Deux en un: Intel Optane Memory H10 (partie 2)

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Test de conduite AnandTech - Le destructeur

Le Destroyer est un test extrêmement long qui reproduit les modèles d'accès aux applications avec de grandes quantités d'E / S. Comme lorsqu'ils sont utilisés dans des conditions réelles, les lecteurs obtiennent parfois une courte pause, ce qui permet d'utiliser la collecte des ordures en arrière-plan et le nettoyage du cache, mais ces temps d'arrêt sont limités à 25 ms, il n'est donc pas nécessaire de passer une semaine entière pour effectuer un test. Les tests AnandTech Storage Bench (ATSB) n'incluent pas le lancement d'applications réelles qui ont généré des charges de travail, de sorte que les estimations ne sont pas très sensibles aux changements de performances CPU et RAM de notre nouveau banc de test, mais la transition vers une version plus récente de Windows et de nouveaux pilotes peut avoir un effet notable.



Nous évaluons les résultats de ce test en rapportant le débit moyen du disque, la latence d'E / S moyenne et l'énergie totale consommée par le lecteur pendant le test.



La mémoire Intel Optane H10 fonctionne mieux dans The Destroyer avec la mise en cache désactivée, avec l'Optane totalement inactif. Ce test ne laisse pas beaucoup de temps pour l'optimisation en arrière-plan du placement des données, et la quantité totale de données déplacées est beaucoup plus grande que le cache Optane de 32 Go. 512 Go de QLC NAND manquent de performances pour un nettoyage rapide du cache.





Le côté QLC de la mémoire Optane H10 elle-même a de faibles scores de latence moyenne du 99e centile, et le manque de mémoire cache ne fait qu'exacerber la situation. Même le disque dur à 7200 tr / min a fait mieux.





Les latences de lecture moyennes de la mémoire Optane H10 sont pires que tous les lecteurs basés sur TLC, mais bien meilleures que les disques durs avec ou sans cache Optane devant. Dans le cas d'un enregistrement QLC H10, le SSD est envoyé au dernier endroit à la fin du cache SLC.





Le cache d'Optane a un effet positif sur le 99e centile de la latence de lecture H10, rapprochant le lecteur du SSD Crucial MX500 et surpassant considérablement le modèle QLC 1LC 660p plus grand. La latence d'écriture dans le 99e centile est terrible, mais même avec un débordement de cache provoquant des écritures redondantes, le H10 n'est pas aussi mauvais que le Toshiba RC100 sans DRAMless.

Test de conduite AnandTech - lourd

Notre test pour les charges lourdes «Heavy» donne une charge d'enregistrement proportionnellement plus élevée que le «Destroyer», mais prend beaucoup moins de temps. La quantité totale de données enregistrées dans le test Heavy n'est pas suffisante pour remplir le disque, de sorte que les performances ne tombent jamais dans une condition de travail stable. Ce test est beaucoup plus applicable aux indicateurs de consommation d'énergie quotidienne, et ses performances de pointe sont considérablement affectées par les performances de pointe du variateur. Des données détaillées sur le test lourd peuvent être trouvées dans l'article correspondant sur AnandTech. Ce test s'exécute deux fois, une fois sur un disque entièrement effacé et une fois après avoir rempli le disque avec un enregistrement continu.



Dans le test Heavy, la mise en cache accélère sans ambiguïté la mémoire Intel Optane H10, ce qui porte son débit de données moyen à la gamme de bons SSD NVMe basés sur TLC si le test est effectué sur un disque vide. Les performances des quatre roues motrices sont toujours meilleures avec un cache que sans lui, mais en fin de compte, le comportement de la NAND QLC après avoir rempli le SLC ne peut pas être masqué par Optane. Aucun des disques basés sur TLC ne ralentit lorsqu'ils sont pleins autant que les disques QLC.





La latence moyenne et de 99% du H10 est à peu près la même que celle des autres lecteurs TLC, uniquement lorsque le test s'exécute sur un disque vide. Lorsque le test lourd s'exécute sur un disque plein, avec un cache SLC complet et un cache Optane inactif, la latence est encore pire qu'un disque dur de cache Optane. Le retard H10 moyen dans le cas de la transmission intégrale est toujours nettement meilleur que lorsque vous n'utilisez qu'une partie du QLC, mais le cache Optane n'améliore pas du tout le 99e centile du retard.





La latence de lecture moyenne du H10 est nettement pire lorsque le test Heavy est exécuté sur un disque plein, mais elle est toujours légèrement meilleure que le SSD SATA. Le délai d'écriture moyen est celui où le QLC semble particulièrement mauvais, avec un entier H10 pire que celui du disque dur, et avec la mise en cache Optane désactivée, le délai d'écriture est dix fois plus élevé que celui du SSD TLC.





Le centile de latence de lecture de 99 pour H10 sans mise en cache Optane est un problème sérieux lors des tests de disque complet, mais l'utilisation du cache Optane ramène la QoS de lecture à une plage décente pour les SSD. 99 - Le centile du retard d'enregistrement semble mauvais sans le cache Optane, et pire encore avec.

Test de conduite AnandTech - Léger

Notre test de conduite légère a relativement plus de sessions consécutives et moins de profondeur de file d'attente que le test Destroyer ou Heavy, et c'est de loin le test le plus court dans l'ensemble. Il est principalement basé sur des applications qui ne dépendent pas beaucoup des performances du lecteur, de sorte que les résultats des tests sont plus susceptibles de montrer l'heure de lancement des applications et des téléchargements de fichiers. Ce test peut être considéré comme la somme de tous les petits retards dans l'utilisation quotidienne, mais si le temps d'arrêt est réduit à 25 ms, il faut moins d'une demi-heure pour le terminer. Des informations détaillées sur le test Light peuvent être trouvées dans l'article correspondant sur AnandTech. Comme dans le cas du test ATSB Heavy, ce test est exécuté deux fois: sur un lecteur qui a été complètement nettoyé, et après avoir rempli le disque avec un enregistrement séquentiel.



La mémoire Intel Optane H10 est en concurrence avec les lecteurs bas de gamme NVMe lorsque le test Light s'exécute sur un lecteur vierge. Bien que les performances plus élevées d'une seule partie du QLC lui-même indiquent que l'évaluation de l'ensemble du H10 est probablement quelque peu sous-estimée. Les performances du disque complet sont pires que tous les SSD basés sur TLC, mais surpassent toujours de manière significative un disque dur sans cache Optane.





La latence moyenne et à 99% de la mémoire Optane H10 est compétitive par rapport à la NAND TLC, lorsque le test est effectué sur un disque vide, et même avec un disque plein, les indicateurs de latence restent meilleurs qu'un disque dur mécanique.





Le délai d'écriture moyen avec un disque plein est la seule chose qui isole et identifie le H10 comme un disque NVMe au-dessus du niveau d'entrée. Un Toshiba RC100 sans DRAM basé sur TAM s'est avéré pire dans ce scénario.





Contrairement aux retards moyens, les retards de 99 centiles de la lecture et de l'écriture sur l'Optane H10 montrent qu'il rencontre des difficultés importantes lors du remplissage. Le cache Optane ne suffit pas à compenser le manque de cache SLC.

Performances de lecture aléatoire

Le premier test de performance de lecture aléatoire utilise des lots d'opérations très courts qui sont effectués un à la fois et sans file d'attente. Les disques ont suffisamment de temps d'arrêt entre les packages pour que le cycle de service global soit de 20%, de sorte qu'une régulation thermique n'est pas possible. Chaque package se compose de 32 Mo de lectures aléatoires de 4 Ko, de 16 Go de données sur disque. La quantité totale de données lues est de 1 Go.



Lorsque vous testez la lecture aléatoire de paquets courts, les données sont facilement placées dans le cache Optane de la mémoire Optane H10, ce qui surpasse tous les disques SSD basés sur flash, mais beaucoup plus lentement que les périphériques de stockage avec Optane pur.

Longue lecture aléatoire

Le test de performance de la lecture aléatoire continue est similaire au test de notre suite de tests de 2015: les profondeurs de file d'attente de 1 à 32 sont vérifiées, et la productivité moyenne et l'efficacité énergétique par QD1, QD2 et QD4 sont indiquées comme indicateurs principaux. Chaque profondeur de file d'attente est vérifiée pendant une minute ou 32 Go de données transférées, ce qui est plus rapide. Après avoir vérifié la profondeur de chaque file d'attente, le lecteur dispose d'une minute pour refroidir, de sorte que l'accumulation de chaleur est peu susceptible d'affecter les profondeurs plus élevées de la file d'attente. Les opérations de lecture séparées sont toujours de 4 Ko et occupent 64 Go de disque.



Avec un long test de lecture aléatoire qui couvre une plus grande plage de disques que le cache Optane peut gérer, les performances du H10 sont comparables à celles des SSD basés sur TLC.


Le cache Optane offre un petit avantage par rapport à un stockage QLC propre à faible profondeur de file d'attente, mais à des profondeurs plus élevées, H10 avec la mise en cache activée commence à prendre un réel avantage sur la partie QLC. Malheureusement, les performances sont encore assez faibles et les SSD flash dépassent la lisibilité aléatoire du H10.

Performances d'écriture aléatoire

Le premier test de performances pour l'écriture aléatoire de paquets courts est structuré de la même manière que le test de lecture, mais chaque paquet ne prend que 4 Mo et la longueur totale du test est de 128 Mo. Les opérations d'écriture aléatoire de 4 Ko sont distribuées sur un disque de 16 Go et sont effectuées une à la fois, sans file d'attente.



Les performances d'enregistrement aléatoire de courts paquets H10 avec la mise en cache activée sont supérieures à ce que n'importe quelle moitié du disque peut gérer individuellement, mais beaucoup moins que la somme de ses deux parties. Un cache SLC adéquat sur un lecteur TLC est toujours meilleur qu'un cache Optane au-dessus de QLC.

Comme pour le test de lecture aléatoire continue, notre test d'écriture aléatoire stable de 4 Ko s'exécute jusqu'à une minute ou jusqu'à 32 Go par profondeur de file d'attente, couvrant 64 Go de disque et accordant au disque jusqu'à 1 minute d'indisponibilité entre les profondeurs de file d'attente pour garantir le vidage du cache. et refroidir le disque.



Avec un long test d'écriture aléatoire qui s'étend sur une plage beaucoup plus large que le cache Optane ne peut gérer, l'Optane Memory H10 est à la traîne de tous ses concurrents en termes de mémoire flash. Le logiciel de mise en cache crée finalement une charge supplémentaire qui donne des performances bien inférieures à la partie QLC elle-même, en utilisant uniquement le cache SLC.


Les performances d'écriture aléatoire sur la mémoire Optane H10 sont instables, mais ont tendance à diminuer avec l'augmentation de la profondeur de file d'attente. Deux couches de mise en cache, se croisant, ne sont pas la meilleure recette pour un fonctionnement stable.

Performances de lecture séquentielle

Le premier test de performance de lecture séquentielle utilise des paquets de données courts de 128 Mo émis par 128 Ko d'opérations hors tour. Le test fait la moyenne des performances sur huit paquets, pour un total de 1 Go de données transférées à partir d'un disque contenant 16 Go de données. Entre chaque package, le variateur bénéficie d'un temps d'arrêt suffisant pour maintenir un cycle de service global de 20%.



Les performances de lecture séquentielle de la mémoire Optane H10 sont bien inférieures à celles des disques haute performance basés sur TLC, mais comparables aux disques NVMe de bas niveau limités à PCIe3 x2. La mise en cache de la mémoire d'Optane n'offre qu'une augmentation de vitesse d'environ 10% par rapport à la vitesse QLC pure, ce n'est donc évidemment pas le cas lorsque les pilotes de mise en cache peuvent partager efficacement l'accès entre Optane et NAND.

Le deuxième test - lecture séquentielle continue - utilise des profondeurs de file d'attente de 1 à 32, tandis que les performances et la puissance sont calculées comme la moyenne de QD1, QD2 et QD4. Chaque profondeur de file d'attente est testée pendant une minute ou jusqu'à 32 Go de données reçues d'un disque contenant 64 Go de données. Ce test est exécuté deux fois: une fois à partir du lecteur préparé par enregistrement séquentiel des données de test, et à nouveau après le test d'enregistrement aléatoire qui a tout mélangé, ce qui a conduit à une fragmentation à l'intérieur du SSD qui est invisible pour le système d'exploitation. Ces deux estimations représentent les deux extrêmes de l'utilisation réelle du disque, où la répartition de l'usure et la modification des données existantes créeront une fragmentation interne qui affectera négativement les performances, mais généralement pas dans la mesure extrême illustrée ici.



Dans un test de lecture séquentiel plus long, la mise en cache Optane ne combine toujours pas efficacement les performances des pièces Optane et NAND H10. Cependant, lors de la lecture de données qui n'ont pas été écrites séquentiellement, le cache Optane est d'une grande aide.


Dans ce test, le cache Optane est un peu gênant pour les lectures séquentielles à faible profondeur de file d'attente. Mais au niveau de QD8 et au-dessus, cela donne certains avantages par rapport à l'utilisation uniquement de QLC.

Performances d'écriture séquentielle

Les paquets de données pour le premier test d'écriture séquentiel sont structurés de manière identique au test de lecture séquentiel, à l'exception de la direction de transfert de données. Chaque paquet écrit 128 Mo sous forme d'opérations de 128 Ko effectuées dans QD1. Un total de 1 Go de données est écrit sur un disque contenant 16 Go de données.



La vitesse d'écriture séquentielle des paquets courts dans la partie Optane elle-même est très faible, c'est donc le cas lorsque le côté QLC NAND aide grandement l'Optane H10. Par conséquent, le QLC H10 est en concurrence avec les disques basés sur TLC, mais lorsque le logiciel de mise en cache interfère avec le H10, des performances de niveau SATA sont obtenues.

Le test d'écriture séquentiel continu est structuré de manière identique au même test de lecture, à l'exception de la direction du transfert de données. La profondeur de la file d'attente varie de 1 à 32, et chaque profondeur de file d'attente est vérifiée pendant une minute ou jusqu'à 32 Go de données transférées, puis jusqu'à une minute d'indisponibilité lorsque le disque est refroidi et collecte les ordures. Le test est limité par une capacité de disque de 64 Go.



La situation est généralement similaire à celle du test précédent, bien qu'ici certains NVMe de bas niveau soient tombés si bas que le score Optane Memory H10 ne semble plus si terrible. Cependant, la partie QLC en elle-même est toujours meilleure en écriture séquentielle continue que la configuration mise en cache.


Il n'y a pas de tendance claire dans les performances H10 pendant le test d'écriture séquentiel continu. Il fonctionne principalement entre les couches QLC et Optane, ce qui signifie que le logiciel de mise en cache interfère et ne permet pas aux deux moitiés de fonctionner ensemble et de fournir de meilleures performances que chacune d'elles individuellement. Il est possible qu'en laissant plus de temps pour effacer les caches Optane et SLC, nous verrons un comportement complètement différent.

Performances de charge aléatoire mixte

Le test de lecture et d'écriture aléatoires mixtes comprend des mélanges allant de la lecture pure à l'écriture pure par incréments de 10%. Chaque mixage est testé pendant 1 minute ou 32 Go de données transférées. Le test est effectué avec une profondeur de file d'attente de 4 et est limité par une capacité de disque de 64 Go. Dans l'intervalle entre chaque mélange, le variateur reçoit un temps de ralenti allant jusqu'à une minute, de sorte que le rapport cyclique total est de 50%.



Les performances de la mémoire Optane H10 dans le test d'E / S aléatoires mixtes sont inférieures à celles de n'importe quelle moitié du lecteur. Le test couvre une plage plus large que ne peut supporter le cache Optane de 32 Go, de sorte que les tentatives de mise en cache du logiciel seront finalement préjudiciables.


Le Q10 H10 lui-même fonctionne de manière similaire à la configuration du cache Optane pendant la moitié du test en lecture, bien que la mise en cache rend les performances incohérentes. Pendant la charge d'écriture, la configuration du QLC pur a une vitesse significative par rapport au périphérique H10 complet, jusqu'à ce que le cache SLC soit épuisé à la toute fin.

Performances de charge séquentielle mixte

Le test mixte de lecture et d'écriture séquentielle diffère du test mixte en effectuant un accès séquentiel de 128 Ko au lieu de 4 Ko à des endroits aléatoires. Un test séquentiel est également effectué à la profondeur de la ligne 1. La gamme de mélanges testés est la même, le temps et les restrictions de transfert de données sont également les mêmes que ceux décrits ci-dessus.



Dans le test d'E / S mixtes en série, la mémoire Optane H10 est en moyenne légèrement meilleure que les SSD SATA, mais il reste un écart important entre le H10 et les disques TLC hautes performances. Il s'agit d'un autre scénario dans lequel le logiciel de mise en cache d'Optane ne peut pas aider tout le temps, et les performances globales du H10 sont légèrement inférieures à celles d'une pure NAND QLC avec son propre cache SLC.


Le logiciel de mise en cache conduit à des performances instables de la mémoire Optane H10. Mais la tendance générale est de diminuer les performances lorsque la charge de travail devient de plus en plus laborieuse lors de l'enregistrement. QLC , .

Conclusion

L'idée derrière Optane Memory H10 est assez intrigante. QLC NAND a besoin d'améliorer les performances pour être compétitif avec les SSD basés sur TLC, et la mémoire Intel 3D XPoint est toujours le système de stockage non volatile le plus rapide du marché. Malheureusement, trop de facteurs réduisent le potentiel de H10. Ce sont deux SSD distincts sur la même carte, donc du côté NAND du lecteur, une certaine quantité de RAM est toujours requise, ce qui augmente le coût. La mise en cache est entièrement contrôlée par logiciel, de sorte que le contrôleur SSD NAND et le contrôleur Optane ne peuvent pas correspondre, et le logiciel de mise en cache Intel a parfois du mal à utiliser les deux parties du disque en même temps.

Certains de ces problèmes sont aggravés par les conditions de test; notre suite de tests a été conçue en pensant à la mise en cache d'écriture SLC, mais pas à une mémoire cache à deux niveaux, qui fonctionne parfois plus comme RAID-0. Aucun de nos tests synthétiques n'a réussi à déclencher une agrégation de bande passante entre les pièces Optane et NAND H10. Intel avertit qu'ils n'ont optimisé leurs algorithmes de mise en cache que pour les modèles de stockage réels, et il est facile de voir comment certains de nos tests montrent des différences qui peuvent être très importantes. (En particulier, bon nombre de nos tests ne donnent au système que la possibilité d'utiliser uniquement la mise en cache au niveau bloc, mais le logiciel Intel peut également effectuer une mise en cache au niveau fichier.) Mais cela ne fait que souligner que la mémoire Optane H10 n'est pas une solution universelle pour tous les systèmes de stockage.

Pour les charges de travail les plus lourdes et les plus intenses, placer le petit cache Optane devant la NAND QLC ne fait que retarder l'inévitable baisse des performances. Dans certains cas, essayer de stocker les données correctes dans le cache entraîne plus de problèmes de performances que de bons. Cependant, les applications réelles qui génèrent un si grand nombre d'opérations d'E / S ne fonctionneront probablement pas bien sur un processeur d'ordinateur portable de 15 watts. L'ajout du cache Optane ne pouvait pas transformer par magie le disque SSD de bas niveau en champion, et l'Optane Memory H10 n'est probablement jamais un bon choix pour les PC de bureau qui peuvent facilement accueillir une plus large gamme d'options de stockage qu'un ultrabook mince.

À des charges plus faibles, qui sont plus typiques d'un ultrabook, l'Optane Memory H10, en règle générale, rivalise avec d'autres NVMe économiques et, dans de bonnes conditions, peut être plus réactif que n'importe quel lecteur flash NAND. Pour un usage quotidien, le H10 est certainement préférable à un lecteur QLC uniquement, mais par rapport aux lecteurs basés sur TLC, il semble plutôt faible. Nous n'avons pas eu la possibilité de faire des mesures détaillées de la consommation d'énergie de l'Optane Memory H10, mais il est peu probable qu'il soit en mesure de fournir une meilleure autonomie de la batterie que les disques SSD haut de gamme basés sur TLC.

Si Intel envisage sérieusement de mettre en cache QLC + Optane et souhaite fournir un concurrent sérieux aux disques TLC, ils devront faire quelque chose de mieux que la mémoire Optane H10. Les SSD TLC auront presque toujours un profil de performances plus stable qu'un appareil à plusieurs niveaux. Le cache Optane sur le H10 n'est pas suffisamment efficace pour de bonnes performances sous des charges de travail élevées, et à faibles charges, il ne peut pas augmenter suffisamment les performances pour donner au H10 un avantage notable sur les meilleurs disques TLC. Dans des conditions idéales, les performances maximales même des QLC purs semblent très rapides en raison de la mise en cache SLC. Et, évidemment, Intel devrait se concentrer sur l'amélioration des performances dans le pire des cas, plutôt que sur l'optimisation des cas d'utilisation qui semblent de toute façon presque instantanés.

Optane a remporté un grand succès dans certains segments du marché des entrepôts de données, mais sur le marché des consommateurs, il est toujours à la recherche d'un créneau approprié. QLC NAND est également encore relativement jeune et incompréhensible, bien que récemment la promesse d'une réduction significative des prix ait enfin commencé à être tenue. La combinaison de QLC et d'Optane peut encore créer un produit de consommation impressionnant, mais Intel aura besoin de plus de travail que ce SSD, qui semble fait à la hâte.

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