KIOXIA CM9-R: первый взгляд на корпоративные SSD с восьмиэтажной архитектурой BiCS FLASH
KIOXIA CM9-R — это первая серия корпоративных твердотельных накопителей, базирующаяся на восьмом поколении BiCS FLASH. Модель емкостью 15,36 ТБ в форм-факторе E3.S является «золотой серединой» линейки: она демонстрирует производительность 3 400 000 IOPS при случайном чтении и 14 800 МБ/с при последовательном чтении, сохраняя при этом типичный активный уровень энергопотребления на отметке 25 Вт. В KIOXIA подчеркивают, что дизайн CBA (CMOS directly Bonded to Array) в памяти BiCS8 позволяет достичь флагманской пропускной способности без необходимости повышать лимиты мощности, в то время как другие Gen5-накопители для корпоративного сегмента зачастую требуют значительно больших затрат энергии для достижения сопоставимых показателей.
Серия CM9-R ориентирована на операции чтения (1 DWPD), дополняя линейку CM9-V с выносливостью 3 DWPD для смешанных нагрузок. Емкости накопителей варьируются от 1,92 ТБ до 30,72 ТБ в формате E3.S, а флагманская версия на 61,44 ТБ доступна только в 2,5-дюймовом исполнении U.2. Важно отметить, что накопители объемом менее 7,68 ТБ используют пятое поколение памяти BiCS, тогда как модели на 7,68 ТБ, 15,36 ТБ и 30,72 ТБ основаны на восьмом поколении. Наша тестовая модель на 15,36 ТБ (KCM9XRJE15T3) примечательна тем, что именно на этой отметке достигаются пиковые характеристики записи для всей серии: 11 000 МБ/с при последовательной записи и 540 000 IOPS при случайной записи — показатели, которыми не обладает ни одна другая модель в линейке.
Накопитель использует интерфейс PCIe 5.0 x4 с поддержкой двухпортового режима x2 для обеспечения отказоустойчивых топологий. Устройство соответствует стандартам NVMe 2.0, NVMe-MI 1.2c и частично спецификации OCP Datacenter NVMe SSD v2.5. Стандартная защита от сбоев питания и сквозная защита данных дополняются вариациями безопасности: SIE, SED и FIPS 140-3 SED.
Методика тестирования и конфигурация
Все тесты проводились на платформе Dell PowerEdge R760 под управлением Ubuntu 22.04.2 LTS. Система оснащена двумя процессорами Intel Xeon Gold 6430 (32 ядра, 2,1 ГГц), 1 ТБ оперативной памяти DDR5-4400 (16 x 64 ГБ) и накопителем Dell BOSS SSD объемом 480 ГБ. Для подключения накопителей использовалась система Serial Cables Gen5 JBOF, а для задач ускорения — графический адаптер NVIDIA L4. В качестве конкурентов выступили: KIOXIA CD9P-R (7,68 ТБ), Sandisk DC SN861 (7,68 ТБ), Solidigm PS1010 (7,68 ТБ), Solidigm PS1030 (12,8 ТБ), Micron 7600 MAX (6,4 ТБ), Micron 9550 MAX (12,8 ТБ) и Micron 9550 Pro (7,68 ТБ). Сравнение с KIOXIA CD9P-R является наиболее показательным, так как этот накопитель демонстрирует возможности BiCS8 в сегменте дата-центров, в то время как CM9-R представляет собой его корпоративный флагманский аналог.
Результаты FIO-тестирования
Последовательная запись 128K (IODepth 16 / NumJobs 1)
CM9-R показал стабильную скорость 8 668,1 МБ/с при задержке 230,4 мкс, заняв третье место в группе после Micron 9550 MAX (10 957,9 МБ/с) и 9550 Pro (10 354,6 МБ/с). Накопитель значительно превзошел остальные модели, работавшие в диапазоне 6 370–7 127 МБ/с, и показал результат на 25% выше, чем у родственной модели CD9P-R (6 912,4 МБ/с).
Последовательное чтение 128K (IODepth 64 / NumJobs 1)
При использовании одного рабочего потока CM9-R продемонстрировал 9 974,6 МБ/с при 801,7 мкс. Это единственный показатель, который существенно ниже паспортных 14 800 МБ/с и результата CD9P-R (14 235,9 МБ/с). Поскольку это однопоточный тест, потенциальным покупателям с нагрузками на однопоточное чтение крупных блоков рекомендуется провести дополнительное тестирование собственного ПО.
Случайная запись 64K
В этом сценарии CM9-R занял второе место с пиком 9 635,3 МБ/с (IODepth 8 / NumJobs 2, задержка 103,4 мкс), уступив лишь Micron 9550 MAX. На низких очередях (IODepth 1 / NumJobs 1) накопитель стал лидером с показателем 3 334,8 МБ/с при 18,4 мкс. Задержки оставались под контролем, достигая максимума в 1 942,5 мкс, тогда как конкуренты часто превышали порог в 2 300 мкс (а Solidigm PS1010 достигал почти 6 000 мкс).
Случайное чтение 64K
При глубине очереди 1 и одном потоке CM9-R показал лучший результат в группе — 1 359,0 МБ/с при 45,6 мкс, опередив даже CD9P-R (1 334,0 МБ/с). Пиковая производительность в 13 402,4 МБ/с достигается при IODepth 4 / NumJobs 8 с низкой задержкой 148,7 мкс, тогда как большинству конкурентов требовалась очередь IODepth 32. Лидерство в глубоких очередях осталось за Solidigm PS1030 (14 162,9 МБ/с).
Последовательная запись 16K
Мы перешли на анализ последовательной записи 16K вместо случайной, так как именно такие потоки преобладают в современных корпоративных средах, включая ИИ-конвейеры, которые перемещают упорядоченные данные, а не совершают разрозненные случайные операции.
Производительность накопителя KIOXIA CM9-R
Изменения в архитектуре пошли на пользу накопителю CM9-R. В тестах пиковой производительности он показал результат 10 812,2 МБ/с, уступив лишь Micron 9550 MAX с его 10 970,8 МБ/с. Однако, если Micron 9550 MAX потребовались параметры IODepth 32 / NumJobs 4 и время задержки 181,9 мкс для достижения этого показателя, то CM9-R вышел на пик при IODepth 1 / NumJobs 16 с задержкой всего 22,8 мкс. Это подтверждает характерную для данной модели особенность — работу с минимальными очередями команд.
Задержка при работе с одним потоком составила 10,4 мкс, что стало лучшим результатом в группе. Накопитель преодолел отметку 10 400 МБ/с в трех различных точках в диапазоне от IODepth 1 до 32.
Последовательное чтение блоков 16К
При операциях чтения CM9-R показал скорость 13 393,2 МБ/с (IODepth 32 / NumJobs 8), заняв второе место после своего собрата CD9P-R (13 819,7 МБ/с). Практически идентичный результат в 13 390,1 МБ/с был достигнут при IODepth 16 / NumJobs 8, при этом задержка оказалась вдвое ниже: 149,0 мкс против 298,3 мкс.
Важный нюанс: в отличие от тестов случайного доступа, в тестах последовательного чтения 16К с одним потоком преимущество оказалось на стороне Sandisk SN861 (12,5 мкс) и Micron (13,9–21,3 мкс), тогда как показатели пары накопителей KIOXIA находились в районе 32 мкс.
При переходе к параллельным вычислениям CM9-R продемонстрировал хорошее масштабирование, достигнув 12 400 МБ/с при IODepth 4 / NumJobs 16.
Случайная запись и чтение блоков 4К
В тесте случайной записи 4К накопитель CM9-R достиг 1 502,9 тыс. IOPS при IODepth 8 / NumJobs 16 с задержкой 84,6 мкс. Он занял четвертое место в группе после Micron 7600 MAX (1 781,2 тыс.), Solidigm PS1030 (1 595,8 тыс.) и 9550 MAX (1 544,2 тыс.), при этом результат почти в 2,8 раза превысил заявленные KIOXIA 540 тыс. IOPS, измеренные при фиксированной глубине очереди.
При глубине очереди 1 накопитель стал лидером среди всех участников с показателем 115,8 тыс. IOPS и задержкой 8,2 мкс — это самый быстрый отклик при записи мелкоблочных данных в данной группе.
В тесте случайного чтения 4К с глубокой очередью CM9-R показал себя слабее: 1 973,4 тыс. IOPS на пике при IODepth 16 / NumJobs 16, что соответствует седьмому месту из восьми (выше только Micron 7600 MAX) и значительно ниже результата Sandisk SN861, возглавившего список с 2 555,6 тыс. IOPS.
Стоит учитывать контекст спецификаций: заявленные KIOXIA 3 400 тыс. IOPS измеряются при глубине очереди, превышающей наш предел в IODepth 32 / NumJobs 16. Разрыв мы рассматриваем как следствие разницы в конфигурации тестов, а не как недостаток накопителя, хотя модели SN861 и PS1030 смогли показать значительно более высокие результаты в тех же рамках тестирования.
В то же время при глубине очереди 1 CM9-R показал 33,6 тыс. IOPS с задержкой 29,3 мкс, что является лучшим результатом по задержке чтения 4К в группе, лишь немного опережая модель CD9P-R.
Производительность GDSIO (GPU Direct Storage)
В тестах чтения GPU Direct Storage накопитель CM9-R проявил те же качества масштабируемости, что и CD9P-R. Оба устройства KIOXIA лидировали в сегменте блоков 16К на протяжении всех тестов. Пиковый результат CM9-R составил 136,4 тыс. IOPS, что стало лучшим показателем в группе, обойдя CD9P-R (134,2 тыс.) и значительно опередив пару накопителей Solidigm (PS1030 показал 101,2 тыс.).
В сегменте блоков 1М накопитель CM9-R достиг пика в 6,06 ГиБ/с, уступив только CD9P-R (6,16 ГиБ/с) и опередив Solidigm PS1010 и Micron 9550 MAX (оба по 6,05 ГиБ/с).
Задержка при однопоточном чтении блоков 16К составила 44,5 мкс (средний результат, идентичный CD9P-R). Лучшим в этом тесте стал Sandisk SN861 с 26,1 мкс.
В тестах записи CM9-R уверенно выделяется. Его пиковая скорость 5,51 ГиБ/с (блоки 1М, 16 потоков) лишь немного уступает результату Micron 9550 MAX (5,69 ГиБ/с). Однако ключевое отличие заключается в стабильности графика: если 9550 MAX демонстрировал просадки до 2,2 ГиБ/с в рамках задокументированного окна волатильности, то CM9-R показал наиболее стабильную линию во всем сегменте 1М. Кроме того, он избежал падения производительности при большом количестве потоков с блоками 128К, характерного для обоих накопителей Solidigm.
Задержка при однопоточной записи блоков 16К составила 21,4 мкс, разделив первое место с CD9P-R. Для систем с интенсивной записью данных через GPU этот накопитель оказался наиболее предсказуемым из всех протестированных.
Производительность при создании контрольных точек DLIO
Тест DLIO оценивает как скорость, так и стабильность записи контрольных точек обучения за три прохода. В таблице приведены средние значения за проход для нормализации данных с учетом разной емкости накопителей (у модели 15,36 ТБ CM9-R контрольных точек больше).
На первом проходе все участники показали близкие результаты в диапазоне 459–465 секунд; CM9-R продемонстрировал 462,8 секунды. Разрыв увеличился позже: к третьему проходу CM9-R показал 580,9 секунды. Это средний результат в конце группы: быстрее Solidigm PS1030 (599,2 с), но медленнее Sandisk SN861 (553,3 с), Micron 9550 MAX (555,3 с) и CD9P-R (570,6 с).
Такая позиция на третьем проходе не должна вызывать тревогу. Накопители класса 1 DWPD (предназначенные для интенсивного чтения) не приобретаются для постоянной записи контрольных точек. Аргументы в пользу CM9-R подтверждаются результатами FIO: лучшая в группе задержка при работе с малой очередью команд на чтение и запись при неизменной стабильности работы.
Анализ производительности и выводы по KIOXIA CM9-R 15.36TB
Важно отметить, что накопитель CM9-R продемонстрировал постепенную и предсказуемую деградацию производительности на протяжении всех проходов, избегая резких колебаний. Он показал ту же стабильность, что и при записи GDS, что является критически важным показателем для планирования контрольных точек (checkpoint scheduling), когда диск уже введен в эксплуатацию. Покупателям, которым необходимы высокие показатели при работе с контрольными точками, стоит обратить внимание на семейство Micron 9550 или дождаться выхода версии CM9-V для смешанных нагрузок.
KIOXIA CM9-R объемом 15.36 ТБ — это первый корпоративный SSD на базе памяти BiCS8. Мы протестировали его в конфигурации, при которой серия обеспечивает наилучшую производительность записи. Наши данные четко показывают: накопитель продемонстрировал самую низкую задержку при малой глубине очереди среди всех протестированных устройств во всех сценариях рабочей нагрузки.
Лидерство при малых глубинах очереди
При глубине очереди 1 диск стал абсолютным лидером в тестах чтения 4K (33,6 тыс. IOPS при задержке 29,3 мкс), записи 4K (115,8 тыс. IOPS при задержке 8,2 мкс), последовательной записи 16K (задержка 10,4 мкс при одном потоке) и чтении 64K (1359,0 МБ/с при задержке 45,6 мкс). При этом пиковые показатели чтения 64K были достигнуты при значительно меньшем уровне параллелизма, чем требовалось конкурентам.
Результаты в GPU Direct Storage и глубоких очередях
В задачах GPU Direct Storage диск показал лучшие в группе показатели IOPS при чтении малыми блоками — 136,4 тыс. Кроме того, он обеспечил наиболее стабильную линию записи в ходе испытаний с пиком 5,51 ГиБ/с, избежав высокой волатильности при большом количестве потоков, характерной для ряда конкурирующих решений.
Пиковый показатель чтения 4K при глубокой очереди составил 1973,4 тыс. IOPS, что определило его на седьмое место из восьми в нашей серии тестов. Стоит отметить, что заявленный KIOXIA показатель в 3400 тыс. IOPS достигается при глубинах очереди, превышающих возможности нашего тестового стенда, в то время как конкуренты смогли показать более высокие результаты в рамках тех же условий тестирования. Результат последовательного чтения 128K с одним потоком составил 9974,6 МБ/с, что стало единственным показателем, не соответствующим заявленным характеристикам.
Рекомендации и позиционирование
Для уровней хранения данных, чувствительных к задержкам при чтении, интерфейсов OLTP, виртуализированных сред на двухпортовой инфраструктуре высокой доступности (HA) и AI-сервисов с интенсивным чтением — где время отклика при реальных глубинах очереди важнее, чем синтетические пиковые значения, — CM9-R является на сегодняшний день самым весомым аргументом в пользу того, что изменения в архитектуре CBA памяти BiCS8 меняют класс устройств.
Сценарии с интенсивной и постоянной нагрузкой на запись требуют выбора модели CM9-V или других накопителей для смешанных нагрузок из этой группы. Всем остальным пользователям предлагается накопитель, который отвечает быстрее всего в критических ситуациях, доступный в линейке объемов до 30,72 ТБ в форм-факторе E3.S и до 61,44 ТБ в формате 2,5 дюйма.
Результаты CM9-R в тестах с глубиной очереди 1 обеспечили ему место в таблице лидеров: теперь накопитель занимает позицию «Лучший для задач, критичных к задержкам» (Best for Latency-Critical Workloads) на нашей странице лучших корпоративных SSD.
