SSD Micron 6550 ION: скорости Gen5, энергетическая эффективность и большая емкость в одном диске

Компания Micron выпустила новый SSD 6550 ION, позиционируя его как «самый быстрый и энергетически эффективный 60-терабайтный SSD для дата-центров в мире». Диск доступен в нескольких форм-факторах, и апофеозом этого является модель E3.S, которая, при высоте всего 7.5 мм, предлагает высший отраслевой класс емкости – 61.44 ТБ на базе технологии TLC NAND G8 – вкупе с высокоскоростным интерфейсом Gen5. Это сочетание отвечает ключевым требованиям современных предприятий, которым нужны SSD-накопители с максимально высокой плотностью записи, быстрые и доступные по финансам.

Диск Micron 6550 ION предлагает значительный прогресс в производительности и емкости относительно своего предшественника, 6500 ION. Он поддерживает спецификации PCIe Gen5 и перспективный стандарт OCP 2.5. Безопасность данных также входит в число приоритетов Micron 6550 ION, который отвечает всем требованиям стандартов TAA и FIPS 140-3 L2 и оснащен комплексным набором функций защиты данных.

До выхода Micron 6550 ION на базе TLC производители, чтобы достичь емкости 61.44 ТБ, вынуждены были использовать память QLC NAND. В дополнение к более современному интерфейсу Gen5, память G8 TLC NAND предлагает лучшие скорость и ресурс записи и энергетическую эффективность, чем QLC NAND. В плане показателей производительности диск достигает скорости последовательного чтения и записи 12 и 5 ГБ/с, потребляя не более 20 Вт. Относительно конкурирующих аналогов эти показатели означают на 179% большую пропускную способность при чтении и на 150% – при записи. Еще касательно скорости записи: время заполнения всего объема Micron 6550 ION – 61.44 ТБ – при непрерывной записи составляет всего за 3.4 часа. Кроме того, диск Micron 6550 ION демонстрирует впечатляющую пропускную способность при чтении данных (4K-блоками) в случайном порядке – до 1.6 млн IOPS, что на 80% быстрее конкурирующих аналогов.

Хотя наибольший энтузиазм у нас вызывает весомый прогресс в части плотности данных в форм-факторе E3.S, также стоит отметить, что Micron предлагает 6550 ION еще и в форм-факторах E1.L и U.2. Этим обеспечивается широкое разнообразие поддерживаемых семейством платформ, без компромиссов со стороны производительности или набора функций.

PCIe Gen5: важнейшая вещь для высокоемких NVMe SSD

Семейство SSD Micron 6550 ION дает много поводов для восхищения, и, вероятно, наиболее важный среди них – то, что это первый коммерческий диск максимального класса емкости с интерфейсом Gen5. PCIe Gen5 предлагает значительно улучшенные характеристики по сравнению с PCIe Gen4, прежде всего в части пропускной способности, скорости передачи данных и энергетической эффективности – это ключевые усовершенствования, отвечающие растущим требованиям современных приложений, работающих с большими данными.

В целом, PCIe Gen5 имеет существенные преимущества перед Gen4 с точки зрения производительности, энергетической эффективности и масштабируемости. Это идеальное решение для продвинутых дата-центров и высокопроизводительных вычислительных систем, где важны высокая пропускная способность и низкая задержка – особенно для нагрузок с интенсивным чтением данных. И, как первый высокоемкий SSD с PCIe Gen5, диск Micron 6550 ION имеет значительное преимущество перед конкурирующими аналогами, которые все еще работают на PCIe Gen4.

Энергетическая эффективность

Энергетическая эффективность является критически важным аспектом оценки SSD в дата-центрах, и в этом аспекте Micron 6550 ION впечатляет. Потребляя меньшую мощность и выделяя меньше тепла, SSD вносят существенный вклад в снижение общего энергопотребления и тепловых выбросов дата-центра. В результате уменьшается углеродный след и сокращаются операционные расходы предприятия, наряду с решением задач использования дисков в режиме 24/7. Благодаря лучшей в классе 60-терабайтных SSD энергетической эффективности диск Micron 6550 ION потребляет до 20% меньше мощности, чем конкурирующие аналоги, и при этом обеспечивает значительно более высокую производительность.

Диски NVMe поддерживают несколько энергетических режимов работы, определяющих баланс производительности и энергопотребления. SSD Micron прошел все тесты в режиме Power State 1 (PS1), который ограничивает энергопотребление диска до 20 Вт (вместо 25 Вт в режиме максимальной производительности). Диски также поддерживают опцию L1 ASPM (Active State Power Management), которая снижает энергопотребление в простое до минимального возможного уровня.

В части соотношения энергопотребления и производительности Micron 6550 ION демонстрирует выдающиеся показатели: последовательное чтение – 600 МБ/с/Вт, что на 179% лучше, чем у конкурентов; последовательная запись – 250 МБ/с/Вт, выигрыш 213%; случайное чтение и запись – 80 и 3.5 тыс. IOPS/Вт, что тоже впечатляет, а конкуренты здесь отстают на 99% и 141% соответственно.

За счет повышения энергетической эффективности SSD дата-центры смогут поддерживать высокую производительность и одновременно оптимизировать операционные расходы.

Дизайн SSD Micron 6550 ION

Диск Micron 6550 ION SSD впервые предлагает 61.44 ТБ емкости в формате E3.S-1T, и это позволяет повысить плотность данных (в пересчете на одну стойку) на 67% по сравнению с 61.44-терабайтными SSD формата U.2. Тонкий 7.5-миллиметровый форм-фактор E3.S-1T до сих пор ускользал от конструкторов, разрабатывающих современные высокоемкие корпоративные SSD. Многие заказчики используют форм-фактор E1.L или U.2, которые располагают большими внутренними площадями для размещения чипов NAND и других компонентов SSD. 15-миллиметровый форм-фактор U.2 у некоторых конкурирующих дисков вмещает двойную компоновку PCB с внутренними соединениями, что позволяет удвоить эффективную площадь печатной платы. Это вариант, если вы можете позволить себе накопители большей толщины, но в более тонких форм-факторах этот способ увеличения емкости не реализуется.

Сложность повышения плотности данных в форм-факторе E3.S обусловлена несколькими ключевыми факторами.

• Физические пространственные ограничения: форм-фактор E3.S оптимален с точки зрения более эффективного охлаждения накопителя воздушным потоком по сравнению с традиционным 2.5-дюймовым форматом. Но внутреннее пространство E3.S ограничено. Поэтому уплотнение компоновки чипов NAND и цепей контроллера не в ущерб производительности или эффективности охлаждения – сложная техническая задача.

• Организация охлаждения: SSD с высокой плотностью чипов памяти выделяют больше тепла, которое сложно рассеивать в компактном форм-факторе. Эффективное теплорассеяние необходимо для поддержания стабильно высокой производительности и предотвращения троттлинга, поэтому принципиально важно соблюсти баланс плотности компоновки SSD и адекватного решения в части охлаждения.

• Энергопотребление: так как емкость флэш-памяти увеличивается, растут и требования к энергообеспечению диска. Разработка диска E3.S, который обладал бы высокой емкостью и при этом оставался в приемлемых для стоек дата-центра рамках потребляемой и рассеиваемой мощности – тоже сложная задача.

Хотя диск E3.S отличается выдающимися характеристиками емкости и форм-фактора, Micron выпускает также диски 6550 ION E1.L и U.2. Эти форм-факторы ориентированы на широкую аудиторию заказчиков Micron, которые используют более традиционные корпоративные серверы с дисковыми отсеками U.2 и гиперскейлеры с E1.L. Все диски отличает вертикально интегрированный дизайн с DRAM-кэшем Micron, чипами NAND, контроллером и схемой прошивки внутрифирменной разработки.

Спецификации SSD Micron 6550 ION

Проверка производительности Micron 6550 ION в синтетических тестах

Мы [StorageReview Lab] протестировали диск Micron 6550 ION формата U.2 на платформе Dell PowerEdge R760. В наши задачи входила проверка заявленных Micron показателей производительности и сравнение фактических результатов нашего тестирования 6550 ION с результатами QLC SSD аналогичной емкости Solidigm P5336, который на данный момент является практически единственным массовым 61.44-терабайтным SSD.

Помимо собственно производительности, мы протестировали на Micron 6550 ION энергетические режимы, в которых ограничивается энергопотребление накопителей. При том, что все устройства NVMe могут работать в режиме максимальной мощности (потребляя до 25 Вт), NVMe SSD в целях экономии энергии поддерживают опции меньших пиковых значений потребляемой мощности. У некоторых дисков ограничения по мощности могут значительно влиять на производительность, но Micron 6550 ION оптимизирован в расчете на более низкое энергопотребление, предлагая дата-центрам высокую производительность в рамках меньшего энергопакета.

Перед началом тестирования производительности мы назначили диску Micron 6550 ION режим PS1, а Solidigm P5335 оставили в режиме PS0, то есть без ограничений по мощности. Micron 6550 ION поддерживает восемь энергорежимов (от PS0 до PS7), соответствующих диапазону пиковой мощности от 25 Вт (максимум) до 10 Вт (минимум). В режиме PS1 у этого SSD пиковая мощность снижается до 20 Вт. Для сравнения, Solidigm P5336 поддерживает три энергорежима (от PS0 до PS2), с тем же диапазоном от 25 до 10 Вт и шагом 5-10 Вт.

Предварительная подготовка к тестированию включала в себя двукратное заполнение каждого SSD последовательными блоками данных по 128K. После этого диски тестировались на скорость последовательного чтения и записи 128K-блоков. Затем предварительная нагрузка была заменена на двукратное заполнение дисков 16K-блоками в случайном порядке, после чего были проведены тесты на скорость случайного чтения и записи блоков по 16K.

Итак, результаты тестирования SSD Micron 6550 ION в нашей лаборатории соответствуют заявленным характеристикам, а в ряде случаев даже превосходят спецификации Micron.

В тесте на случайное чтение 16K диск Micron 6550 ION поддерживал скорость 11.6 ГБ/с, против 7.4 ГБ/с у Solidigm P5536. Установившаяся скорость случайной записи 16K на Micron 6550 ION составила 1.4 ГБ/с, тогда как у P5336 аналогичный показатель составил только 850 МБ/с. Последовательное чтение 128K с диска Micron 6550 ION осуществлялось со скоростью 12.7 ГБ/с, против 7.5 ГБ/с у Solidigm P5336. Скорость последовательной записи 128K на Micron 6550 ION и Solidigm P5336 составила соответственно 8.2 и 3.2 ГБ/с.

В сравнении с Solidigm P5336 мы отмечаем множество аспектов, в которых более современный интерфейс Gen5 обеспечивает диску Micron 6550 ION значительное преимущество перед P5336 с интерфейсом Gen4, и это ожидаемо. Разница между Gen4 и Gen5 заключается, прежде всего, в пропускной способности, то есть в количестве данных, которое диск может прокачивать через проводное подключение в единицу времени. Интерфейс PCIe Gen4 с четырьмя линиями способен пропускать около 7 гигабайт в секунду, тогда как более новый интерфейс PCIe Gen5 имеет вдвое большую пропускную способность – 14 ГБ/с. Кроме того, более производительная память TLC NAND дает диску Micron дополнительное преимущество перед аналогами на базе QLC.

Производительность Micron 6550 ION в ИИ-приложениях

Приложения ИИ традиционно напрягают администраторов, поскольку требуют высокопроизводительных серверов с хорошей энергетической эффективностью. Micron представляет результаты 6550 ION в сравнении с Solidigm P5336 для трех различных сценариев: ускоренное обучение ИИ в NVIDIA Magnum IO с технологией GPUDirect Storage, глубокое обучение нейросети Unet3D и тренировка чекпойнтов ИИ. Технология GPUDirect Storage (GDS) разрешает прямой обмен данными между накопителем и GPU в обход процессора и системной памяти, что снижает задержку за счет сокращения пути данных.

Заключение

Переход корпоративных SSD на интерфейс Gen5 дает разработчикам серверов больше вариантов, чем когда-либо. Форм-фактор E3.S открывает широкие возможности для повышения плотности данных. С поддержкой формата E3.S стандартный сервер 1U может вместить 20 таких SSD, против восьми-десяти дисков U.2. Аналогично, сервер 2U может использовать до 32-х (и более) SSD E3.S против 24-х в системе U.2. Интересно, что некоторые производители серверов, например, Dell Technologies, перешли на поддержку E3.S как единственного варианта накопителей Gen5, что делает развитие экосистемы E3.S SSD крайне важным.

В первых тестах на производительности мы проверили заявленные характеристики SSD Micron 6550 ION. Ключевой коммерческий аргумент 6550 ION – профиль производительности в отношении к энергопотреблению. Мы ограничили мощность Micron 6550 ION до PS1 (или до 20 Вт максимум) и запустили случайные нагрузки 16K и последовательные 128K, чтобы далее сравнить результаты с аналогичными результатами Solidigm P5336. Сравнение однозначно в пользу 6550 ION с памятью TLC NAND: последовательное чтение 128K – 12.7 ГБ/с против 7.5 ГБ/с у Soldigim P5336; случайная запись 16K – 84.5 тыс. IOPS против всего 51.9 тыс. IOPS у P5336.

В этом обзоре мы сравнили диск Micron 6550 ION с единственным на сегодняшний день массовым 61.44-терабайтным корпоративным SSD Solidigm P5336. Это важно, хотя по уровню производительности они даже рядом не стоят. Команде разработчиков Micron удалось запечатать внушительное количество памяти NAND в 7.5-миллиметровом корпусе накопителя и при этом сделать акцент на энергетической эффективности, производительности и экономичности. Первые впечатления от этого диска вдохновляют нас на дальнейшие исследования, которые позволят лучше понять, как он работает в различных сценариях использования.