Классификация устройств хранения данных в рабочих станциях, на примере линейки Dell Precision11.12.2017 13:06

Рабочие станции Dell — это мощные инструменты для создания профессионального контента самых разных типов. Все устройства линейки объединяет одно: они полностью совместимы со специализированным ПО, обладают высокой производительностью и очень надежны.

В достижении последнего одну из ключевых ролей играет правильный выбор накопителя для хранения данных. И к этой задаче у нас совершенно особый подход. Сегодня мы познакомим вас с методами, которые используем для классификации устройств хранения данных в рабочих станциях серии Dell Precision. Эта информация будет полезна тем, кто хочет разобраться в параметрах производительности самих рабочих станций и подсистем хранения.

Почему важна производительность накопителей?

Рабочие станции оснащаются наиболее быстрыми компонентами, доступными для клиентских систем. Когда дело доходит до хранилища, важно, чтобы профессиональные приложения не тратили большую часть времени, ожидая, когда завершится операция подсистемы хранения. Такие простои существенно снижают общие показатели производительности рабочей станции.

Классификация устройств хранения и уровни производительности

Даже если устройства хранения имеют одинаковую емкость, они могут отличаться форм-фактором, физическим электрическим соединением, протоколом доступа и, конечно, уровнем производительности —спецификациями, определяющими быстродействие таких устройств. Это особенно важно для твердотельных накопителей (SSD), характеристики которых могут быть принципиально разными в зависимости от внутренней архитектуры и применяемой флеш-памяти.

До того, как технология SSD стала основной, производительность жесткого диска часто определялась так называемыми спецификациями «тыла». Пользователь мог просто перевернуть накопитель и посмотреть на характеристики: скорость вращения, емкость кэш-памяти, среднее время поиска, а также значения пропускной способности и количество пластин внутри накопителя. Эти спецификации не всегда напрямую связаны с характеристиками работы отдельных приложений, но дают некоторую основу для сравнения разных дисков в экосистеме HDD.

Что же касается SSD, без использования определенных систематических методов сравнить производительность нескольких моделей будет очень сложно. Твердотельные накопители могут предусматривать в спецификациях какую-то описательную информацию, но сопоставлять SSD-интерфейсы, типы флеш-памяти и модели контроллера флеш-памяти с производительностью приложений не слишком рационально.

SSD имеют существенные преимущества перед традиционными жесткими дисками, однако без какой-либо систематической оценки быстродействия бывает сложно сравнить друг с другом разные модели твердотельных накопителей. Классифицируя устройства хранения данных по результатам измерений производительности, Dell поднимает эффективность эксплуатации профессиональных рабочих станций.

SSD M.2 в ноутбуке Dell XPS 13 9365

Методы измерения

Измерения производительности необходимы для дифференциации твердотельных накопителей. Но что нужно измерять? По логике, чтение и запись — как случайные, так и последовательные. Если руководствоваться некоторыми из наиболее популярных тестов для клиентов, можно было бы сделать вывод о том, что следует измерять только пиковую производительность — максимально возможные значения пропускной способности или операций ввода-вывода в секунду (IOPS).

Эталонное тестирование для классификации накопителей по производительности

Пиковые значения и методы, которые используются для их измерения, могут соответствовать или не соответствовать тому или иному профессиональному приложению. Это особенно касается тестов, измеряющих максимальную производительность при идеальных условиях — например, значительной глубине очереди операций ввода-вывода, ожидающих выполнения в конвейере хранилища.

Чтобы соответствовать широкому спектру приложений рабочих станций и моделей использования, наши методы классификации хранилищ включают в себя несколько разных типов измерений. Они отражают как прикладные, так и синтетические характеристики.

Кластерный анализ

Результаты измерений производительности различных SSD используются в кластерном анализе. При этом применяется ряд алгоритмов кластеризации, в том числе центроидных и основанных на плотности, с последующим сравнением результатов.

Вероятно, из-за преимуществ шины PCI Express накопители SSD NVMe формируют четкую группу, отличную от SATA SSD. Это подтвердило наши предыдущие предположения, и мы стали выделять кластеры в каждом из этих интерфейсов.

SATA SSD образовали два кластера: «основной», на модулях флеш-памяти TLC, и «высокопроизводительный» — на памяти MLC. Это показывает, что SSD на основе MLC превосходят SSD на TLC. Однако при выполнении некоторых измерений базовые накопители в высокопроизводительном кластере могут иметь такие же (или немногим худшие) характеристики, как и топовый накопитель в другом кластере.

SSD NVMe тоже показали разделение на два кластера, к тому же гораздо более отчетливое, чем их SATA-аналоги форм-факторов 2.5» и М.2. «Основной» кластер образовали накопители SSD на основе TLC, в то время как «кластер высокой производительности» включал MLC и даже несколько SSD на основе SLC (дополнительных высокопроизводительных карт, add-on).

В итоге для классификации отдельных устройств хранения мы выбрали алгоритм кластеризации на основе центроидов. Несмотря на то, что это создало небольшое перекрытие между накопителями SSD SATA с флеш-памятью MLC и накопителями SSD NVMe с флеш-памятью TLC, такой подход позволил нам упростить систему классификации и получить минимальные показатели производительности высокопроизводительных классов.

Упрощенная система классификации

Чтобы выставить четкие требования поставщикам SSD, важно было установить минимальные рекомендации для «кластеров высокой производительности». Именно на этом этапе были созданы классы хранения.

Накопители класса 20 — обычные SSD SATA, которые можно встретить на многих клиентских платформах. Они подойдут пользователям рабочих станций, которым нужны тихие, быстрые и надежные решения для хранения данных.

v

Накопители класса 30 представляют собой самые высокопроизводительные SSD SATA. Когда мы вводили систему классификации, таких моделей на рынке было достаточно много. Сегодня же из-за ряда факторов, включающих рост производительности накопителей на основе TLC, выпускается ограниченное количество SSD класса 30. Если пользователи рабочих станций нуждаются в более широких возможностях, чем могут обеспечить устройства класса 20, стоит обратить внимание на NVMe-накопители.

К классу 40 относятся преимущественно массовые SSD NVMe с флеш-памятью TLC. Здесь представлено значительное количество моделей с самой разной производительностью, поскольку новые поколения приходят на смену старым.

Накопители класса 50 — высокопроизводительные SSD, которые обеспечивают значительный прирост быстродействия по сравнению с классом 40. Многие из них основаны на MLC, но некоторые модели поддерживают более новые и быстрые технологии флеш-памяти, такие как 3D Xpoint. Именно эти накопители мы устанавливаем в рабочих станциях Precision.

Производительность класса 30

Чтобы считаться высокопроизводительным SSD SATA, накопитель должен иметь определенную емкость и соответствовать как минимум 8 из 11 требований, перечисленных в таблице:

Производительность класса 50

Самой высокопроизводительной может считаться та модель SSD, которая также отвечает по меньшей мере восьми представленным ниже требованиям. Тип подключения в этом случае значения не имеет.

Обновление классификации

Технология хранения данных продолжает развиваться, и система классификации полезна только тогда, когда она совершенствуется вместе с технологиями. Каждые шесть месяцев мы ее пересматриваем и анализируем разницу между классами. Перемещение центров кластеров вверх может влиять на минимальную требуемую производительность: вот почему количество и разнообразие моделей класса 30 сокращается, а класс 40 продолжает расти.

Выводы

Твердотельные накопители обеспечивают значительные преимущества по сравнению с вращающимися жесткими дисками. Но встает вопрос, как отличить высокопроизводительные SSD от их менее производительных эквивалентов. Dell решает эту задачу благодаря своей системе классификации: она позволяет определить минимальные требования к накопителям, которые будут классифицированы как высокопроизводительные.