Мы уже говорили о том, как можно использовать кэш SSD для уменьшения задержек и ускорения скорости передачи данных. Мы также объяснили различия между потребительскими и корпоративными SSD, и почему для обеспечения стабильной производительности мы рекомендуем использовать последние.
Потребительские и корпоративные SSD – это две широкие категории, которые охватывают широкий спектр профилей производительности. Из-за различий в способах тестирования и оценки производителями своих продуктов недостаточно покупать их на основе рекламируемых цифр. В сегодняшней статье мы рассмотрим, как типы NAND существенно влияют на производительность, и почему это должно иметь значение для вашего следующего решения о покупке.
Типы флэш-памяти NAND
Данные флэш-памяти NAND представлены в виде цифровых сигналов (битов) и хранятся в ячейках флэш-памяти NAND. Количество битов, хранящихся в ячейке, определяет тип используемой флэш-памяти. Флэш-память с одноуровневыми ячейками (SLC) содержит один бит на ячейку. Многоуровневые ячейки (MLC) увеличивают емкость в два раза и содержат два бита на ячейку. Трехуровневые ячейки (TLC) содержат три бита на ячейку, а четырехуровневые ячейки (QLC) содержат четыре бита на ячейку, что позволяет в четыре раза увеличить емкость флэш-памяти SLC.
С тех пор как твердотельные накопители появились на рынке, их емкость становилась все больше и больше. Современные отраслевые тенденции направлены на снижение стоимости при увеличении емкости накопителей. Это привело к разработке более плотных ячеек памяти, при этом стоимость традиционных жестких дисков постепенно приближается (пока еще не достигла).
Стремление к удешевлению и увеличению объема накопителей привело к упадку твердотельных накопителей на базе SLC и MLC. В настоящее время TLC является основной технологией и занимает наибольшую долю рынка. QLC еще относительно нова, но мы ожидаем, что ее низкая стоимость привлечет покупателей, тем более что ее часто предлагают в качестве замены HDD.
Ячейки памяти NAND имеют лишь конечное число циклов программирования-стирания (P/E) (циклов записи), прежде чем они изнашиваются. Подробное рассмотрение этого вопроса выходит за рамки данной статьи, поэтому просто знайте, что ячейки высокой плотности имеют меньшую выносливость, чем ячейки низкой плотности, например, MLC обычно служат дольше, чем TLC.
Хотя в целом можно утверждать, что MLC будет быстрее TLC, а TLC быстрее QLC, новые SSD содержат множество методов оптимизации, которые помогают скрыть или свести на нет недостатки более медленной NAND. Отличным примером этого является “SLC-кэширование”, когда неиспользуемые области диска работают как псевдо-SLC NAND. Это позволяет добиться очень высокой производительности при коротких, серийных нагрузках, как это часто бывает в большинстве ПК и клиентских вычислительных средах. Это хорошо видно из нашей предыдущей статьи о потребительских и корпоративных SSD.
Для этого есть накопитель
В отличие от развитого рынка жестких дисков, при покупке SSD вы найдете достаточное количество марок и моделей, чтобы выбор был нелегким. Сегодня мы рассмотрим, что, хотя потребительские TLC- и даже QLC-накопители часто заявляют впечатляющие показатели производительности на первый взгляд, при практическом исследовании выясняется истинная производительность этих накопителей.
Мы выбрали по два общедоступных накопителя для каждой целевой сегментной группы, всего в бенчмаркинге участвовали шесть накопителей.
Производительность серии
Мы используем CrystalDiskMark, популярную утилиту для измерения производительности дисков. Увеличение глубины очереди (Q) и потоков (T) обычно приводит к повышению производительности, но большинство потребительских рабочих нагрузок подразумевают только низкую глубину очереди. ИТ-инфраструктура, включающая виртуальные машины и хранилища БД, обычно имеет более высокие глубины очередей и потоков.
Для тестов передачи файлов мы будем использовать AJA System Test, инструмент, разработанный в первую очередь для создателей контента, чтобы проверить, способны ли их системы хранения поддерживать прием потоков высокого разрешения. Мы настроили его на запись в систему файла размером 64 ГБ и последующее его считывание. Это все еще легкая рабочая нагрузка, но она будет показательна для пользователей, перемещающих большие файлы.
В коротких, серийных тестах все группы дисков показали отличные результаты, как и ожидалось для подобных синтетических тестов. На основании приведенных здесь цифр производительности можно сделать вывод, что при реальном использовании различий не будет. Благодаря большому объему SLC-кэша даже более медленные диски QLC работают отлично.
Производительность при 65% мощности
Предыдущие тесты проводились, когда диски были пусты. Это давало дискам с динамическим SLC-кэшированием большой простор для работы. Мы заполнили каждый диск на 65%, дали им отдохнуть несколько минут, а затем продолжили использовать AJA System Test для создания той же нагрузки записи и чтения объемом 64 ГБ.
По сравнению с полностью пустыми дисками наши корпоративные диски работали в пределах погрешности. Потребительские TLC-накопители немного снизили производительность при чтении, сохранив при этом хорошую скорость записи – ничего заметного при обычном повседневном использовании. Само собой разумеется, что регресс производительности группы QLC здесь значителен.
Полноценный тест драйв
Мы использовали тест заполнения всего диска для получения стабильной производительности дисков. Этот тест также показывает нагрузку на диск при использовании его в качестве SSD-кэша в загруженном сетевом хранилище, поскольку он будет постоянно заполняться недавно полученными данными. Этот тест исчерпывает все механизмы SLC-кэширования на диске, поскольку не дает ему времени на восстановление.
На графиках горизонтальная ось представляет собой процент емкости хранилища, на которую производится запись. Первый график – среднее значение скорости для наших групп. Второй показывает скорость в процентах от максимальной в данном тесте. Как и ожидалось, больше всего здесь отличились накопители, предназначенные для корпоративных сред. Потребительские TLC-накопители начали быстро, но быстро вышли из строя, поскольку израсходовали свой кэш. Диски QLC имеют довольно большой объем кэша, что позволяет им дольше оставаться быстрыми. Однако это делается для того, чтобы скрыть абсолютно низкую скорость записи, когда кэш заполняется и запись производится непосредственно на NAND. Здесь мы наблюдаем худшую скорость последовательной записи, чем у жестких дисков.
С другой стороны, несмотря на то, что корпоративные диски, которые мы использовали сегодня, в основном относятся к моделям начального уровня и рассчитаны на интенсивные нагрузки чтения, они все же способны обеспечить стабильную устойчивую производительность. Модели более высокого класса (более дорогие) обычно поддерживают более высокие скорости записи и рейтинги DWPD.
Подведение итогов
Всегда важно тщательно проверять заявленные показатели производительности твердотельных накопителей. Методы и условия тестирования отличаются у разных производителей, а для потребительских накопителей часто используются только серийные нагрузки. Несмотря на это, потребительские SDD все еще являются экономически эффективным вариантом модернизации, позволяющим значительно ускорить работу ПК или сетевого хранилища по сравнению с жесткими дисками. Однако учтите, что как только вы начнете применять к ним более тяжелые и длительные рабочие нагрузки, их производительность снизится, иногда значительно.
Диски QLC отлично подходят для своих целей, то есть недорогие диски для замены жестких дисков при интенсивных нагрузках на чтение. Хотя пиковая производительность может соперничать даже с высококлассными дисками на базе TLC, их производительность в стационарных условиях оставляет желать лучшего. В отличие от быстрого внедрения TLC NAND в потребительские и корпоративные накопители высокого класса, если производительность QLC в постоянном режиме существенно не улучшится, мы не ожидаем, что в ближайшее время они станут заменой TLC.
При использовании в сетевом хранилище становится понятно, почему мы всегда рекомендовали использовать только диски корпоративного класса. Кроме того, что они рассчитаны на более длительный срок службы, постоянство производительности чрезвычайно важно, особенно когда вы обеспечиваете хранение виртуальных машин и других критически важных объектов инфраструктуры. Здесь просто нет места для переменной производительности в зависимости от рабочей нагрузки.