Testbericht - TS-253D mit QM2-2P10GTA1 Erweiterungskarte Teil 5: M.2 SSD Turbo für den Datenspeicher

00 Titel.jpgNach Teil 1: Die Hardware, Teil 2: Installation, Einrichten, Leistung und mehr, Teil 3: Performance, Festplattenmodi und mehr und Teil 4: Der HDMI-Anschluss geht es im 5. Teil mit Quendolin – dem TS-253D QNAP NAS, nun wieder solo – umgerüstet mit einer QM2-2P10GTA1 Erweiterungskarte von QNAP und mit 2 x M.2 SSD Festplatten weiter. Quendolin ist deshalb wieder solo, da das TS-253D Modell nur über einen PCIe-Slot verfügt und das Erweiterungsgehäuse TL-D400S (Ella) für dessen Erweiterungskarte diesen benötigen würde. Beides geht leider nicht.


Ausgerüstet wird die QM2-2P10GTA1 mit 2 x M.2 NVMe SSD Festplatten von Seagate des Modells IronWolf 510. Hier nochmals meinen Dank an Seagate.


01 Hardware.jpg



1. QM2-2P10GTA1 Erweiterungskarte


Irgendwie eine etwas sperrige Bezeichnung. Wir Europäer – oder zumindest ich, kann ja nicht für ganz Europa sprechen :) – ziehen einen eingängigeren Namen vor. Deshalb auch meine Namen für NAS (Quendolin) und Erweiterungsgehäuse (Ella). OK, ob Erweiterungskarte „Karla“ jetzt marketingtechnisch der Überflieger sein wird wage ich zu bezweifeln, aber ich habe so wieder meinen Namen. K für Karte. ;)


Aber nun wieder zu den Fakten. Karla verfügt über einen 10GbE Anschluss und 2 Slots für je eine M.2 NMVe SSD. Den 10 GbE Netzwerk-Anschluss kann ich leider wieder nicht auf Leistung testen, da mein Netzwerk immer noch aus 1 GbE Komponenten besteht. 10 GbE Komponenten Spenden gerne und erwünscht. :)





Technische Spezifikation


Controller

Aquantia AQC107

Schnittstelle

PCIe Gen2 x4

Steckplätze

2 x M.2 2280 PCIe Gen2 x2 NVMe SSD

Anschlüsse

1x 10GBASE-T Port

Unterstützte Netzwerkgeschwindigkeiten

10G / 5G / 2.5G / 1G / 100M

LED

2 x M.2 SSD Status

Sensoren

2 x M.2 SSD Temperatur Sensoren

Kühlkörper

Aluminium

Lüfter

47 mm Smart Fan

Bauhöhe

Low-Profile / Halbe Bauhöhe

Abmessungen (L x B x T)

157 x 68.9 x 20.6 mm


Quelle: qnap.com



04 Diagramm.png


Bildquelle: qnap.com



2. Seagate IronWolf 510 M.2 NVMe SSD


Bestückt wird Karla mit 2 IronWolfs von Seagate. Packt man die Festplatten aus der antistatischen Schutzhülle aus, hat man das Gefühl man wickelt einen Kaugummi aus dem Alu-Papier. Festplatten sind richtig klein geworden. Die meisten RAM-Module sind großer als diese IronWolf M.2 Festplatten. Die IronWolf M.2 SSD 510 gibt es bis zu einer Größe von 1,92 TB, im Moment. Da wird sicher noch mehr kommen.


05 Festplatten.jpg



Technische Spezifikation


Kapazität

480 GB

Modell

ZP480NM30001

Schnittstelle

PCIe Gen3 x4, NVMe 1.3

NAND-Flash-Typ

3D-TLC

Bauform

M.2 2280-S2

Sequenzielles Lesen

2‘650 MB/s

Sequenzielles Schreiben

600 MB/s

Wahlfreies Lesen (IOPS)

193‘000 - 199‘000

Wahlfreies Schreiben (IOPS)

20‘000 - 21‘000

Gesamtschreibleistung (TBW)

875 TB

Nicht korrigierbare Lesefehler pro gelesenen Bits

1 pro 10E16

Mean Time Between Failures (MTBF)

1‘800‘000 Stunden

Beschränkte Garantie

5 Jahre

Aktive durchschnittliche Maximalleistung im Betrieb

6,0 Watt

Durchschnittliche Leistung im Leerlauf

1,83 Watt

Temperatur im eingeschalteten Zustand

0°C bis 70°C

Temperatur im ausgeschalteten Zustand

-40°C bis 85°C

Abmessungen (Höhe x Breite x Tiefe)

2,23 x 22,15 x 80,15 mm


Quelle und detailliertere Informationen siehe: seagate.com



3. Der Zusammen-, Um- und Einbau


Jetzt ist etwas handwerkliches Geschick gefragt, auch wenn nicht viel.


Für den Einbau in das TS-253D – Quendolin – muss das Slotblech (Bracket) der QM2-2P10GTA1 Erweiterungskarte getauscht werden. QNAP liefert die Erweiterungskarten mit 3 Slotblechen aus: Halbe Höhe (Low-profile bracket), ganze Höhe (Full-height bracket) und einem speziellen flachen Blech mit halber Höhe (Low-profile flat bracket), was ich außerhalb des QNAP-Universums so noch nicht gesehen habe. Vorinstalliert ist das Blech mit halber Höhe. Es wird hier aber das spezielle flache Blech mit halber Höhe benötigt. Dieses wird durch lösen von 2 Schrauben mit einem Kreuzschlitz-Schraubendreher gewechselt. Sollte keine größere Herausforderung darstellen.


Jetzt müssen die M.2 SSD IronWolfs in die 2 Slots von Karla - der QM2-2P10GTA1 Erweiterungskarte – eingebaut werden. Dafür muss der Aluminiumkühlkörper samt Lüfter mit 4 Kreuzschlitzschrauben entfernt werden.

QNAP liefert Karla mit Gummi-Pads für die M.2 SSD Unterseite aus. Ob und was die bringen ist mir jetzt nicht ganz klar, aber ganz brav nach Anleitung bringe ich je 2 auf jeder M.2 SSD an. Was man dabei allerdings unbedingt beachten muss, dass man diese nicht im Bereich des Temperatur-Sensors anbringt. Das wäre mehr als nur kontraproduktiv.

Die M.2 Kärtchen werden ähnlich wie RAM-Module in einem schrägen Winkel in den Slot geschoben, nach unten gedrückt und je mit einer Schraube befestigt. Diese Schräubchen sind arg klein ausgefallen. Aber irgendwann habe auch ich die mit meinen Griffeln befestigt bekommen. :)

Nun kommen noch die Thermalpads oben drauf. Nach Anleitung wären diese vorher zu befestigen. Aber meiner Meinung nach macht dies das Einbauen der M.2 auch nicht leichter. Dazu bleibt das M.2 Kärtchen so auch eher am Ort. Sprich: Geht nachträglich einfach leichter. Soviel zur Anleitungstreue. ;)

Auch schon für Diskussionen hier im Forum hat der Aufkleber auf den M.2 Festplatten gesorgt: Entfernen oder dran lassen? Die Meinung im Internet ist relativ klar: Entfernen bedeutet Garantieverlust. Und wer will dies schon bei neuen Festplatten, wohl niemand. Und auch sauber entfernen und später – im Fall der Fälle – wieder anbringen. Bis dahin habe ich – und vermutlich die meisten – das kleine Stück Papier / Kunststoff längst verloren. Dazu kommt noch das Problem einer möglichen Beschädigung der Chips und des Controllers beim Entfernen. Dann ist der Aufkleber vielleicht ganz, aber die Festplatte schon beschädigt. Also einfach dran lassen. Ich denke der Temperaturunterschied ist zu vernachlässigen. Bei einem ersten Dauerschreibtest beider Platten über mehrere Stunden ist die Temperatur von 43°C beim „Nichtstun“ auf max. 51°C gestiegen. Bei zulässigen 70°C ist dies nichts. Das Kühlkit von Karla erfüllt seinen Zweck.

Ach ja, den Kühler sollte man vor dem Einbau wieder anschrauben.


Nun muss Karla noch in PCIe Slot von Quendolin geschoben werden. (Jetzt weiß ich wieso QNAP keine Namen verwendet: Karla in Quendolin schieben, das klingt ein wenig… Hmm. :) ) Zuvor muss jedoch noch die Erweiterungskarte mit der Hostschnittstelle für Ella – dem TL-D400S Erweiterungsgehäuse entfernt werden. Quendolin besitzt nur eine PCIe Schnittstelle.

Insgesamt ist dies platzmäßig eine noch knappere Angelegenheit als mit der Erweiterungskarte von Ella. Viel Luft ist da nicht mehr zwischen Karte und Einbaukäfig.




4. Szenario 1: Nur M.2 Festplatten im NAS


Als erstes mögliche Szenario teste ich den alleinigen Einsatz von den zwei M.2 NVMe Festplatten. Also die beiden klassischen HDDs aus Slot 1 + 2 flux ausgebaut und das NAS ist bereit für den ersten Start.


Das Erste was beim ersten Start sofort auffällt: Es ist kaum etwas zu hören. Lediglich ein leises Flüstern der beiden Lüfter. Mit dem Lüfter von Karla sind es inzwischen 2 Lüfter. Dennoch ist das Gespann erstmals extrem leiste. Auch keine Vibrationen mehr. Quendolin kommt so nun ohne zusätzliche Dämmmatte aus.


Die erste Initialisierung erfolgt analog wie bei den HDDs. Da ich dieses Mal Quendolin per Kabel am Internet hängen habe, geht es nun auch schnell und komfortabel, sehr schnell. Bis jetzt hatte ich noch nie eine so schnelle Installation von QTS. Da bringen die M.2 schon mal einiges. Sprich nach kürzester Zeit ist die aktuelle Firmware installiert.


Kleine Eigenart die mir aufgefallen ist: Nach dem obligatorischen Neustart wurde Quendolin vom DHCP-Server eine andere IP-Adresse zugewiesen. Da kann man dann lange auf die erneute Verbindung per WebGUI warten. Da ich bis jetzt nie eine Initialisierung über das Internet gemacht habe (Grund siehe Teil 1) und immer gleich dem NAS eine fixe IP-Adresse verpasse, weiß ich jetzt natürlich nicht ob dies Zufall war oder häufiger passieren kann.


Nach den üblichen kleineren Anpassungen bei den Einstellungen geht es natürlich gleich zum Menü „Speicher & Snapshots“ zum Konfigurieren der beiden M.2. Schon mitten beim Einrichten des ersten Speicherpools im 3 Menüpunkt stolpere ich über folgendes:


09 Profiling Tool 01.png



4.1 SSD-Profiling-Tool


Ich bin ja am Testen. Also gleich zum SSD Profiling-Tool wechseln. Manchmal sagen Bilder mehr als 1‘000 Worte. QNAP erklärt im Tool selbst alles Schritt für Schritt. Deshalb an dieser Stelle ein paar Screenshots aus dem SSD Profiling-Tool:


10 Profiling Tool 02.png


Will heißen, das SSD Profiling-Tool ist ein reines Testprogramm und macht auch nichts anderes.




Ich habe mal ein RAID1 und die Standard-Einstellungen verwendet. 60% SSD-Over-Provisioning scheint mir sehr unrealistisch. Bedeutet dies doch, dass 60% der Speicherkapazität nicht zur direkten Speicherung der Daten verwendet werden könnte. Aber nur rein mal zum Testen, wieso nicht. Wer es ganz genau wissen will, kann auch noch das Testintervall – also die Schrittstufe - auf 5% reduzieren. Brauch eben noch mehr Zeit.


15 Profiling Tool 07.png


Bei solchen Test sollte grundsätzlich nichts im Hintergrund laufen. Dies wird die Testergebnisse immer verfälschen und nicht nachvollziehbar machen, also eigentlich wertlos machen.


16 Profiling Tool 08.png


!!! Sehr wichtiger Hinweis !!!

Gerade für User die es mit der Datensicherung nicht so genau nehmen. Bei meinen Testplatten aber kein Thema.


17 Profiling Tool 09.png


Jetzt heißt es erst mal warten.



Fertig. 7 Stunden sind es glücklicherweise nicht geworden, aber knapp 4 Stunden.


21 Profiling Tool Bericht.png


Nach diesem Testlauf wäre die optimale Einstellung für die maximale Performance 30% Over-Provisioning. Mehr würde keinen wirklichen Performancegewinn mehr ergeben, aber zusätzlichen Speicherplatz kosten. Ob man jetzt bereit ist diese 30% des Speicherplatzes dafür zu opfern muss jeder Fall abhängig entscheiden. Der Bericht gibt einem die Möglichkeit die gewünschte zu erreichende IOPS einzugeben. In meinem Fall habe ich mal 50‘000 angenommen. Daraufhin werden mir eine SSD-Over-Provisioning von 15% vorgeschlagen.



4.2 Leistungstest


Das SSD-Profiling Tool gibt ja schon Schreib- und Lesedurchsätze an.


22 Leistung.png


Aber gemäß technischer Spezifikation von Seagate müsste da mehr gehen. Unter:


> „Speicher & Snapshots“

> Speicher

> Datenträger / VJBOD


gibt es den Menüpunkt „Leistungstest“. Hier kann man alle Festplatten – auch SSD und M.2 SSD - wieder auf „Sequenzielles Lesen“ und „IOPS-Lesen“ (IOPS – Input / Output operations per second, übersetzt Ein- / Ausgabe-Operationen pro Sekunde) testen.



Aber mehr als knapp 860 MB/s geht auch hier nicht. Auch die IOPS erreichen nicht ganz die Spezifikationen. Auch über die Konsole mit dem Tool hdparm ergibt keine besseren Werte. Dieses Tool ist standardmäßig auf allen NAS installiert. Dazu gibt man in der Konsole folgende Befehle ein:


hdparm -Tt /dev/nvme1n1


oder


hdparm --direct -Tt /dev/nvme1n1


Wobei nvme1n1 für die jeweilige M.2 SDD Festplatte steht.





Timing cached reads: MB/s

Timing buffered disk reads: MB/s

Timing O_DIRECT cached reads: MB/s

Timing O_DIRECT cached reads: MB/s

1. Festplatte (nvme0n1)

8892.62

856.30

1597.14

796.09

1. Festplatte (nvme0n1)

9153.41

856.32

1594.97

798.89

2. Festplatte (nvme1n1)

8463.38

856.87

1597.24

799.09

2. Festplatte (nvme1n1)

7744.53

856.91

1594.18

798.13



Zum Vergleich die Werte von den Seagate IronWolf ST8000VN004 HDDs aus dem 1. Teil.





Timing cached reads: MB/s

Timing buffered disk reads: MB/s

Timing O_DIRECT cached reads: MB/s

Timing O_DIRECT cached reads: MB/s

1. Festplatte (sda)

8835.69

250.96

1015.52

251.72

2. Festplatte (sdb)

9305.31

249.75

1017.07

250.32

3. Festplatte (sdc)

9031.44

253.34

950.18

253.93

4. Festplatte (sdd)

8583.89

248.64

948.73

250.43

5. Festplatte (sde)

8571.72

249.52

981.02

252.89

6. Festplatte (sdf)

8934.64

248.27

476.33

248.20



Aber woran liegt es, dass die 2‘650 MB/s der IronWolf M.2 NVMe SSD bei sequenziellem Lesen nicht erreicht werden? Die IronWolfs haben PCIe Gen3 x4. Das sind knapp 4 GB/s brutto, netto so um die 3,2 GB/s. Daran liegt es also nicht. Der PCIe Anschluss von Quendolin ist ein PCIe Gen2 x4 Steckplatz. Dies bedeutet einen theoretischen Durchsatz von 2 GB/s. Praktisch dürften dies dann so um die 1,7 GB/s netto sein. Also nur schon von hier aus kann das Maximum der IronWolfs nicht erreicht werden. Die Erweiterungskarte Karla kommt ebenfalls mit einem PCIe Gen2 x4 daher. Dazu kommt noch, dass die M.2 Slots von Karla „nur“ über PCIe Gen2 x2 verfügen, also nur über 2 Lanes pro M.2 Slot. Das sind 1 GB/s theoretischer Bruttodurchsatz und praktisch dann netto so um die 850 MB/s – was dann wieder zu den PCIe Gen2 und den 4 Lanes passt. Und da sind sie ja wieder, die 850 MB/s Durchsatz. Mit 858 MB/s sogar etwas mehr.

Ja, ja. Das sollte alles perfekt zusammenspielen, wenn man das Maximum aus allen Komponenten herausholen will. Nicht immer ganz einfach.


Jetzt kann man das Ganze natürlich noch weiter treiben und sich fragen, wieso Quendolin nicht mehr schafft. Wäre natürlich schön wenn da mehr Lanes oder eine höhere Version / Generation vorhanden wäre. Die Antwort ist einfach: Es liegt am Intel® Celeron® J4125 Quad-Core 2.0 GHz Prozessor von Quendolin. Also ist Intel schuld. :) Ich weiß, Karla kann auch nicht mehr.



Erweiterungsoptionen Intel® Celeron® J4125 Quad-Core 2.0 GHz Prozessor


PCI-Express-Version

2.0

PCI-Express-Konfigurationen

1x4 + 1x2 oder 4x1 oder 2x1 + 1x2 + 1x2

Maximale Anzahl der PCI-Express-Lanes

6


Quelle: intel.com



Wer sich intensiver mit dem Thema PCI-Express auseinandersetzen will, hier zum Nachlesen:

https://de.wikipedia.org/wiki/PCI_Express



4.3 Das Volume einrichten


Das Volume einrichten geht eigentlich analog zu den „normalen“ Festplatten, den SATA HDD und SSD in den Slots. Mit den 2 M.2 SSD lässt sich ein JBOD, RAID0, RAID1 und 2 Einzellaufwerke einrichten. Dies wiederum als static, thick oder thin Volume.

Unterschied zu den HDDs: Das SSD-Over-Provisioning kann aktiviert und definiert werden.




4.4 Diverses


Hier noch ein paar einzelne Dinge die mir aufgefallen sind.


IHM (IronWolf Health Management) steht für die M.2 SSDs nicht zur Verfügung, jedoch die üblichen Datenträgerstati inkl. SMART-Info. Dazu gibt es noch ein paar zusätzliche Infos zu den SSD-Funktionen.



Unter


> Systemsteuerung > System > Hardware > Erweiterungskarten


wird Karla – die QM2-2P10GTA1 Erweiterungskarte – im Gegensatz zur Hostschnittstelle von Ella nicht angezeigt.


29 Erweiterungskarte.png


Beim Test mit dem SSD Profiling-Tool mussten die beiden M.2 SDD Festplatten über mehrere Stunden ordentlich arbeiten. Wie schon erwähnt stiegen dabei die Temperatur von 43 / 44°C bis auf 51°C. Für die möglichen 70°C im Betrieb noch unproblematisch. Das Kühlkit aus Lüfter, Aluminium-Kühlkörper und Thermal-Pads halten die M.2 SSDs auch bei Volllast auf moderaten Temperaturen.

Eher etwas störend könnte dabei der Anstieg der Umdrehungszahl des Lüfters von Karla sein. Denn diese erhöhten sich schon nach kurzer Zeit von 1680 RPM auf 3600 RPM (Umdrehungen pro Minute). Während man die 1680 Umdrehungen im Leerlaufmodus der M.2 SDD kaum wahrnimmt und man meint besten Falls einen Lüfter verbaut zu haben, sind die 3600 RPM im Leistungsmodus deutlich wahrzunehmen. Ist jetzt nicht überlaut oder unangenehm. Aber für diejenigen unter Euch, die vorhaben das NAS in einem leisen Raum zu betreiben und die Hoffnung haben, mit den M.2 Festplatten Stille hinzubekommen, muss ich leider enttäuschen. Sobald die M.2 Festplatten länger arbeiten springt der Lüfter hörbar an. Im Schlafzimmer wollt Ihr dies beim Schlafen wohl eher nicht haben.



5. Zwischenfazit


Tja, ich fürchte ich bringe schon wieder nicht alles in einem Teil unter. Es wird also noch einen 6. Teil geben.


Die ersten Tests zeigen, dass Quendolin und Karla nicht das volle Potenzial der Seagate IronWolf 510 M.2 NMVe SSD ausschöpfen können. Dies ist der begrenzten Anbindung durch PCIe Gen2 x4 geschuldet. Allerdings muss man sich bewusst sein, dass 2‘600 MB/s und mehr sehr schöne theoretische Werte sind, aber was bringen die in der Praxis wirklich? Meist bringen die extrem viel höheren IOPS-Werte von M.2 SSD gegenüber konventionellen Magnet-Festplatten viel mehr. Wobei knapp 860 MB/s auch ganz ordentlich sind und erst mal durch das Netzwerk gebracht werden wollen.


Wer wirklich mehr Durchsatz benötigt greift zu einer Erweiterungskarte mit PCIe Gen3 x8 mit knapp 16 GB/s Durchsatz wie die QNAP QM2-2P-384. Allerdings wird dafür auch wieder das NAS mit dem passenden PCIe Anschluss benötigt. Alles wieder eine Frage der Kosten.


Wie schon gesagt: Weiter im 6. Teil. :)

Kommentare 1

  • Vielen Dank auch für diesen Teil! QNAP, schicke doch Mavalok2 einen der neuen 10GE Switche! Die Karte hätte ich "Kevin" genannt. Und weil nur ein Slot da ist, ist dann "Kevin alleine im NAS". ;-)