Server-ssd’s versus desktopmodellen

De meeste mensen weten van server-ssd’s eigenlijk alleen dat ze snel en duur zijn. Dat klopt ook, maar er zijn meer verschillen tussen desktop- en server-ssd’s. We hebben twee modellen eens nader bekeken.

Als je een kleine server bouwt, ligt het voor de hand een harde schijf te kopen die speciaal voor NAS- of servergebruik ontworpen is. De meeste systeembouwers zullen de desktopschijven links laten liggen, maar server-ssd’s zijn meteen weer een andere categorie. De prijsverschillen tussen desktop- en server-ssd’s zijn te groot en de verbinding is vaak anders. Maar wat maakt serverssd’s beter?

We hebben twee server-ssd’s eens nader getest: de Kingston DC1000M van 1,92 TB en de Western Digital Ultrastar DC SN640 NVMe-ssd, die twee keer zoveel opslag biedt. De WD-schijf is technisch identiek aan het WD Gold 3,84 GB-model en in principe alleen beschikbaar voor de professionele markt, maar er zijn altijd wel winkels te vinden die hem verkopen. We hadden ook de Toshiba CM6 willen testen, een van de eerste server-ssd’s met PCIe 4.0, maar die kwam te laat voor de deadline bij ons aan.

DESKTOP VERSUS SERVER

NAND-flashgeheugen, een ssd-controller en misschien wat DRAM, en klaar is een ssd. Steeds meer bedrijven willen een graantje meepikken op de groeiende ssd-markt. Bij onze laatste test van PCIe-ssd’s [1] waren er drie nieuwe fabrikanten op de markt verschenen: Delock, Emtec en Leven.

Wat de server-ssd’s betreft kom je een stuk minder fabrikanten tegen. Daar tref je vooral bekende namen: Intel, Kingston, Kioxia, Micron, Samsung en Western Digital. Bij prijsvergelijkers loop je ook nog wel tegen ssd’s van HGST en Seagate aan, maar dat zijn modellen van enkele jaren geleden. Daarnaast zijn is er een handje vol relatief kleine fabrikanten die zeer gespecialiseerde ssd’s produceren, en bedrijven zoals Dell, die de ssd’s voor hun systemen bij fabrikanten inkopen, om er vervolgens hun eigen sticker op te plakken. Als je in die bedrijfstak actief

bent, zul je ook nog andere namen aan deze lijst kunnen toevoegen, zoals BiWin, een bedrijf dat ssd’s voor de servers van HPE levert.

INTERNE VERSCHILLEN

In principe hebben de server-ssd’s en desktop-ssd’s hetzelfde ontwerp – maar alleen in principe. In beide zitten flashgeheugen, ssd-controllers en vaak wat DRAM (niet zozeer als cache, maar meer als opslag voor de toewijzingstabellen van fysieke naar logische adressen).

Als je de specificaties van de fabrikanten voor de schrijfsnelheid simplistisch vergelijkt, valt op dat veel desktop-ssd’s hogere waarden hebben dan de meeste server-ssd’s. De waarden voor server-ssd’s liggen echter dichter bij de waarheid: terwijl een desktop-ssd pauzes mag nemen, moet een bedrijfsof server-ssd permanent werken. Bij desktop-ssd’s kunnen fabrikanten een SLC-cache gebruiken om de prestaties kortstondig te verhogen. Bij server-ssd’s kan dat niet, omdat die geen pauzes hebben waarin ze gegevens van de SLC-cache naar het langzamere flashgeheugen kunnen verplaatsen.

BENCHMARKS

In de benchmarktabel hebben we ter vergelijking met een desktop-ssd de waarden van de Kioxia Exceria Plus toegevoegd. Die bijzonder snelle desktop-ssd moet zich alleen gewonnen geven in één discipline, namelijk de Drive Performance Consistency Test. Dat komt onder andere door de betere koeling van de server-ssd’s in de 2,5-inch behuizing, die de temperatuur van de flashcomponenten en de controller binnen de perken houdt. De Kioxia kan een echte server-ssd niet bijhouden, maar vergeleken met andere desktop-ssd’s presteert die ssd bijzonder goed.

UITHOUDINGSVERMOGEN

Zelfs goedkope desktop-ssd’s hebben inmiddels een groot uithoudingsvermogen. Bij de specificaties worden enkele honderden TB aan schrijfcycli genoemd die de ssd’s binnen de garantieperiode moeten kunnen verwerken. Bij server-ssd’s zijn dat er nog veel meer. Bovendien wordt daar nog een andere specificatie vermeld: Drive Writes Per Day (DWPD). Dat geeft aan hoevaak een ssd per dag volledig beschreven mag worden. Een DWPD-waarde van rond 1 staat voor gebruik waarbij lezen en schrijven ongeveer

in evenwicht zijn, een hogere waarde geeft een schrijfintensief gebruik aan. Bij fileservers worden gegevens bijvoorbeeld vaker gelezen dan geschreven, in tegenstelling tot databases.

De verschillen zitten in de details: het geheugen van de server-ssd’s is van de hoogste kwaliteit, de ssd-controller kan benaderingen over meer kanalen beter parallelliseren en dus versnellen, de DRAM-inhoud is beter beveiligd tegen stroomuitval en de gegevens die in versleutelde vorm zijn opgeslagen kunnen binnen enkele seconden worden gewist. Bovendien is de firmware van server-ssd’s geoptimaliseerd voor andere benaderingspatronen – bijvoorbeeld voor meer parallelle benaderingen tegelijkertijd – en voor de laagst mogelijke latentieschommelingen.

AANSLUITTECHNIEK

SAS-ssd’s en -hardeschijven zijn in de serversector al lang de standaard. De SAS-interface is maximaal twee keer zo snel als SATA, maar er zijn nog enkele andere voordelen. SAS heeft zijn beste tijd echter wel gehad, er verschijnen steeds meer server-ssd’s met een U.2-interface. Die verschilt technisch gezien niet van de desktopinterface M.2 met een maximum van vier PCIe-lanes, maar de mechanische aansluiting is anders. Bovendien zitten die ssd’s meestal in een 2,5-inch behuizing die lijkt op die van SATAssd’s, maar met een dikte van 15 millimeter – soms ook slechts 7 of 9,5 millimeter. Ze passen dan in grote aantallen naast elkaar in een serverrack.

De U.2-standaard biedt een gecombineerde connector voor data en voeding volgens de SFFstandaard 8639. De schijven zijn hot-plugable, wat nodig is voor servers omdat je niet de hele server wilt uitzetten omdat er een enkele schijf is uitgevallen, en dat zal zonder meer een keer gebeuren.

Met SAS is het mogelijk om via SAS-extenders honderden drives aan te sluiten op één controller. Bij PCIe-drives nemen PCIe-switches de taak over om een groot aantal snelle ssd’s aan te sluiten. Veel actuele PCIe-ssd’s bieden optioneel ook dualportondersteuning, wat nodig is voor toepassingen met een hoge beschikbaarheid.

De U.2-interface kom je inmiddels ook tegen bij desktop-pc’s. Op sommige duurdere moederborden zijn één of twee poorten beschikbaar. Dat zijn SFF-8643-connectors, die ook voor Mini-SAS worden gebruikt. De benodigde 12V-voeding moet je bij een pc via een SATA-voedingsaansluiting op de kabel zetten. De servertechnologie is wel duur: een kabel tussen een ssd en het moederbord kost alleen al zo’n 50 euro.

SSD-REGELING

De server-ssd’s geven ook op het gebied van software de richting aan: nieuwe functies van de NVMestandaard worden voornamelijk door wensen van servergebruikers gedefinieerd en vervolgens door fabrikanten geïmplementeerd.

De actuele NVMe-standaard is versie 1.4c, en versie 2.0 zal waarschijnlijk dit jaar nog later verschijnen. Die versie zal dan ook de specificaties voor NVMe-oF (NVMe over Fabrics) bevatten, die momenteel nog in apart gedefinieerd worden. NVMe-oF staat voor de extreem snelle verbinding van het flashgeheugen via het netwerk, bijvoorbeeld via RDMA over Converged Ethernet (RoCE) of Infiniband.

CONCLUSIE

Server-ssd’s zijn duur, maar bieden voor servers aanzienlijke voordelen ten opzichte van hun tegenhangers die je in dekstop-pc's tegenkomt. We kunnen echter geen echte argumenten voor of tegen een DC1000M of SN640 geven in deze test – de eisen die aan de ssd’s worden gesteld zijn daarvoor afhankelijk van het gebruiksscenario veel te verschillend. Een ding is in ieder geval wel duidelijk: een desktop-ssd heeft in een server niets te zoeken.

Literatuur

[1] Lutz Labs en Daniel Dupré, PCIe-ssd als pc-boost, c’t 11/2020, p.50