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Memblaze PBlaze 3是Memblaze的新一代闪存卡,搭载了独特的Piano Key琴键技术。我们的测试表明,PBlaze 3具有着惊人的性能。

来源:ZDNetCBSi企业方案解决中心频道 2014年03月24日

关键字:PBlaze 忆恒创源 MemBlaze

【ZDNet企业解决方案中心】随着NAND Flash工业发展,其性能的逐渐提升,SSD,固态硬盘也开始逐渐转向了PCIe(PCI Express)接口,采用PCIe接口的SSD我们也将其称为闪存卡。在上一年2013年,我们测试了一些闪存卡产品,如Intel的SSD 910和Memblaze的Q520,但它们也只是市场中新推出的一小部分。预计到了今年,在2014年,闪存卡——PCIe SSD将会进一步成熟,其中的玩家也会更多,而对应的产品也将会更多。

Intel SSD 910企业级PCIE固态硬盘评测
Intel SSD 910固态硬盘,是Intel的第一款PCI Express插卡式固态硬盘,也是将磁盘控制器和固态硬盘集中到一块PCIe插卡上的典型例子

  PCIe SSD也有几种架构类别,我们最早测试的Intel SSD 910固态硬盘,就属于将磁盘控制器和固态硬盘集中到一块PCIe插卡上的产品,这种产品的架构很原始,无法完全发挥PCI Express界面的全部威力,但是这种产品居然性能还不错。

MemBlaze Q520企业级PCIE固态硬盘评测
Memblaze Q520 800GB SSD,采用了Memblaze定义为Deviced Base的第三代PCI Express固态硬盘架构

  2013年我们还测试了一家初创企业——Memblaze忆恒创源推出的PCIe接口固态硬盘产品Memblaze Q520,它和当时其它的产品架构都不同。在技术上,Memblaze将SSD 910这样的产品定义为第一代PCIe闪存卡,而将其推出的产品称之为第三代PCIe闪存卡,粗略点来说,Memblaze将FTL(Flash Translation Layer)的位置作为其独有的特性,这点可以查看这里: 《MemBlaze Q520企业级PCIE固态硬盘评测》。在这里我们必须得更正,忆恒创源使用的英文名是Memblaze而不是我们写的MemBlaze

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测
Memblaze PBlaze 3 1.2TB SSD,是Q520的下一代产品,架构和性能得到了全面的提升,它特别搭载了Piano Key琴键技术

  到了2014年Memblaze已经不算初创企业了,其当前主推的产品对比Q520又有了更新,2013年下半年,我们对其推出的新一代产品——PBlaze 3进行了测试,需要特别说明的是,我们当时称Memblaze的产品都采用了中国古代名剑的名称命名,但是PBlaze 3并不是这样,因为它采用了Memblaze的琴键技术。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  PBlaze 3采用了环保包装,注意:宣传册并不包含在内,这是在IDF北京2013上的PBlaze宣传资料。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  泡沫塑料加上防静电袋保护是很自然的,因为这块卡对一般人来说有点贵。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  其控制芯片上采用了大块铝散热片作为被动散热方案。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  PCB比较精致。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  PCB是黑色的,背面在相对控制芯片的位置有5块RAM芯片,显然,这是一个ECC配置。PBlaze 一共搭载了9块Micron的D9GBJ内存颗粒,容量为512MiB,因此整块卡的RAM是4GiB,规格应该是DDR3-1600。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测使用的接口仍然是PCIe 2.0,而没有采用最新的3.0

  Memblaze Q520使用的是接口PCI Express 1.1 x8,到了Memblaze PBlaze 3,接口升级到了PCI Express 2.0。PCIe 2.0对比1.x最主要的区别就是传输速率翻倍,PCIe 1.1 x8能提供2GiB/s的单向带宽和4GiB/s的双向带宽,PCIe 2.0 x8则能达到4GiB/s单向和8GiB/s双向,对于大部分设备来说已经足够。

  本页我们将对PBlaze 3进行拆解,并解释PBlaze 3使用的“琴键”技术,这也是它不再使用中国古代名剑作为中文名的原因。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  取下左上方的保护盖的样子,可以直接看到12块NAND Flash芯片。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  采用的NAND Flash芯片是TOSHIBA的TH58TE6902HBA89,我们并没有查到其规格。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  可以看到,我们手上的这块PBlaze 3具有4个NAND Flash模块,每个模块规格可以相同也可以不相同,这种设计就是Memblaze的Piano Key琴键设计,PBlaze 3最前面的"P"就是"Piano"的"P"。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  每个模块具有6个NAND芯片,一共就是24个芯片,组成了1.2TB的容量。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  Xilinx Kintex-7 XC7K325T FPGA,28nm HKMG(High-K Metal Gate)、HPL(High-performance, low-power)工艺,72bit DDR3-1866内存界面,最高可以提供2845 GMAC/s的峰值DSP性能。当然,硬件只是一方面,怎么对FPGA编程才是各家本领所在。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测
Xilinx Kintex-7 FPGA规格表

  下面我们来看下Memblaze PBlaze 3独特的琴键技术:

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  Piano Key,琴键技术,最直观的效果就是容量可以自由地选择,Low Profile(Half-height,半高)版本有4个Key(模块),High Profile(Full-height)版本则有8个Key,搭配不同容量的模块最终可以达到38种不同的容量。搭配的模块有M3(192GB)、M4(256GB)、M5(320GB)、M6(384GB)四种,并且具有MLC和SLC的区别——SLC版本是MLC版本容量的一半。

 Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  琴键技术有什么好处呢?不同类型的系统,具有不同的闪存容量需求,one size do not fit all,闪存卡这种东西成本本来就比较高,要是买了过大的容量,就会导致浪费金钱,琴键技术可以让容量达到最适合应用的状态,从而达到降低成本的作用,这就是它的作用。

  看完硬件之后,我们再来看看参数总结:

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测Memblaze PBlaze 3 Datasheet

  前面说过,PBlaze 3有半高(PBlaze 3L)和全高(PBlaze 3H)两种类型,全高具有8个模块,因此性能要比半高的高不少。从指标上看,全高的PBlaze 3H可以达到3.5GB/s的读取带宽和2.5GB/s的写入带宽,半高的PBlaze 3L则是2.5GB/s和1.3GB/s。即使是半高的PBlaze 3L,对比上一代Q520的指标1500MB/s700MB/s都有了很大的提升。此外,PBlaze 3可以提供的4K随机读写IOPS为800k/280k(Pblaze 3H SLC),典型读写延迟60μs/14μs,而上一代Q520提供的4K随机读写则是370k/80k,典型读写延迟为130μs/26μs,提升巨大。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  我们使用的是一台超频到4.5GHz的Core i7 3960X机器,Core i7 3960X代号Sandy Bridge-E,提供了36条PCI Express 3.0 Lane。驱动则使用了MemBlaze准备的0.0.54.0——在测试期间,MemBlaze根据反馈升级了数次驱动。Memblaze的驱动实现了其“Device Based”的架构,占用的内存非常小,而“Host Based”架构的闪存卡则需要占据大量的内存进行FTL(Flash Translation Layer),这点可以查看这里: 《MemBlaze Q520企业级PCIE固态硬盘评测》

  我们使用了Iometer 1.1.0 rc1对固态硬盘进行了测试,测试操作系统是Windows Server 2012 R2,使用Memblaze最新的Firmware和驱动(测试期间我们对Firmware也进行了一次升级)。

  首先进行的是一个512字节的最小区块测试,对于固态硬盘来说,正常工作的区块都是4k、8k这样的“簇”容量,512字节显得过小了,它会影响到性能,因此仅供参考。实际上,Memblaze设计以及驱动编写时均考虑的是4KiB块的性能,早期甚至不支持512B读写,后来经我们反馈后加上了该功能。我们所有的测试都在4KiB对齐的环境下进行

  很自然地,在整个测试中我们拿Memblaze Q520作为对比产品。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  512B的极小区块对于近代的存储来说已经不太合事宜,仅供参考。测试中,单个Worker已经不能完全发挥PBlaze 3的能力,在16 workers下,PBlaze可以提供561.5k的512B随机读取IOps。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  流行的指标是4KiB块读写,4K读写也是固态硬盘最为关注的指标之一。在4KiB连续读取中,单worker的峰值是442k IOps,在16 worker下则可以达到488k,比Q520的峰值316k要高54.4%左右

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  企业级应用中,随机存取性能比连续存取更为重要一些,PBlaze 3 1.2TB可以达到720k IOps(16 worker下),是上一代Q520的近5倍

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  4KiB写入的话PBlaze 3的提升非常明显,峰值可以达到628k IOps,而Q520只有88.4k IOps,提升幅度是610%

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  和4KiB读取一样,4KiB随机写入也是一个很重要的指标,Memblaze PBlaze 3的峰值可以达到269k IOps,不过在测试中可以看到连续下降的趋势,这也是从开箱性能过渡到稳定性能的表现,稳定情况下PBlaze 3得到的数字约是228k IOPS,是Q520的10倍。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  我们使用较大的区块来测试存储的最大传输速率,在使用1MiB的区块进行连续读取时,Memblaze PBlaze 3展现的单Worker连续读取带宽为2098MB/s,在多Worker环境下,性能相对要低一点

  除了突出的4K随机读取性能之外,Memblaze还聚焦在降低延迟方面,Memblaze认为,“平均延迟”和“延迟抖动”是企业级Flash存储的两个重要指标,因此,Memblaze提供了“Ultra-Low Latency Wearleveling on Device-Based(基于设备的极低延迟写入损耗平衡)”和“Latency Smoothing Technology(延迟平滑技术)”两个技术对这两个重要指标进行底层算法优化。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  更多个Worker会提供更好的性能,但是会导致整个存储的延迟提升,然而即使是在16队列深度下,PBlaze 3的4KiB随机读取延迟也只有Q520的约1/2,IOps则是Q520的近5倍。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  测试中达到712k IOps的截图,Windows下中断处理仍然是个问题。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  4KiB随机写入我们只有12 worker的数据,它延迟要比单worker的Q520高113%,但比16 worker的Q520要低很多。

  接下来看看Iometer的企业级负荷脚本测试指标,仅供参考:

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  文件服务器混杂了各种块大小的读取和写入操作,PBlaze 3约是Q520的2.5倍

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  网站服务器主要是较小区块的随机读取,PBlaze 3的性能优势略低一点,约是Q520的2.2倍。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  数据库服务器是67%读取和33%写入的100%随机操作,主要是小区块,这种环境下很适合PBlaze 3的发挥,它的性能越是Q520的3.6倍。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

  工作站是80%的读取和20%的写入,随机度比服务器的要小,为80%,工作站也属于小区块的操作,Memblaze PBlaze 3的性能约是Q520的2.7倍。

【ZDNet企业解决方案中心】Memblaze PBlaze 3搭载了其独创的Piano Key琴键技术,从而让其容量可以自由地调整,一共有38种选择,最大容量可以达到2.4TB。我们测试的是半高的版本,容量最大可以达到1.2TB,只有全高版本可以达到2.4TB的容量。

  测试时使用的平台配置比较高,可以充分发挥出Memblaze PBlaze 3的实力,测试结果是Memblaze PBlaze 3的4KiB随机读写性能可以达到720k IOps/228k IOps,和理论性能很接近。

  在各种理论性能上,Memblaze PBlaze 3都是上一代Q520的5~6倍,而在企业级负载脚本中,也能达到2.2~4.6倍,此外,在同样更高的性能下,PBlaze 3的延迟也要更低。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测
Memblaze PBlaze 3 1.2TB SSD,是Q520的下一代产品,架构和性能得到了全面的提升,它特别搭载了Piano Key琴键技术

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测
Memblaze PBlaze 3 Datasheet

  性能是PBlaze 3的一大特点,720k的4KiB随机读取低IOps在PCIe SSD当中也是很强劲的。此外,Memblaze PBlaze 3独特的琴键技术也带来了可供自由选择的容量特性,一共38种容量选择,用户可以根据应用需求进行精确的定制。

Memblaze PBlaze PCIe SSD评测

Memblaze的琴键技术可以通过自由组合实现38种不同的容量
Memblaze PBlaze PCIe SSD评测
基于琴键技术的PBlaze 3L结构图

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