NAS Hersteller QNAP bietet für seine NAS verschiedene Erweiterungskarten an. Die Karten werden in die entsprechenden PCIe-Erweiterungsslots verbaut, welche je nach Modell als x1 bis x16 ausgeführt sind. Für jedes QNAP NAS gibt es auf der Website eine Kompatibilitätsliste um die richtige Karte für das entsprechende NAS auswählen zu können.
Für diesen Test verwenden wir das QNAP Ts-253Be
Testsystem
QNAP TS-253Be
Das QNAP TS 235-be NAS ist bereits ein gehobeneres Modell mit 2 Schächten. Es verfügt zudem über einen M.2 Cache und 10Gbit Ethernet dank QNAP-QM2-Erweiterungskarte. Verbaut sind zwei Seagate IronWolf 14TB Festplatten Typ ST14000VN0008. Sowie eine Kingston SSD 240GB
Das TS-253Be von QNAP ist ein NAS mit zwei Schächten für Festplatten im 3,5″ oder 2,5″ Format. Es ordnet sich in der oberen Liga der Zwei-Bay-NAS ein und bietet mit zwei LAN Ports, einer PCIe Schnittstelle für Erweiterungskarten und zahlreichen Anschlüssen vielfältige Einsatz- und Erweiterungsmöglichkeiten. Es wird in zwei Versionen verkauft. Einmal mit zwei und einmal mit vier Gigabyte Arbeitsspeicher. In diesem Artikel wird die Version mit vier Gigabyte verwendet.
| Hersteller | QNAP |
| Modell | TS-253Be |
| Prozessor | Intel Celeron J3455 |
| Arbeitsspeicher | 4GB RAM (Erweitert auf 8GB RAM) |
| Verschlüsselung | AES-NI-Hardwareverschlüsselung |
| Netzwerkdurchsatz | 113 MB/s verschlüsseltes Lesen, 112 MB/s verschlüsseltes Schreiben |
| Netzwerkanschlüsse | 2x 1Gbit/s |
| Anschlüsse | 5xUSB3.0 1xESATA |
| Betriebssystem | QTS 4.3.6.0875 |
Das Ts-253Be besitzt einen PCIe x4 Anschluss, zu welchem laut Website folgende QM2 Karten kompatibel sind:
| QM2-2S | 2x M.2 22110/2280 SATA SSD |
| QM2-2S-220A | 2x M.2 22110/2280 SATA SSD |
| QM2-2S10G1T | Daten siehe oben |
| LAN-10G1TA | 10GBase-T RJ45 Netzwerkkarte |
| LAN-10G2SE-MLX | 2x SFP+ 10GbE Netzwerkkarte |
| LAN-10G2T-X550 | 2x 10GBase-T RJ45 Netzwerkkarte |
| USB-U31A2P01 | 2x USB 3.1 Gen2 |
| QXG-10G1T | 10GBase-T RJ45 Netzwerkkarte PCIe Gen3 x4 |
2x Seagate IronWolf 14 TB
Die Seagate IronWolf 14TB NAS HDD ist das aktuell größte Exemplar der IronWolf HDD Serie. Als Helium-Festplatte ist sie gleichermaßen schnell als auch sparsam und kühl. In meinem Artikel zur Ts-253Be habe ich eine IronWolf SSD 110 1,92TB verwendet. Diese benötigt keinen SSD Cache, daher bin ich zu diesen zwei Festplatten gewechselt. Wobei auch die IronWolf 14TB NAS HDDs mit ihren 7200 Upm schnell genug sind, siehe Idomix.de.
In Verbindung mit dem QNAP NAS lässt sich hier hervorragend die Funktion „Seagate Healthmanagement“ nutzen.
Health Management
Das neue Seagate Health Management ersetzt die von Hersteller zu Hersteller unterschiedlichen SMART Werte. Im Gegensatz zu den üblichen 20 Werten erfasst das Health Management hunderte von Parametern. Es wird die Iron Wolf- Festplatte im Zusammenspiel mit dem Gerät überwacht und nicht nur reine Controllerdaten, wie beim nicht standardisierten SMART.
Aktuell sind die Seagate Health Management Services verfügbar für ausgewählte NAS und Surveilance-Stations der Hersteller ASUSTOR und Synology. Weitere Hersteller sollen laut Seagate folgen.
Kingston UV500 240 GB SSD
Die Kingston SSD UV500 240 GB in der Bauform M.2 x 80mm SATA dient als Bestückung der QM2 2S10G1T.
| Übertragung | Lesen | 520 MB/s |
| Schreiben | 500 MB/s | |
| IO/s | Lesen | 79.000 |
| Schreiben | 25.000 |
Durchführung – Teil 1
Lieferumfang und technische Daten
Die Erweiterungskarte kommt in einem kleinen Pappkarton mit den notwendigen Schrauben sowie Wärmeleitpads für die SSD. Eine ausführliche Installationsanleitung liegt auch bei.
| Hersteller | QNAP |
| Modell | QM2 2S10G1T |
| M.2 | 2x SATA 80mm |
| Lüfter | Ja |
| Netzwerkdurchsatz (Bit/s) | 10G/5G/2.5G/1G/100M |
| Netzwerkanschlüsse | 10Gbit/s RJ45 10BASE-T |
| Anschlüsse | PCIExpress Gen2 x4 (Anbindung NIC PCIExpress Gen2 x4, 2x M.2 PCIExpress Gen2 x2) |
Detaillierte Bilder
Die Vorderseite der Erweiterungskarte. Bis auf die PCI-Slotblende eine normale PCIe Karte.
Die Rückseite.
Nachdem vier Schrauben gelöst sind, lässt sich der Kühler abnehmen. An den Schrauben befinden sich Federn, sodass sie nicht zu fest angezogen werden können.
Unter der SSD messen Sensoren die Temperatur.
Der QM2 Karte liegen Wärmeleitpads bei, welche oberhalb und unterhalb der SSD verwendet werden können, um die erzeugte Wärme abzuführen. Ohne deren Verwendung verbleibt ein Luftspalt zwischen SSD und Kühlkörper. Der Einsatz ist also nicht nur wichtig, sondern auch meiner Meinung nach Voraussetzung für den Betrieb mit zwei SSDs. Ein Wärmeleitpad ist bereits vorinstalliert auf dem Controller des 10GBit/s Netzwerkanschlusses.
SSD-Cache
In der Systemsteuerung lassen sich unter Speicher -> Cache Beschleunigung eine oder mehrere SSD als Cache konfigurieren. Bei mehreren SSDs lässt sich auch ein RAID1 oder 0 konfigurieren. Auf diesem Screenshot ist noch die Seagate IronWolf 110 NAS SSD 1,92TB zu sehen, da ich die Cache SSD schon vorab konfiguriert habe.
Für die SSD lässt sich ein Overprovisioning konfigurieren. Je nachdem wie stark der Cache genutzt wird im späteren Betrieb, sollte hier auf jeden Fall ein Overprovisioning genutzt werden. Dominik Bamberger hat auf IDomiX bereits einen Artikel erstellt,wie sich die Nutzung als Cache bei einer Synology Diskstation auf die Lebensdauer der SSDs auswirkt Link: https://idomix.de/das-problem-mit-dem-synology-ssd-cache-und-samsung-m-2-sata-ssds
Das zuvor erstellte Laufwerk aus den für den Cache ausgewählten SSDs wird final ausgewählt.
Wie üblich, eine Zusammenfassung der getätigten Einstellungen.
Die SSD wurde als Cache konfiguriert und ist betriebsbereit.
Leistung
Die gefühlte Leistungssteigerung abzubilden ist recht schwierig, da es keine Benchmarks auf QTS für diese Funktion gibt. Um zumindest eine subjektive Meinung zu erhalten, habe ich zwei virtuelle Maschinen auf der QNAP Ts-253Be installiert und diese betrieben. Die verwendeten Seagate IronWolf 14TB verfügen von sich aus über hervorragende Werte für eine mechanische Festplatte, was die Messlate für die SSD-Karte noch höher legt.
Ich habe insgesammt drei Prüfungen durchgeführt:
- Die virtuellen Maschinen auf dem HDD-Storage
- Die virtuellen Maschinen auf dem HDD-Storage mit konfiguriertem SSD-Cache
- Die virtuellen Maschinen auf dem SSD-Storage direkt.
Wie zu erwarten, lässt sich bereits mit den VMs auf den Festplatten arbeiten. Eine gewisse Trägheit ist durchaus zu verspüren. Hierbei muss jedoch zugegeben werden, dass ich VM-Leistung normalerweise auf Mehrkernservern mit Intel Xeon Prozessoren gewöhnt bin. Aber gerade aus dieser Perspektive kann ich sagen, dass der Intel Celeron J3455 sich gut hält.
Zum Test habe ich jeweils Office 365 auf den virtuellen Maschinen installiert, während ich Einstellungen an Windows vorgenommen habe.
Die virtuellen Maschinen mit aktiviertem Cache haben so gut von jenem profitiert, das kein merklicher Unterschied zwischen diesen und den virtuellen Maschinen auf dem puren SSD-Storage bestand.
Um aus diesem Test wenigstens ein reproduzierbares Ergebnis zu erhalten, habe ich jeweils die Zeit der Windows Installation gemessen. Verwendet wurde ein Windows 10 1809 Image. Folgend die Installationszeiten gemittelt von beiden VMs:
- Test 1 HDD Zeit bis zur Windows Installation: 25 Minuten 02 Sekunden
- Test 2 HDD+Cache Zeit bis zur Windows Installation: 19 Minuten 46 Sekunden
- Test 3 SSD Zeit bis zur vollendeten Windows Installation: 17 Minunten 30 Sekunden
Von der Bestätigung der Auswahl des Installationslaufwerks bis zu dieser Ansicht habe ich die Zeit gestoppt. Die Meldung noch 10 Sekunden bis zum neustart wurde nicht übersprungen. Die Zeiten sind nicht vergleichbar mit der Installationszeit auf einem normalen PC. Den Test-VMs wurden nur zwei Kerne und ein Gigabyte an Arbeitsspeicher zugewiesen. Für eine Vergleichbarkeit untereinander sind sie aber auf jeden Fall aussagekräftig.
Auf weitere Tests habe ich verzichtet, da die thermische Belastung doch recht groß wurde. Die Festplatten befanden sich sehr knapp unter 50°C und die M.2 SSD war bei über 60°C. Daraus lässt sich ableiten, dass die Cache-QM2-Karte sehr gute Leistung bietet was Cache oder kurzzeitige Lastspitzen angeht, jedoch nicht für dauerhaft hohe Lasten geeignet ist. Hierbei muss aber auch hinterfragt werden, ob ein zwei Bay NAS mit Intel Celeron CPU „DIE“ Plattform für Dauerlast ist.
10G Base-T Netzwerkschnittstelle
Die 10Gbit Netzwerkschnittstelle konnte ich leider nicht extra testen, da mir die 10G Infrastruktur fehlt. Andererseits sollte die Arbeitsweise der 10GBit/s Ethernet-Schnittstelle auch bekannt sein. Es lassen sich theortisch 1250 MB/s übertragen, wobei die Übertragungsrate in der Realität bedingt durch den Protokoll Overhead sowie andere Umwelteinflüsse im Netzwerk etwas niedriger liegt. Einzig die Anbindung über PCIe Gen2 x4 könnte hier eine leichte Drosselung darstellen. Die Bruttodatenübertragungsrate ohne Overhead liegt hier bei 1,966 GB/s. Auch die SSD(s) müssen sich diesen Anschluss teilen. Hier kann also bei voller Auslastung der SSD(s) die Hälfte der Bandbreite wegfallen und so die Netto Rate deutlich unter 1000 MB/s. Allerdings sollte das zu verschmerzen sein. Inwiefern die erwähnten thermischen Grenzen der Hardware auch hier eine Rolle spielen könnten, bleibt nach diesem Review leider offen.
Fazit
Die Erweiterungskarte macht aus dem Ts-253Be einen kleinen Server. Entweder man spricht die SSDs direkt an und nutzt diese explizit für VMs bzw. wichtige Daten oder man konfiguriert sie als Cache und überlässt dem Betriebssystem die Entscheidung wie beschleunigt werden soll. Ein Leistungsvorteil besteht auf jeden Fall. Die Anbindung von PCIe x2 bei den SSDs kann bei Nutzung eines RAID0 die erreichbare Geschwindigkeit limitieren, genauso wie die gesamte Anbindung der Karte über PCIe x4 bei voller SSD-Auslastung zu Beeinträchtigungen der 10G-Schnittstelle führen kann. Eine Nutzung von PCIExpress Gen3 wäre hier die Lösung, jedoch gibt das eine Intel Celeron CPU von 2016 nicht mehr her.
Das sind zwar messbare, jedoch in der üblichen Nutzung kaum relevante Beeinträchtigungen. Im normalen Betrieb beschleunigt die QNAP QM2 Karte das NAS deutlich. Die QM2 2S10G1T ist aktuell für rund 200€ verfügbar und treibt somit den System Preis inkl. zwei 240GB SSD des NAS auf knapp 700€ plus Festplatten. Dafür erhält man einen Powerwürfel, welcher die typischen Multimedia-, Netzwerk- und Bereitstellungspflichten eines NAS im Jahr 2019 übernehmen kann.
Einen weniger schönen Eindruck hat die Kühlung hinterlassen. Das ist aber nicht direkt das Problem der QM2 2S10G1T, sondern ist bedingt durch eine Kombination mit dem Ts-253Be, welches nur über einen Lüfter verfügt. Trotz dessen Einstellung der Regelung auf „Leistung“, konnte dieser das Test-Setup meiner Meinung nach nicht ausreichend belüften. In einem größeren NAS könnte diese Thematik vielleicht eine weniger große Rolle spielen.