Intel DC S3700 – inovacije i brzina

DC S3700 serija enterprise SSD-a predstavljena je krajem prošle godine. Zamjenjuje do tada aktualnu SSD710 seriju, čiji kontroler počiva na osnovama X25-E serije, te donosi potpuno novo imenovanje diskova pri čemu DC znači Data Center. Za ovu je seriju Intel u potpunosti izmijenio filozofiju izrade kontrolera u svrhu eliminacije pojave visokih I/O latencija kada je disk popunjen, što se dešava zbog mijenjanja načina rada iz zapisa u čisti blok i aktiviranja funkcije "čišćenja smeća" (garbage collection) pri visokim nasumičnim I/O zahtjevima u serverskim okruženjima. No, prije nego se upustimo u analizu kontrolera objasniti ćemo karakteristike serije. S3700 dolazi u dvije veličine - 1.8" i 2.5". Manji model dolazi u 200 i 400GB verzijama, dok je veći dostupan u 100, 200, 400 i 800GB verzijama. Svi diskovi koriste MLC-HET (High Endurance Technology) NAND čipove napravljene u 25 nm proizvodnom procesu. Diskove karakterizira vlo velika izdržljivost što je i nužno zbog radnih uvjeta. Proizvođač navodi izdržljivost od 10 zapisa kompletnog diska na dan u pet godina (4KB nasumičan zapis). Ukoliko u tu jednadžbu unesemo i kapacitet danas testiranih modela to znači kako su u stanju zapisati 14.6 PB (Petabyte-a) podataka - impresivno.

Performanse ovoga diska su znatno porasle u odnosu na prethodne serije (SSD710, SSD320, X25-E), i Intel navodi maksimalne sekvencijalne brzine zapisa od 460MB/s čitanja od 500GB/s. Maksimalne performanse nasumičnog zapisa su 36.000 IOPS-a a čitanja 76.000 IOPS-a, dok je primjerice SSD710 serija imala 2.700 IOPS-a zapisa i 36.000 IOPS-a čitanja. Po tvrdnjama proizvođača, novi kontroler garantira kako se vrijednosti maksimalnog IOPS-a ne bi trebale varirati za više od 15% tijekom životnog vijeka, što je veliko unaprjeđenje u odnosu na prethodnu seriju. Znatno je povećana i maksimalna količina podataka koju diskovi u svom vijeku trajanja mogu zapisati za oko 3.66x u odnosu na SSD710 seriju, a kontroler sada podržava i AES-256 enkripciju podataka. Intel kao što znamo danas proizvodi i 20nm NAND čipove, no za ovu su se seriju odlučili koristiti stariji i puno zreliji 25nm proizvodni proces, korišten i kod SSD710 serije. No, za razliku od launcha SSD710 diskova cijena NAND-a je pala znatno, pa je 300GB SSD710 model tada koštao jednako kao i danas 800GB S3700 model. Na tiskanoj pločici s obje strane vidimo po osam NAND čipova, a svaki je kapaciteta 64GB. I premda je to ukupno 1024GB, korisniku na korištenje ostaje nazivnih 800GB pri čemu je stvarni kapacitet kada disk formatiramo u NTFS oko 745.2GB. 20-tak % otpada na over-provisioning koji služi za smanjenje write amplification-a o čemu smo već ranije pisali.

Na slici iznad se nalazi taj potpuno novi Intelov osam kanalni kontroler treće generacije (druga je generacija bila u X25-M G2 diskovima i s manjim izmjenama u SSD320 i SSD710 modelima). Kontroler podržava 6Gbps SATA protokol i punu AES-256 enkripciju. Novi kontroler donosi vrlo bitnu izmjenu koju ćemo pokušati objasniti uz što manje zalaženje u tehničke opise i produživanje teksta. Način na koji je stari G2 kontroler radio je u potpunosti odbačen u korist novoga. Svaki disk zbog prirode rada mora mapirati adrese logičkih blokova (LBA), a Intel tu mapu naziva zaobilazna tabela. Ta je zaobilazna tabela u stvari binarno stablo koje sadrži podatke o adresama logičkih blokova i fizičkoj lokaciji u NAND-u gdje se nalazi taj blok, a ona se s vremenom kako se disk popunjava znatno uvećava pa ju je potrebno kompresirati. Tu leži i problem jer se zajedno sa defragmentiranjem (garbage collection) fizičkog prostora u NAND-u mora defragmentirati i zaobilazna tabela u kojoj se nalaze podaci o zapisu u tom prostoru pri čemu može nastati konflikt. To može s vremena na vrijeme uzrokovati visoke IO latencije koje naravno usporavaju rad. Novi G3 kontroler sada odbacuje binarno stablo kao koncept i uvodi mrežnu strukturu 1:1 mapiranja, koja ubrzava rad i eliminira potrebu za defragmentiranjem tabele. Upravo je iz ovog razloga povećana potrošnja DRAM memorije pa je kontroler je uparen s 1GB ECC DRAM-a (2 x 512MB DDR3-1333 DRAM), a korekcija grešaka se vrši na svim memorijama - NAND-u, SRAM-u i DRAM-u. Kao i prethodni enterprise SSD-i i ovaj ima on-board kondenzatore (35V 47µF) za spremanje podataka "u letu" na NAND u slučaju nestanka električne energije što je vrlo kritično u serverskim okruženjima. Kondenzatori se periodički testiraju od strane kontrolera, a za slučaj da prestanu funkcionirati kontroler onemogućuje sve zapise i izbacuje SMART error zastavicu. Zanimljivo za S3700, podržava rad bilo na 12V, 5V ili na oba voda, a deklarirana potrošnja u radu je oko 6W pod opterećenjem što se zna pri najvećim opterećenjima popeti i do malo preko 8W. MTBF vrijednost je 2 milijuna sati, a Uncorrectable Bit Error Rate (UBER) je 1 sektor po deset 17 bitnih čitanja.

Test sistem:

Test sistem :: Hardware Platforme Asus Rampage IV Extreme Procesor(i) Intel Core i7-3960X Memorija G.Skill RipjawsX, F3-14900CL9Q-16GBZL Grafičke kartice Gigabyte GTX580 SOC; Driveri: Forceware 295.33 Zvučna kartica On Board Hard disk(ovi) Intel SSD335 240GB Napajanje Thermaltake ToughPower 1200W DVD-RW HP GSA-H60L

Testni sistem :: Software OS Windows 7 Ultimate 64-bit SP1 Chipset datoteke Intel 9.2.3.1022 DirectX verzija 11 Intel I/O Meter 2006.07.27 AIDA 64 Extreme Edition, v.2.6

 

Način testiranja

Jasno je da pri testu ovih enterprise diskova u našem labu ne možemo rekreirati njihove normalne radne uvjete, pa je svrha ovoga testa zapravo vidjeti kakve su općenite performanse kroz par testova. Na ovaj test zapravo gledamo kao na uvod u ono što nas očekuje u budućnosti, jer će Intel kroz neko vrijeme izbaciti i desktop diskove bazirane na G3 reviziji svojeg kontrolera i možda novoj 20 nm litografiji. To će značiti prijenos svih dobrih karakteristika ovih enterprise modela, uz nižu cijenu po gigabajtu prostora što nas naravno sve zanima. S obzirom da su nam na test pristigla dva diska odlučili smo isprobati i kakve su im RAID 0 performanse. Diskove smo testirali na našoj standardnoj platformi, koja se sastoji od Rampage IV Extreme ploče, i7-3960X procesora i 16GB RipjawsX memorije. U tablicama će te vidjeti usporedbu njihovih performansi s nekoliko desktop diskova, ali to tu usporedbu treba gledati samo uvjetno.

AIDA 64 Read
Linear Read (MB/s)
Intel DC S3700 @ RAID0 1075,27    Intel DC S3700 515    OCZ Vertex 4 128GB 457,16    Intel SSD335 377,56      0 3 00 6 00 9 00 12 00
Random Read (MB/s)
Intel DC S3700 @ RAID0 1113    Intel DC S3700 542,5    OCZ Vertex 4 128GB 451,8    Intel SSD335 392,6      0 3 00 6 00 9 00 12 00
Buffered Read (MB/s)
Intel DC S3700 @ RAID0 8212    Intel DC S3700 495,1    OCZ Vertex 4 128GB 441,8    Intel SSD335 378,6      0 21 00 42 00 63 00 84 00
Average Read Access (ms)
Intel DC S3700 0,03    Intel DC S3700 @ RAID0 0,03    OCZ Vertex 4 128GB 0,13    Intel SSD335 0,17      0 0, 05 0 ,1 0, 15 0, 2

 

Za početak ćemo samo provjeriti kako ovi diskovi dišu u odnosu na standardne desktop SSD-e opremljene SF-2000 kontrolerima. Performanse čitanja su točno onakve kakve ih Intel navodi uz vrlo nisko vrijeme pristupa. RAID 0 polje jasno donosi znatno ubrzanje rada, uz začuđujuće veliko povećanje Buffered čitanja.

AIDA 64 Write
Linear Write (MB/s)
Intel DC S3700 @ RAID0 900,3    Intel DC S3700 462    Intel SSD335 225,2    OCZ Vertex 4 128GB 196,4      0 3 01 6 02 90 3
Random Write (MB/s)
Intel DC S3700 @ RAID0 359,9    Intel DC S3700 345,4    OCZ Vertex 4 128GB 181,6    Intel SSD335 168,6      0 9 0 1 80 2 70 36 0
Average Write Access (ms)
Intel DC S3700 0,04    Intel DC S3700 @ RAID0 0,04    OCZ Vertex 4 128GB 0,12    Intel SSD335 0,36      0 0 ,1 0 ,2 0 ,3 0, 4

 

Zapis je također vrlo impresivan uz ponovno iznimno maleno vrijeme pristupa, te velikim skokom u performansama kod RAID 0 polja.

IOMeter (100% Random, QD20)
Total I/O per second
Intel DC S3700 @ RAID0 93163,61    Intel DC S3700 57701,83    Intel SSD335 17700,45    OCZ Vertex 4 128GB 5748,39      0 25 000 50 000 75 000 100 000
Total MB per second
Intel DC S3700 @ RAID0 181,96    Intel DC S3700 112,7    Intel SSD335 34,57    OCZ Vertex 4 128GB 11,23      0 5 0 1 00 1 50 20 0
Average I/O Response time (ms)
Intel DC S3700 @ RAID0 0,2145    Intel DC S3700 0,3464    Intel SSD335 1,1297    OCZ Vertex 4 128GB 3,4788      0   1   2   3 4
Maximum I/O Response time (ms)
Intel DC S3700 @ RAID0 13,8955    Intel DC S3700 14,9545    OCZ Vertex 4 128GB 35,7036    Intel SSD335 85,6501      0 3 0 6 0 9 0
% CPU Utilization
OCZ Vertex 4 128GB 1,54    Intel DC S3700 10,23    Intel DC S3700 @ RAID0 13,24    Intel SSD335 14,7      0   5 1 0 1 5

 

I/O Meter pokazuje kako se disk i kontroler nose s relativno visokim opterećenjem (QD 20), pri u ovome slučaju nasumičnom zapisu i čitanju podataka. Broj I/O operacija u sekundi je iznimno visok i jasno je kako disk brzo doseže deklarirane performanse.

IOMeter (100% Sequential, QD20)
Total I/O per second
Intel SSD335 31488,38    Intel DC S3700 18381,81    Intel DC S3700 @ RAID0 16278,35    OCZ Vertex 4 128GB 7681,51      0 80 00 16 000 24 000 320 00
Total MB per second
Intel SSD335 61,5    Intel DC S3700 35,9    Intel DC S3700 @ RAID0 31,79    OCZ Vertex 4 128GB 15      0 3 1 6 2
Average I/O Response time (ms)
Intel SSD335 0,635    Intel DC S3700 1,0879    Intel DC S3700 @ RAID0 1,2285    OCZ Vertex 4 128GB 2,6031      0   1   2 3
Maximum I/O Response time (ms)
Intel SSD335 22,0971    Intel DC S3700 @ RAID0 24,3609    Intel DC S3700 25,071    OCZ Vertex 4 128GB 1240,874      0 2 50 5 00 7 50 10 00 12 50
% CPU Utilization
Intel DC S3700 @ RAID0 1,85    OCZ Vertex 4 128GB 2,08    Intel DC S3700 3,31    Intel SSD335 31,29      0   8 1 6 2 4 3 2

 

Sekvencijalne su performanse niže od primjerice onih kod SSD335 diska, no u tipičnom radu ovakvog jednog diska nasumične su performanse ionako znatno bitnije.

DC S3700 je prvi disk koji nakon mnogo vremena donosi novi Intelov kontroler i predstavlja veliki pomak unaprijed po pitanju ujednačavanja performansi kroz životni vijek diska. Ovo se vidi po kompletno izmijenjenom pristupu osnovnom radu, tj. prelasku s klasičnog binarnog stabla kod mapiranja adresa logičkih blokova na mrežnu 1:1 strukturu koja eliminira potrebu za defragmentiranjem tabele i općenito ubrzava rad. Kazna je potreba za velikom količinom DRAM-a. Ipak, sve ove promjene rezultirale su velikim pomakom u nasumičnim performansama, u ujednačavanju performansi (samo 15% varijacije u maksimalnom IOPS-u tijekom životnog vijeka), te u količini maksimalnog zapisa (do 14.6 Petabajta). DC S3700 donosi i pomak u kapacitetu, pa smo tako danas testirali 800GB diskove koji su, ne zaboravimo, smješteni u maleno 2.5" kućište. Jasno je da se u ovome članku nismo ni dotaknuli pravih enterprise testova i rekreiranja radnih uvjeta u jednom podatkovnom centru no to nam nije bio ni cilj. Htjeli smo ponajprije vidjeti što nam donosi budućnost jer će ova tehnologija vrlo brzo zaživjeti i u desktop tržištu. Za kraj nam je još ostala cijena. DC S3700 se na sjeverno američkom tržištu može nabaviti po cijeni od oko 2000 USD, a u Europi mu se cijena kreće oko 1800 €. Visoka je to cijena, no kada se sagledaju performanse, trajnost i Intelov pedigre veliki kupci će sigurno brzo uvidjeti korist nabavke ovakvih diskova. Ukoliko ste pak vrlo dubokog džepa i želite samo najbolje, nitko vam ne brani da si ovakav jedan disk (ili dva) nabavite i za svoje desktop/workstation računalo.