UFSとNVMeのシステムオーバーヘッド

IOPS

マイクロンのエンジニアは、最近、UFSとNVMeのユーザーレベルのストレージ性能の違いを比較しました。性能面において類似のデバイスを比較するため、測定したシステムオーバーヘッド(待ち時間1、2、4)を想定されるハードウェアの待ち時間に適用することで、この2つの比較を実施しました。ここではUFSとNVMeについて同等になることが予想されました。待ち時間1、2、4で測定されるシステムオーバーヘッドはハードウェアの待ち時間に依存しないことから、どのハードウェアデバイスにも適用できるため、この仮定が可能となります。UFSとNVMeの両方について同じ性能特性を持つと仮定されます。UFSとNVMeの2つの同様のデバイスを比較するため、測定されたオーバーヘッドと仮定されるデバイス速度を一緒に使って予想されるシステム性能を計算します。

まず、ハードウェア継続時間を考慮せずに、システムオーバーヘッド数を比較しました。4つのいずれの場合も、NVMeオーバーヘッドはUFSオーバーヘッドのパーセンテージで表示しました。4ついずれの場合も、NVMeオーバーヘッド はUFSオーバーヘッドよりも小さい値でした。

次に、2つの全く同じデバイス(1つはUFSに、もう1つはNVMeに)について、NVMeとUFSのシステムレベル性能を比較しました。概算の目的上、以下の待ち時間を仮定しました:128KB書き込みについては125 usec、128KB読み込みについては104 usec、4KB書き込みについては12.5 usec、4KB読み込みについては16.6 usec。これらの数字はサンプル用の256GB NVMeデバイスの性能特性に対応しており、使用される数字は実際の測定値です。他の数字を使うことも可能で、その場合も、使用した手法が適用できます。この調査では256GBのデバイスを選定しましたが、他の密度を採用することも可能です。容量がより大きいデバイスについては、システムオーバーヘッドの影響がより大きくなり、NVMeのメリットがさらに顕著に表れると予想されます。

測定されたシステムオーバーヘッドの数字を上述のデバイス特性に適用し、予想されるシステム性能の数字を計算しました。順次128KB書き込み速度については28%、順次読込み速度については15%の増加が確認されました。ランダム書き込みは、NVMeでIOPSがUFSよりも30%増加し、ランダム読み出しIOPSについては16%増加しました。

要約すると、調査した4つ全ての作業負荷について、NVMeの性能はストレージソフトウェアスタックが大幅に簡素化されていることから、はるかに優れていました。

UFSとNVMeのストレージスタックと組み込みシステムにおけるシステムレベル性能の比較については、ホワイトペーパーの完全版をお読みください。

+