SSD pro VS disques durs SAS 15000 rpm

Introduction

Il ne se passe pratiquement pas une semaine sans qu’un nouveau SSD ne débarque. Si les produits ne cessent de déferler, quelques uns ont tout de même su ne pas retomber dans l’oubli en raison de leurs qualités comme par exemple les X25-M Postville d’Intel, de même que les fabricants de contrôleurs parmi lesquels JMicron, Indilinx ou encore Sandforce ont fait de réels progrès. Toshiba et Western Digital se sont eux aussi essayés aux SSD sans atteindre des sommets en termes de débits. Un des derniers arrivants mérite le détour : le Samsung PM810 (alias 470) se distingue par l’utilisation de « Toggle-mode DDR NAND ». Ce type de mémoire flash est sensé améliorer les performances en transférant les données à la fois sur le front montant et sur le front descendant des impulsions d’horloge, principe déjà mis en applications depuis sept ans avec les barrettes de DDR SDRAM ainsi que celles qui ont suivi. Curieux de voir les résultats, nous en avons pris deux pour un face à face avec un RAID massif composé de disques SAS 15 000 tr/min.

Jusqu’où vont les SSD actuels ?

Le fait que les SSD soient capables de mettre les disques durs à l’amende n’a rien de nouveau. Par ailleurs, bon nombre d’entre nous comprennent bien l’importance d’un débit de 200 Mo/sec, d’une consommation très faible, d’une résistance aux chocs importante ainsi que les pièges potentiels propres aux vieux systèmes d’exploitation. Les plus passionnés scrutent les performances E/S, le rendement, la stratégie de mise en cache, la répartition de l’usure, la gestion du TRIM et du RAID : ces points peuvent être déterminants pour le stockage à hautes performances.

Les Samsung PM810 sont de parfaits candidats pour un duel entre SSD et RAID de disques durs professionnels vu qu’ils représentent la dernière évolution en date pour le stockage sur mémoire flash. Par ailleurs, un nouveau comparatif spécifique étant en préparation, il n’y aura pas d’autres SSD dans cet article.

Les deux SSD Samsung PM810 256 Go sont donc opposés à huit disques Fujitsu MBA3147RC 148 Go dans une optique de performances maximales : les solutions testées sont montées en RAID 0 sur une carte contrôleur LSI Logic MegaRAID SAS 9260-8i.

Evolutions des SSD

Lorsque l’on parle de performances pour les SSD, il est important de préciser : si ce sont les débits qui sont généralement sous-entendus, il peut aussi s’agir de leur consommation ou bien de ratios plus complexes (comme la performance par Watt). La capacité par Watt est ainsi particulièrement importante pour le stockage de masse tandis que les configurations de très haut niveau (tout particulièrement dans le monde professionnel) peuvent quant à elles tirer parti de bonnes performances par Watt.

Chez les particuliers, ce sont les débits qui retiennent l’attention en premier lieu sachant que ceux-ci vont maintenant de 180 à 300 Mo voir plus en lecture séquentielle et 80 à 300 Mo/sec en écriture séquentielle. Si la plupart des modèles récents plafonnent à 300 Mo/sec du fait de l’interface SATA II 3 Gbits/sec, les SSD SATA 6Gbits/sec ne sont pas pour autant la panacée vu que leurs performances E/S ne s’envolent pas malgré l’absence de goulet d’étranglement côté interface.

La plupart des SSD emploient différents types de mémoire flash et maximisent les performances grâce à une architecture multicanal, ce qui ne nécessite pas systématiquement une augmentation du débit de l’interface. A contrario, la mémoire flash ne demande qu’à être améliorée.

Quels moteurs pour la croissance de la mémoire flash ?

Comme on peut le voir d’après les données de Samsung, les SSD nécessitent environ 10 % de la production actuelle de mémoire flash et devraient quasiment doubler cette part d’ici 2012. Les seuls types de produits dont la progression devrait être encore plus fulgurante sont les smartphones et les tablettes.

Quelles étapes pour la performance ?

On voit ici dans quelle mesure la mémoire flash DDR constitue une avancée par rapport à la mémoire flash SDR classique : Samsung promet une progression de 10 à 35 %  au niveau des opérations E/S. Il ne faut donc pas s’attendre à voir les débits augmenter, à l’inverse du nombre de transactions individuelles qui pourrait connaître une forte progression.

Bien qu’étant lui aussi au format 2,5 pouces, le Samsung PM810 possède une caractéristique singulière : seulement 7 mm de hauteur là où les disques durs et SSD du même format sont le plus souvent à 9,5 mm.

Samsung PM810 (alias 470) Series : MZ-SPA256

Rappelons-nous la transition de la SDRAM à la DDR SDRAM : les performances théoriques passaient quasiment du simple au double et pourtant, le gain de performance concret était bien plus modeste. Il faut s’attendre à un constat similaire avec la mémoire flash de type « toggle-mode ».

La série PM810 se décline sur trois modèles de 64, 128 et 256 Go, lesquels sont tous annoncés à 250/220 Mo/sec en lecture/écriture séquentielle. Le fabricant coréen insiste sur l’épaisseur réduite à seulement 7 mm tout en ayant conservé un processus de fabrication en 34 nm, ce qui pourrait augmenter considérablement la densité du stockage ainsi que celle des opérations E/S.

On sait malheureusement assez peu de choses du contrôleur utilisé par Samsung, si ce n’est qu’il a la particularité d’être multi-core. Le tampon mémoire DRAM dédié permet quant à lui de répartir l’usure. Côté garantie, Samsung fixe un seuil à 3 ans et 1,5 million d’heures qui est confortable pour les particuliers mais constitue plutôt un minimum pour le marché professionnel. La consommation annoncée (0,14 Watt en idle et 0,24 Watt en charge) du PM810 pourrait bien en faire une nouvelle référence en termes de performance par Watt, ce que l’on verra lors du comparatif à venir.

Le PM810 avait été annoncé à 699, 399 et 199 dollars pour les versions 256, 128 et 64 Go en août dernier. Le référencement chez nous s’est traduit par un changement de nom puisqu’il faut désormais parler de Samsung 470, tandis que les trois versions sont respectivement positionnées à 600, 300 et 130 euros.

Fujitsu MBA3147RC (147 Go, 15 000 tr/min)

Ce disque 3,5 pouces 15 000 tr/min en SAS 3 Gbit/sec a la particularité d’être également vendu par Toshiba sous la même référence comme suite au rachat de la branche disques durs de Fujitsu. Hitachi et Seagate ont commercialisé de nouveaux modèles depuis, mais les performances en E/S n’ont évolué que de façon marginale, ce qui rend le MBA3147RC encore tout à fait représentatifs des disques qui équipent les serveurs actuels.

Nous avons utilisés huit modèles 147 Go, sachant qu’il existe aussi des déclinaisons 47 et 300 Go. Les trois versions disposent de 16 Mo de cache ainsi qu’une garantie de 5 ans et 1,4 million d’heures.

Les 122 Mo/sec atteints en pointe n’ont plus rien d’exceptionnel vu que les disques durs ont su dépasser les 200 Mo depuis quelques temps, par contre les performances E/S sont encore très appréciables, surtout quand on assemble une grappe de quatre voir huit disques en RAID. On aurait effectivement pu prendre des disques durs encore plus performants au niveau des débits, mais les SSD sont de toute façon plus performants dans l’absolu sur ce point.

Le RAID peut-il faire mieux que les SSD ?

LSI MegaRAID SAS 9260-8i

FujitsuMBA3147RC x4 et x8

Une carte contrôleur LSI MegaRAID 9260-8i a été associée à des grappes de 4 et 8 Fujitsu MBA3147RC en RAID 0. Les débits devraient être supérieurs à ceux des SSD, mais quid des performances E/S ?

La consommation est un autre élément qui mérite considération. La celle-ci est relevée à la prise lors des tests en profil station de travail et lecture vidéo ainsi qu’en veille. Sachant que notre configuration s’articule autour d’un Core i7-920, d’une carte mère professionnelle Supermicro X58 et d’une alimentation puissante sans avoir un rendement exceptionnel, on peut considérer qu’elle est assez représentative d’un haut de gamme d’il y a deux ans.

Configuration du test

Temps d’accès et lecture/écriture de blocs 4 Ko

On retrouve un temps d’accès quasi-nul sur les SSD (comme d’habitude), tandis que les deux RAID sont au-delà des 6 ms malgré le fait que les Fujitsu MBA3147RC soient des modèles très performants sur ce point.

Les résultats sont bien moins nivelés en écriture : cette fois le contrôleur RAID permet aux disques durs de tirer leur épingle du jeu.

Lecture/écriture de blocs 4 Ko

La lecture/écriture aléatoire de blocs 4 Ko est un des tests les plus importants vu que les fichiers de ce type sont très courants au sein des pages de mémoire x86 et clusters de fichiers système.

Les SSD MLC ont particulièrement tendance à être très performants en lecture aléatoire, ce qui se confirme ici : les deux Samsung PM810 font presque 25 fois mieux que les 8 disques durs.

A l’inverse, les opérations d’écriture aléatoire sont plus difficiles à gérer pour les SSD MLC. Concrètement, il s’agit d’un cycle lecture-effacement-modification-écriture quand bien même il ne s’agit que d’un bloc 4 Ko. L’opération étant assez longue, la différence avec les disques durs est plus ténue mais les SSD restent tout de même 2,2 fois plus performants.

Lecture/écriture : débits et streaming

Comme on pouvait s’y attendre, le RAID de huit disques durs fait parler la poudre lorsqu’il s’agit de débits. La constance des deux SSD n’en est pas moins remarquable puisqu’ils se maintiennent systématiquement au dessus de 530 Mo/sec là où les huit disques durs peuvent chuter jusqu’à 430 Mo/sec.

Les débits en pointe sont incroyablement élevés grâce au cache du contrôleur RAID, mieux vaut se focaliser sur les performances minimum et moyennes pour voir des performances réalistes.

Les débits du cache permettent là encore de faire briller la mémoire cache embarquée sur le contrôleur RAID. Non seulement ces chiffres sont utiles pour un benchmark, mais en plus ils sont facilement reproductibles dans un contexte pratique.

Performances E/S

Sans doute le point crucial pour des machines haut de gamme / à usage professionnel, les performances E/S n’ont pas bénéficié d’optimisations en amont du côté des disques durs comme des SSD. On pourrait cependant aller plus loin à l’aide de modifications sur le firmware du contrôleur.

En profil base de données, les opérations en lecture comme en écriture sont très nombreuses et permettent de voir les SSD dominer de la tête et des épaules : ceux-ci font 2,4 fois mieux que huit disques durs.

Même constat avec le profil serveur de fichiers.

En mode serveur web, le benchmark ne compte que des opérations en lecture qui jouent tout de même sur plusieurs tailles de blocs de manière à simuler une lourde charge. Parce que ce test fait appel à leur point fort, les SSD font parler la poudre : les deux Samsung PM810 font tout simplement 12 fois mieux que les huit disques durs.

Performances applicatives

La majorité d’entre nous n’optera pas pour une des trois solutions testées vu les contraintes de coût/encombrement, mais il fallait au moins quelques benchmarks sous PCMark pour les situer dans une optique configuration multimédia.

Les deux SSD impressionnent, en particulier lors du test de démarrage : leurs performances en RAID sont 3,2 fois supérieures à quatre comme huit disques durs 15 000 tr/min.

Consommation

La consommation de la configuration de test est très basse avec les deux SSD puisqu’elle atteint presque ce que l’on peut relever sur une machine ordinaire. A contrario, le RAID de 8 disques durs entraine une surconsommation d’environ 100 Watts ! S’il faut relativiser dans le sens où les résultats varient en fonction de l’alimentation choisie, la différence est telle que l’on pourrait profiter de la faible consommation des SSD pour faire tourner une deuxième machine plus modeste sans que la facture d’électricité en souffre.

Les écarts précédemment constatés se creusent un peu plus en activité.

Rendement

Le rendement est un critère de choix de plus en plus important, a fortiori dans le monde professionnel compte tenu de l’échelle : vu que l’électricité est de plus en plus chère, le choix de composants peu énergivores est doublement bénéfique puisque le coût du refroidissement sera lui aussi revu à la baisse.

On a vu que le RAID de huit disques affichait un débit de 1 Go/sec en pointe tout en souffrant d’une consommation élevée. Les deux Samsung PM810 ne montent qu’à 530 Mo/sec, mais ils sont capables de tenir ces débits tout en affichant une consommation nettement inférieure. A moins de vouloir la performance pour la performance, le vainqueur est évident.

Le profil station de travail permet aux SSD de briller, puisque leur faible consommation est associée à leurs excellentes performances E/S (2 à 12 fois supérieures à celles des disques durs testés aujourd’hui). L’écart serait encore plus important si l’on se focalisait sur les seules solutions de stockages, mais il est plus pertinent de regarder la consommation globale compte tenu des configurations RAID.

Imaginons maintenant le rendement en profil serveur web. Nous nous sommes contentés du seul profil station de travail vu que la charge est plus exigeante, mais il semble clair que les SSD auraient fait entre 20 et 30 fois mieux que les disques durs dans ces conditions.

Conclusion

Comme on pouvait s’y attendre, les deux Samsung PM810 en RAID 0 ont surclassé les 4/8 disques SAS 15 000 tr/min : les performances des SSD sont supérieures dans pratiquement tous les cas à l’exception des tests en débits dont les performances s’échelonnent très bien au fur et à mesure que l’on rajoute des périphériques de stockage. Les disques durs l’ont donc emporté dans ce test par la seule force du nombre.

Notons qu’il existe aujourd’hui des disques durs professionnels plus rapides dont le rendement a été légèrement amélioré par rapport aux huit Fujitsu MBA3147RC. Il n’en demeure pas moins que les écarts relevés sont tels qu’un RAID de SSD comme ceux que nous avons réuni restera intouchable. Pour l’anecdote, aucun fabricant de disques durs n’a voulu nous prêter huit disques durs professionnels après avoir entendu ce que nous avions en tête.

S’agissant des Samsung PM810, si l’utilisation de « Toggle-mode DDR NAND » leur est propre, ils sont toutefois représentatifs des SSD récents. Outre des performances 12 fois supérieures lors d’opérations E/S, leur utilisation permet d’améliorer considérablement le rendement d’une machine par rapport à une grappe de disques durs en RAID.

Passer tout de suite aux SSD ?

Les disques durs peuvent encore constituer un premier choix : exigences caractéristiques pour des machines critiques, coût et capacité sur des configurations où les performances E/S ne sont pas primordiales … chacun verra donc si le changement s’impose.

Un SSD PM810/470 256 Go coûte 600 €, ce qui reste énorme par rapport à de très bons disques SAS 15 000 tr/min qui se négocient sous les 300 €. Le modèle 128 Go nous semble par contre raisonnable à 300 € vu le niveau de performances. Ceci étant, les économies énergétiques alliées aux excellentes performances rendent les SSD particulièrement attractifs lorsque l’on s’attaque à un parc de machines.