgezeichnete Leistung beim Schreiben in 4-KB-Blöcken: 70.000 und 88.000 IOPS. Das ist beeindruckend, insbesondere für die auf Leserichtung ausgelegte Kingston DC500R. Was die Leseoperationen betrifft, so übertreffen diese SSDs nicht nur ihre eigenen Fabrikwerte, sondern erreichen auch insgesamt nahe der maximalen Leistung des SATA-Interfaces.

Durchsatztest

In diesem Test wird der Durchsatz beim sequentiellen Zugriff untersucht. Das heißt, beide SSDs führen sequentielle Lese- und Schreiboperationen in 1-MB- und 128-KB-Blöcken durch, mit 8 Threads und einer Tiefe von 16 für jeden Thread.

Kingston DC500R:

• 128 KB sequentielles Lesen: 539,81 MB/s
• 128 KB sequentielles Schreiben: 416,16 MB/s
• 1 MB sequentielles Lesen: 539,98 MB/s
• 1 MB sequentielles Schreiben: 425,18 MB/s

Kingston DC500M:

• 128 KB sequentielles Lesen: 539,27 MB/s
• 128 KB sequentielles Schreiben: 518,97 MB/s
• 1 MB sequentielles Lesen: 539,44 MB/s
• 1 MB sequenzielle Schreibgeschwindigkeit: 518,48 MB/s

Hier sehen wir ebenfalls, dass die sequenzielle Lesegeschwindigkeit von SSDs an die maximale Bandbreite des SATA 3 Interfaces stößt. Bei den Kingston-Laufwerken treten absolut keine Probleme beim sequenziellen Lesen auf.

Die sequenzielle Schreibgeschwindigkeit hinkt etwas hinterher, was besonders gut am Kingston DC500R zu erkennen ist, der zur Kategorie der read intensive Laufwerke gehört und für intensives Lesen optimiert ist. Daher hat der Kingston DC500R in diesem Testabschnitt Werte erzielt, die sogar unter den angegebenen Werten liegen. Doch Experten von Truesystems sind der Meinung, dass man für ein Laufwerk, das nicht für solche Belastungen vorgesehen ist (zumal die Lebensdauer des DC500R bei 0,5 DWPD liegt), diese über 400 MB/s dennoch als gutes Ergebnis betrachten kann.

Latenztest

Wie bereits erwähnt, handelt es sich hierbei um einen entscheidenden Test für Unternehmensspeicher. Dieser Test erlaubt es, Probleme zu identifizieren, die bei der täglichen, langfristigen Nutzung von SSDs auftreten. Während des Standardtests SNIA PTS werden die mittlere und maximale Verzögerung für verschiedene Blockgrößen (8 KB, 4 KB, 0,5 KB) und Lese-/Schreibverhältnisse (100/0, 65/35, 0/100) bei minimaler Warteschieftiefe (1 Thread mit QD=1) gemessen. In der Truesystems-Edition wurde dieser Test jedoch erheblich überarbeitet, um realistischere Werte zu gewinnen:

• Der Block von 0,5 KB wurde ausgeschlossen;
• Statt einer einheitlichen Last mit Warteschlangen von 1 und 32 variiert die Last mit der Anzahl der Threads (1, 2, 4) und der Warteschieftiefe (1, 2, 4, 8, 16, 32);
• Anstelle des Verhältnisses 65/35 wird 70/30 verwendet, da dies realistischer ist;
• Es werden nicht nur die Durchschnitts- und Maximalwerte, sondern auch die Perzentile 99% und 99,9% angegeben;
• Für die gewählte Anzahl an Threads werden Diagramme erstellt, die die Verzögerung (99%, 99,9% und Durchschnittswert) in Abhängigkeit von IOPS für alle Blockgrößen und Lese-/Schreibverhältnisse darstellen.

Die Daten wurden aus vier von 25 Runden mit einer Dauer von jeweils 35 Sekunden (5 "Aufwärmrunden" + 30 Sekunden Last) gemittelt. Für die Diagramme wählte die Redaktion von Truesystems eine Reihe von Werten mit einer Warteschlangentiefe von 1 bis 32 bei 1–4 Streams. Dies wurde durchgeführt, um die Leistung der Speicher unter Berücksichtigung der Latenz zu bewerten, also um einen maximal realistischen Wert zu ermitteln.

Durchschnittswerte der Latenz:

Dieses Diagramm zeigt anschaulich den Unterschied zwischen den Modellen DC500R und DC500M. Der Kingston DC500R wurde für intensive Leseoperationen entwickelt, weshalb die Anzahl der Schreibvorgänge mit steigender Last praktisch nicht zunimmt und bei 25.000 bleibt.
Betrachtet man die gemischte Last (70 % Schreiben und 30 % Lesen), bleibt der Unterschied zwischen DC500R und DC500M ebenfalls deutlich. Unter der Last, die einer Latenz von 400 Mikrosekunden entspricht, zeigt sich, dass der universelle DC500M eine drei Mal höhere Leistung aufweist. Dies ist durchaus nachvollziehbar und ergibt sich aus den Eigenschaften der Speicher.
Ein interessanter Aspekt ist, dass der DC500M selbst bei 100 % Lesen den DC500R übertrifft und dabei eine geringere Latenz bei gleicher IOPS-Zahl bietet. Der Unterschied ist gering, aber sehr interessant.

99%-Quantil der Latenz:

99,9%-Quantil der Latenz:

In diesen Diagrammen haben die Experten von Truesystems die Genauigkeit der angegebenen QoS-Latenzwerte überprüft. In den Spezifikationen wurde ein Wert von 0,5 ms für das Lesen und 2 ms für das Schreiben bei einem Block von 4 KB mit einer Wartetiefe von 1 angegeben. Wir freuen uns, dass diese Zahlen bestätigt wurden – und sogar mit großem Spielraum. Interessanterweise wird die minimale Latenz beim Lesen (280–290 µs für DC500R und 250–260 µs für DC500M) nicht bei QD=1 erreicht, sondern bei 2–4.
Die Schreiblatenz bei QD=1 betrug 50 µs (diese niedrige Latenz entsteht, da bei geringer Belastung gewährleistet ist, dass der Cache des Speichers immer rechtzeitig freigegeben wird, wodurch wir immer den Schreibzugriff im Cache sehen). Dieser Wert liegt 40 Mal unter dem angegebenen Wert!

Test der kontinuierlichen Leistung

Ein weiteres äußerst realistisches Testverfahren, bei dem die Leistungsänderung (IOPS und Latenz) während längerer intensiver Belastung untersucht wird. Als Arbeitsszenario wurde die zufällige Schreibbelastung mit 4 KB-Blöcken über einen Zeitraum von 600 Minuten gewählt. Ziel dieses Tests ist es zu zeigen, dass der SSD-Speicher bei solch einer Last in den Sättigungsmodus übergeht, wobei der Controller kontinuierlich mit der Kommunikation von Daten beschäftigt ist, um Speicherblöcke für neue Schreibvorgänge vorzubereiten. Das bedeutet, dass dies der maximalen Belastung entspricht — genau das, womit SSDs der Enterprise-Klasse in realen Servern konfrontiert sind.

Die Ergebnisse des Tests zeigen folgende Leistungswerte:

Das Hauptresultat dieses Testabschnitts ist, dass sowohl der Kingston DC500R als auch der Kingston DC500M in der Praxis die eigenen Werkswerte übertreffen. Sobald die vorbereiteten Blöcke erschöpft sind, wechselt der Kingston DC500R in den Sättigungsmodus und erreicht 22.000 IOPS (statt 20.000 IOPS). Der Kingston DC500M bewegt sich im Bereich von 77.000 bis 78.000 IOPS, obwohl im Laufwerkprofil 75.000 IOPS angegeben sind. Darüber hinaus wird in diesem Test die Differenz zwischen den Laufwerken deutlich: Wenn im Arbeitsprozess des Laufwerks ein hoher Anteil an Schreiboperationen erwartet wird, erweist sich der Kingston DC500M als mehr als dreimal leistungsfähiger (wir erinnern uns auch, dass der DC500M bei Lesevorgängen bessere Latenzzeiten zeigte).

Die Latenzen während der konstanten Schreiboperationen sind in folgendem Diagramm dargestellt. Medianwert, Perzentile 99 %, 99,9 % und 99,99 %.

Wir beobachten, dass die Latenz beider Speicher proportional zur Abnahme der Leistung steigt, ohne drastische Einbrüche oder unerklärliche Spitzen. Das ist sehr positiv, denn genau nach dieser Vorhersehbarkeit erwartet man von Unternehmensspeichern. Die Experten von Truesystems betonen, dass die Tests mit 8 Threads und einer Wartetiefe von 16 pro Thread durchgeführt wurden. Daher sind nicht die absoluten Werte entscheidend, sondern die Dynamik. Bei den Tests des DC400 traten starke Verzögerungen durch die Kontrollerleistung auf, jedoch gibt es in diesem Diagramm keine solchen Probleme bei den Kingston DC500R und Kingston DC500M.

Verteilung der Latenz unter Last

Als Bonus hat die Redaktion von Truesystems die Kingston DC500R und Kingston DC500M durch einen vereinfachten Test Nr. 13 der SNIA SSS PTS 2.0.1 Spezifikation laufen lassen. Die Verteilung der Latenz unter Last wurde anhand eines speziellen CBW-Musters untersucht:

Blockgrößen:

Verteilung der Last über das Volumen des Speichers:

Verhältnis von Lesen zu Schreiben: 60/40%.

Nach dem sicheren Löschen und der vorherigen Belastung führten die Tester 10 60-Sekunden-Runden des Haupttests mit 1 bis 4 Streams und einer Queue-Tiefe von 1 bis 32 durch. Am Ende wurde ein Histogramm zur Verteilung der Werte aus den Runden, die der durchschnittlichen Leistung (IOPS) entsprechen, erstellt. Bei beiden Speichermedien wurde dies mit einem Stream und einer Queue-Tiefe von 4 erreicht.

Insgesamt ergaben sich folgende Werte:
DC500R: 17949 IOPS bei einer Latenz von 594 µs
DC500M: 18880 IOPS bei 448 µs.

Die Latenzverteilung wurde separat für Lese- und Schreibvorgänge analysiert.

Fazit

Die Redaktion von Truesystems kommt zu dem Schluss, dass die Testergebnisse der Kingston DC500R und Kingston DC500M eindeutig als gut eingestuft werden können. Die Kingston DC500R bewältigt Lesevorgänge sehr gut und kann als professionelle Hardware für entsprechende Aufgaben empfohlen werden. Für gemischte Belastungen und bei Bedarf nach mehr Ressourcen empfiehlt Truesystems die Kingston DC500M. Außerdem hebt die Redaktion die attraktiven Preise der gesamten Modellpalette der Unternehmensspeicher von Kingston hervor und erkennt an, dass der Wechsel zu TLC 3D-NAND tatsächlich dazu beigetragen hat, die Preise zu senken, ohne an Qualität zu verlieren. Auch die Experten von Truesystems schätzten den hohen technischen Support von Kingston und die fünfjährige Garantie auf die DC500-Serie.

P.S. Wir erinnern daran, dass der Originalbericht auf der Website von Truesystems gelesen werden kann.

Für weitere Informationen zu den Produkten von Kingston Technology wenden Sie sich bitte an die Unternehmenswebsite.

Quelle: habr.com