[Artigo] Quarch Programmable Power Module QTL1999 – Uma das melhores ferramentas profissionais para se testar SSDs!

Fala galera beleza?

Neste artigo, faremos algo um pouco diferente, vamos apresentar esta nova ferramenta que recebemos este mês, mostrando com ela funciona, suas vantagens, desvantagens, curiosidades e o que pode ser feito com este equipamento!

Primeiramente vamos brevemente apresentar a Quarch. Neste caso, se trata de uma empresa com sede no Reino Unido, fundada em 2006, que teve como principal foco criar soluções tecnológicas para auxiliar e automatizar testes de produtos, desenvolvimento e aprimoramentos de dispositivos de armazenamento. Tendo em vista que diversos dos métodos de testes utilizados no passado para R&D de dispositivos de armazenamento era feita de forma manual.

E por serem tarefas que deviam ser repetidas incontáveis vezes, eles criaram diversos equipamentos que elimina a necessidade de se realizar alterações físicas nos dispositivos, algo que poderia gerar inconsistência em resultados devido à interação humana nos testes.

Por exemplo, para testes voltados a “power loss protection” ou relacionados a Hot-swap, era necessária a interação humana, portanto, era um processo tedioso, super repetitivo e que devido ao fator humano, podia ser muito impreciso por ser totalmente impossível manter uma consistência dos mínimos detalhes próximos de 100%.

E obviamente, em empresas principalmente voltadas ao mercado de datacenters ou computing, isto era algo que se gerava uma terrível perda de tempo e dinheiro.

Bom, vamos começar com um breve unboxing do que nós recebemos da Quarch Technology:

Como podemos observar na imagem acima, neste bundle podemos ver o PPM QTL1999 junto de mais 3 interposers que solicitamos.

Como podemos observar nas imagens acima, o Quarch possui em sua parte frontal apenas seu conector proprietário de 10 pinos em que é ligado em seus interposers / fixtures que apresentaremos logo em seguida. Junto de mais 2 MCX 3.3v triggers, In e Out do lado do conector de 10 pinos, fora os leds indicativos de atividade.

Como podemos observar este dispositivo consegue trabalhar fornecendo até 60W para os dispositivos, o que é mais que suficiente para todos os SSDs / HDs até o momento.

Já em sua parte traseira podemos ver o conector USB-B utilizado para se conectar com a máquina onde será utilizado o Quarch, junto de mais um conector RJ-45 caso deseje utilizá-lo em rede sem ser via rede cabeada. Temos um conector padrão para alimentação além de um pequeno fan de 40mm.

QTL2388

O primeiro acessório, o QTL2388 GEN4 M.2 M-KEY VERTICAL INJECTION FIXTURE se trata de um adaptador que possui um slot M.2 de tamanho 2280 que eleva o conector M.2 em pé para que o Quarch QTL1999 possa se conectar e fazer o gerenciamento de dados e energia através de um conector proprietário de 10 pinos como podemos observar na imagem a seguir.

Neste adaptador temos o SSD sendo instalado em pé, suportando os tamanhos mais padrões do mercado, sejam eles, 2230, 2242, 2260, 2280 e também 22110, porém, com retro compatibilidade com futuros dispositivos 2580 com 25 mm de largura.

Como podemos observar trata-se de um conector M-Key com intuito para usar SSDs NVMe 4.0, porém 100% retro-compatível com SSDs PCIe 3.0.

Podemos observar que próximo ao conector de 10 pinos proprietário da Quarch temos um Dual N-Fet da Infineon, o “F8313” que é um Infineon IRF8313PBF, cujo é um mosfet de Canal-N com suporte para trabalhar com até 9.7A e com até 30V e com 15.5mΩ de resistência (RDS on). Tendo como características uma resistência térmica bem elevada de RθJL de até 42 ºC/W, porém sua média não é informada.

E logo a esquerda deste dual-fet temos um C.I. da ST Micro electronics, modelo LM293, cujo é um “low-power voltage comparators” cujo é um tipo de mosfet que procura trabalhar com apenas uma fonte de alimentação dentro de um vasto “range” de tensões.

QTL2192

Podemos também observar que no bundle acompanha um adaptador AIC QTL2192 GEN4 PCIE POWER INJECTION FIXTURE que serve para SSDs PCIe conectados diretamente no Slot PCIe x16/x8/x4. Aonde este fixture/interposer possui um barramento PCIe 4.0 de até 16 linhas conseguindo fornecer alimentação para até 60W.

Este adaptador serve para dispositivos como este veremos logo a seguir, que ao invés de serem instalados no conector M.2 ou U.2 com barramento PCIe e protocolo NVMe, eles usam o slots PCI Express das placas mães.

Como podemos observar neste adaptador temos o mesmo conector proprietário de 10 pinos para prover a alimentação e monitorar informações. Além de inúmeros jumpers também no lado esquerdo do PCB permitindo o usuário escolher qual tipo de alimentação deseja fornecer para o dispositivo testado como 3.3V ou 12V apenas.

Podemos observar também um mosfet ONsemi de canal P FDS6675BZ que suporta trabalhar com até 30V, com correntes de até 11A com uma resistência de 13mΩ, sendo bem elevada até considerando o RDS(on) de 10V. Fora sua resistência térmica Junction to case RθJC de 25 ºC/W, aceitável para mosfets deste nível.

E por último temos outro interposer, o QTL2289 GEN4 SFF DRIVE POWER INJECTION FIXTURE cujo intuito é alimentar dispositivos com barramento SAS / SATA e protocolo AHCI. Aonde é possível também utilizável para dispositivos U.2/U.3 com protocolo NVMe com barramento suportado até PCIe 4.0 de 64Gbps (x4).

Como podemos observar neste cabo para SAS/SATA e U.2/U.3 temos apenas um switch na parte do conector de 10 pinos para fazermos a mudança no modo de alimentação, caso seja de 3.3V para dispositivos PCIe, por exemplo, e 5V para dispositivos SATA/SAS

Vamos ver agora um pouco mais da suite de software que a Quarch Technology disponibiliza para realizar o monitoramento mais avançados dos SSDs e HDs.

Uma das principais e mais utilizadas ferramentas que utilizamos é o “QPS” conhecido como Quarch Power Studios que é uma Suite de software que permite realizar o monitoramento muito mais avançado do consumo e outros detalhes do SSD em real-time.

Com ele podemos observar e analisar principalmente o consumo elétrico dos dispositivos testados por extensos períodos, além de diversas outras funcionalidades.

Ao abrirmos o QPS, a primeira coisa que devemos fazer é nos conectarmos com a unidade, e isso é feito através da interface USB ou de rede cabeada, neste exemplo podemos ver que o QPS detectou automaticamente o QTL1999 de forma rápida e sem mistérios.

Logo após abrirmos o Quarch Power Studio, nos é apresentado esta tela aonde podemos realizar várias análises dando zoom, colocando anotações, eliminando alguns dados como 5V ou 12V, power, corrente, para analisarmos apenas o que queremos.

Temos um setor dedicado a gravação de dados para quem tiver interesse em extrair os resultados para planilhas .csv, por exemplo, quanto as configurações de triggers, onde é possível realizar configurações como, quando houver uma mudança de consumo repentina no dispositivo testado, comece a gravação, entre outras.

Podemos também alterar a tensão e corrente elétrica do dispositivos para ver como ele se comporta em cenários onde esteja ligado a uma fonte de alimentação ruim ou para podemos ver como ele se comporta trabalhando com over-voltage, under-voltage, dentre diversas outras milhares de possíveis combinações.

Podemos testar também com estes triggers alguns eventos como cessar de alimentação por alguns nano ou micro segundos para ver como o drive se comporta. Além de ser possível testar com uma metodologia correta, power loss protection, hot swap também principalmente.

Test Monkey

O testmonkey que a Quarch disponibiliza serve para os seus módulos serem controlados manualmente por qualquer máquina ou dispositivo, seja ele Windows, Mac ou Linux.

Ao abrirmos ele é semelhante ao QPS como vimos anteriormente, ele primeiramente se comunica com os módulos quarch e então entremos em seus menus mais avançados.

Como podemos observar, nesta GUI temos diversas fontes de monitoramento, desde corrente, tensão e consumo, além de diversas outras formas de configurações de medidas como, por exemplo, alterar a frequência com que os dados são medidos, mais configurações de triggers, temos a opção de encerrar a alimentação do drive ou iniciar a alimentação do drive, tendo em vista que por padrão ele vem como desligado.

Além de possibilitar integrarmos diversos scripts em python para fazermos automação de testes.

Nossa metodologia de testes utilizada

Bom pessoal, em relação ao Quarch, temos muito mais a se apresentar, mas, se tratam de termos muito mais avançados que trarei futuramente em outros artigos.

Vamos agora acompanhar como foi elaborada a nossa metodologia de testes.

Testando consumo máximo SSDs

Utilizando um simples script, integramos o “IOmeter” com o “Quarch Power Studio” e testamos vários cenários sequenciais e aleatórios para monitorar o consumo máximo que o drive apresenta.

Vemos que mesmo o HD não sendo nada eficiência em comparação com os SSDs, querendo ou não SSDs mais topo de linha Gen 4.0 tem tendência a ter um consumo muito maior que até mesmo HDs.

Testando consumo médio SSDs

Agora partido para cenários um pouco mais realistas utilizamos uma pasta contendo mais de 700 arquivos de todos os tipos contendo mais de 210GB e realizamos a transferência de um SSD topo de linha para o SSD testado, e com isso tiramos sua média.

Como vemos neste exemplo ao utilizarmos um HD seagate em comparação à diversos SSDs sejam SATA vs PCIe 3.0 vs PCIe 4.0. Observamos que o HD é o drive com o maior consumo médio.

Testando consumo em Idle SSDs

Como mencionado inúmeras vezes em minhas análises, SSDs passam a esmagadora maioria do tempo em Idle ou em power states de baixo consumo e SSDs que conseguem realizar tarefas de forma mais rápida para transitar de volta para idle states tendem a ser mais eficiêntes. Melhorando bastante principalmente quem planeja utilizá-los em laptops, devido a tempo de uso em bateria. Neste teste vamos utilizar o drive parado como disco secundário em idle por 15 min com o Windows Power Plan em balanceado.

Podemos ver SSDs topo de linha Gen 4 tem uma tendência maior a ter maior consumo até mesmo em Idle.

Eficiência geral do SSD

E por último e mais importante, sua eficiência, aonde pegamos sua largura de banda média durante um benchmark do Diskbench e dividimos por seu consumo médio.

Vemos que os HDs são terriveis em termos de eficiência em comparação com SSDs, afinal não só seu consumo é consideravelmente maior que até mesmo SSDs SATA, mas sua largura de banda foi cerca de 3x menor que o SSD SATA do comparativo.

Agradecimentos e conclusão

Bom eu gostaria de agradecer imensamente a Quarch Technology por enviar esa Sample, sendo que são fabricados em poucas unidades e geralmente vendido diretamente à fabricantes.

Thank you! You guys rock.

Futuramente irei trazer novos artigos sobre SSDs aonde irei abordar mais profundamento sobre power states de SSDs, então fiquem ligados pessoal.