东芝 BG4 NVMe 固态硬盘评测
2019 年 7 月 26 日
回到今年的 CES，东芝宣布了其新的 BG4 系列。 BG4代表公司第四代球栅阵列（BGA）SSD产品线。 这些新型固态硬盘采用微型 M.2 2230 外形规格，非常适合超便携个人电脑、二合一笔记本电脑、物联网/嵌入式设备以及服务器和存储阵列启动驱动器。 尽管这些驱动器尺寸很小，但它们的容量从 2GB 到 1TB 不等。
BG4 驱动器利用东芝的 96 层 BiCS 闪存达到高达 2.3GB/s 的读取速度和 1.8GB/s 的写入速度以及高达 390K IOPS 读取和 200K IOPS 写入的吞吐量。 对于比 SD 卡稍大的东西来说并不算太破旧。 BG4 仅使用 3.7W 的功率就能达到这些数字。 为了增加安全性，东芝还将提供支持 TCG Opal 版本 4 的 SED 模型中的 BG2.01。
BG4 采用 M.2 1620 单一封装以及 M.2 2230 模块外形规格。 对于本次评测，我们将关注 1TB (1,024GB) M.2 2230-S3 模块。
东芝 BG4 NVMe SSD 规格
容量1,024GB512GB256GB128GB外形尺寸M.2 2230-S3M.2 2230-S2NAND闪存BiCS 闪存 TLC接口PCIe 基本规范修订版 3.1a（NVMe 修订版 1.3b）性能（最大）顺序阅读2,300MB /秒2,200MB /秒2,200MB /秒2,000MB /秒顺序写入1,800MB /秒1,400MB /秒1,400MB /秒800MB /秒随机阅读390K IOPS330K IOPS330K IOPS200K IOPS随机写入200K IOPS190K IOPS190K IOPS150K IOPS电源电压3.3V ±5%能量消耗现有的3.7W3.5W3.6W3.4WL1.2模式5mW平均无故障时间1.5万小时物理尺寸30mmx22mmx2.38mm30mmx22mmx2.23mm重量2.6g2.5g温度操作0到85°C非工作-40至85°C湿度系统8% 至 90% 相对湿度振动196 m/s^2 { 20 G }（峰值，10 ~ 2,000 Hz）震动14.7 公里/秒^2 { 1,500 G }（0.5 毫秒）
东芝 BG4 NVMe SSD 设计与构建
东芝 BG4 是一款非常小的 SSD，一侧有一个 NAND 包，另一侧为空白。
驱动器本身比标准 SD 小。
东芝 BG4 NVMe SSD 性能
测试平台
这些测试中利用的测试平台是 戴尔 PowerEdge R740xd 服务器。 我们通过该服务器内部的 Dell H730P RAID 卡测量 SATA 性能，尽管我们将卡设置为 HBA 模式只是为了禁用 RAID 卡缓存的影响。 NVMe 通过 M.2 转 PCIe 适配卡进行本地测试。 使用的方法更好地反映了最终用户的工作流程，以及虚拟化服务器产品中的一致性、可扩展性和灵活性测试。 重点放在驱动器整个负载范围内的驱动器延迟上，而不仅仅是最小的 QD1（队列深度 1）级别。 我们这样做是因为许多常见的消费者基准测试没有充分捕获最终用户的工作负载配置文件。
SideFX 的胡迪尼
Houdini 测试专门用于评估与 CGI 渲染相关的存储性能。 此应用程序的测试台是核心的变体 戴尔 PowerEdge R740xd 我们在实验室中使用的服务器类型具有双 Intel 6130 CPU 和 64GB DRAM。 在这种情况下，我们安装了运行裸机的 Ubuntu 桌面 (ubuntu-16.04.3-desktop-amd64)。 基准测试的输出以秒为单位来衡量，越少越好。
Maelstrom 演示代表了渲染管线的一部分，它通过演示其有效使用交换文件作为扩展内存形式的能力来突出存储的性能。 测试不会写出结果数据或处理点，以隔离延迟对底层存储组件的影响。 测试本身由五个阶段组成，我们将其中三个阶段作为基准测试的一部分运行，如下所示：
从磁盘加载打包点。 这是从磁盘读取的时间。 这是单线程的，可能会限制整体吞吐量。
将点解压缩到一个平面数组中，以便对其进行处理。 如果这些点不依赖于其他点，则可以调整工作集以保留在核心中。 这一步是多线程的。
（不运行）处理点。
将它们重新打包成适合存储回磁盘的分桶块。 这一步是多线程的。
（未运行）将分桶块写回磁盘。
东芝 BG4 在我们的 Houdini 测试中表现相当出色，在非 Optane 驱动器上得分接近最高，得分为 2,624 秒。
SQL Server 性能
我们使用轻量级虚拟化 SQL Server 实例来适当地表示应用程序开发人员将在本地工作站上使用的内容。 该测试类似于我们在存储阵列和企业驱动器上运行的测试，只是按比例缩小以更好地近似于最终用户采用的行为。 工作负载采用事务处理性能委员会的基准 C (TPC-C) 的当前草案，这是一个模拟复杂应用程序环境中活动的在线事务处理基准。
轻型 SQL Server VM 配置了三个虚拟磁盘：100GB 卷用于引导，350GB 卷用于数据库和日志文件，150GB 卷用于我们在每次运行后恢复的数据库备份。 从系统资源的角度来看，我们为每个 VM 配置 16 个 vCPU、32GB DRAM 并利用 LSI Logic SAS SCSI 控制器。 此测试使用在 Windows Server 2014 R2012 来宾虚拟机上运行的 SQL Server 2，并由戴尔的数据库基准工厂进行压力测试。
SQL Server 测试配置（每个虚拟机）
Windows服务器2012 R2的
存储空间：分配 600GB，使用 500GB
SQL Server的2014的
数据库大小：1,500 规模
虚拟客户端负载：15,000
内存缓冲区：24GB
测试时长：3 小时
2.5 小时预处理
30分钟采样期
查看 SQL Server 输出时，Toshiba BG4 以 2,568.4 TPS 在我们的包中排名倒数第二。
对于 SQL Server 平均延迟，BG4 再次以 1,099 毫秒位居倒数第二。
VDBench 工作负载分析
东芝 BG4 的峰值 4K 读取性能始终出现亚毫秒级延迟，但该驱动器的峰值性能大约为 158K IOPS，延迟约为 820μs，然后下降一些。
对于 4K 写入性能，BG4 这次再次以更大的优势排在最后。 该驱动器的峰值为 16,463 IOPS，延迟为 7.77 毫秒。 作为比较，表现最好的是超过 350K IOPS 的亚毫秒级延迟性能。
切换到顺序工作负载，我们看到 64K 读取基准测试的性能有所提高，BG4 大致位于中间位置，峰值性能为 16,376 IOPS 或 1.02GB/s，延迟为 977μs。
再次进行 64K 写入时，该驱动器以 1,565 IOPS 或 97MB/s 的峰值得分跌至底部，延迟为 10.2 毫秒。
接下来，我们查看了我们的 VDI 基准测试，这些基准测试旨在进一步对驱动器征税。 这些测试包括启动、初始登录和星期一登录。 观察 Boot 测试，BG4 以 39,869 IOPS 的峰值性能和 851μs 的延迟启动并保持垫底。
对于 VDI 初始登录，BG4 保持在后面，峰值性能约为 4,200 IOPS，延迟为 6.9 毫秒。
VDI Monday Login 还看到了后置驱动器，其峰值性能为 4,621 IOPS，延迟为 3.45 毫秒。
结论
东芝 BG4 是东芝球栅阵列 SSD 系列的第四代产品。 BGA 产品外形小巧（本例中为 M.2 1620 或 M.2 2230），适合超便携 PC、二合一笔记本电脑、物联网/嵌入式设备，它们还可以用作存储阵列引导驱动器。 BG2 的一个有趣方面是，虽然它仍然像其他嵌入式设备一样小，但它的容量却高达 1TB。 该驱动器还提供支持 TCG Opal 版本 4 的 SED 型号。
对于性能，需要有一些观点。 虽然 BG4 具有我们测试过的几种消费类 SSD 的容量，但它的用例要具体得多。 除了 Houdini（BG4 以 2,624 秒得分接近最高）外，BG4 相比之下表现不佳。 但是，它对于嵌入式设备具有高性能。 BG4 的 SQL Server 性能为 2,568.4 TPS，平均延迟为 1,099 毫秒。 对于 VDBench，BG4 的得分包括 158K IOPS 4K 随机读取、16K IOPS 4K 随机写入，以及 1.02K 读取 64GB/s 和 97K 写入 64MB/s 的连续得分。 我们的 VDI 基准测试显示 40K IOPS 启动、4,200 IOPS 初始登录和 4,621 IOPS 用于星期一登录。
对于外形如此小巧的嵌入式设备，很高兴看到东芝提供如此高的容量。 虽然性能落后于我们与之比较的其他 SSD，但它对于嵌入式设备及其将发现的潜在用例来说相当强大。当然，东芝品牌声望也应该有助于缓解对构建质量和支持的担忧这在这部分市场中经常受到怀疑。