Vzhledem k tomu, že datová centra usilují o vyšší energetickou účinnost, zejména s ohledem na požadavky na pracovní zátěž s umělou inteligencí, mnoho z nich se obrací na kapalinové chlazení, aby optimalizovali výkon a řídili spotřebu energie. Kapalinové chlazení dokáže efektivně řídit teplo generované vysoce výkonnými servery, což jim umožňuje pracovat na špičkový výkon bez energeticky náročných nákladů spojených s tradičním vzduchovým chlazením. SSD disky s vysokou hustotou od společnosti Solidigm jsou pro tato prostředí ideální a nabízejí výjimečnou účinnost v poměru terabajtů k wattu.
Ačkoli umělá inteligence nutí mnoho provozovatelů datových center zvažovat kapalinové chlazení, její dopad sahá mnohem dále. V předchozí zprávě jsme zkoumali vliv kapalinového chlazení na 2U Dell PowerEdge R760. Přímé kapalinové chlazení (DLC) od společnosti CoolIT výrazně snížilo spotřebu energie serveru snížením otáček ventilátorů, což představuje úsporu energie o 200 wattů. Toto testování se soustředilo výhradně na výkon CPU; tentokrát jsme se chtěli zaměřit více na úložiště, abychom pochopili vliv SSD disků na spotřebu energie serveru.
Co jsou aktivní stavy výkonu NVMe?
Stavy napájení NVMe jsou předdefinované stavy , do kterých může zařízení NVMe přecházet za účelem správy spotřeby energie a výkonu. Specifikace NVMe umožňuje až 32 stavů napájení, každý charakterizovaný maximální spotřebou energie, vstupní latencí (ENLAT), výstupní latencí (EXLAT) a relativními hodnotami výkonu. Tyto stavy napájení se dělí na provozní a neprovozní stavy. Provozní stavy napájení neboli P-stavy umožňují zařízení zpracovávat I/O operace. Neprovozní stavy neboli F-stavy se používají, když je zařízení nečinné a nezpracovává I/O operace.
Správa těchto stavů napájení je klíčová pro optimalizaci energetické účinnosti zařízení NVMe, zejména v prostředích, kde je spotřeba energie kritickým problémem, jako jsou například edge zařízení a specializované aplikace, jako jsou SSD disky na Mezinárodní vesmírné stanici. Specifikace NVMe například zahrnuje funkce, jako je Autonomous Power State Transition (APST), která umožňuje zařízení automaticky přepínat mezi stavy napájení na základě aktuálního využití a tepelných podmínek. To pomáhá vyvážit výkon se spotřebou energie a zajišťuje spolehlivý provoz ve vzdálených nebo omezených prostředích. Podpora Runtime D3 (RTD3) umožňuje zařízení přejít do stavu nečinnosti s nulovou spotřebou energie, což dále šetří energii, když se zařízení nepoužívá.
Stavy napájení NVMe jsou obzvláště výhodné, když je prvořadá energetická účinnost a řízení teploty. Například u edge zařízení může schopnost rychlého přechodu do stavů s nižší spotřebou energie v nečinnosti výrazně snížit spotřebu energie, což je zásadní pro zařízení pracující ve vzdálených nebo náročných prostředích s omezenou dostupností energie. Toho je dosaženo pomocí funkcí, jako je PCIe Active State Power Management (ASPM) a stavy s nízkou spotřebou energie, jako jsou L1.1 a L1.2, které snižují spotřebu energie na minimální úroveň. Řízení výkonu a tepelného výkonu na ISS je klíčové vzhledem k omezenému a kontrolovanému prostředí. Stavy napájení NVMe mohou pomoci omezit spotřebu energie SSD disků, řídit tepelnou spotřebu (TDP) a optimalizovat celkový energetický rozpočet, čímž se zajistí, že SSD disky fungují efektivně bez přehřívání.
V těchto specializovaných prostředích poskytují stavy napájení NVMe flexibilní a efektivní způsob správy spotřeby energie zařízení NVMe. Využitím těchto stavů mohou zařízení vyvažovat výkon a energetickou účinnost, což je činí vhodnými pro různé aplikace, od edge computingu až po vesmírné mise. Schopnost dynamicky upravovat stavy napájení na základě podmínek v reálném čase zajišťuje, že zařízení NVMe mohou splňovat různé požadavky různých prostředí a zároveň optimalizovat energetickou účinnost a tepelný management.
Kromě stavů napájení NVMe hraje klíčovou roli v řízení tepelného výkonu NVMe SSD disků v nových podnikových SSD discích koncept kompozitní teploty (Composite Temperature) a teploty dotyku (Tip Temperature). Teplota dotyku (Touch Temperature) představuje vnější teplotu pouzdra SSD. Společnost Solidigm je lídrem v zavádění nových, vyšších standardů teploty dotyku (Touch Temperature). Například továrně nastavená teplota dotyku pro Solidigm D5-P5336 je 80 °C. Tato vyšší hranice teploty dotyku umožňuje chlazení SSD disků nižším prouděním vzduchu nebo provoz při vyšších okolních teplotách. Tato flexibilita umožňuje datovým centrem optimalizovat strategie chlazení a zlepšit celkové řízení teploty, což může potenciálně snížit náklady na chlazení a zvýšit spolehlivost a životnost SSD disků.
Správa aktivních stavů napájení NVMe
V testovacím prostředí Linuxu s Ubuntu 22.04 můžeme použít sadu nástrojů NVMe k dotazování disku a zobrazení a změně stavů napájení D5-P5336. Jak vidíte níže, disk podporuje stavy 0, 1 a 2, přičemž stupeň 0 je nejméně omezující a stupeň 2 nejvíce omezující.
U disku Solidigm 61.44 TB D5-P5336 je spotřeba PS0 25 W, PS1 15 W a PS2 10 W. Disk běží v klidu na přibližně 5.5 W, takže s každým zvýšením režimu napájení má SSD stále méně energie, kterou může věnovat operacím čtení a zápisu NAND. Operace zápisu jsou nejvíce zasaženy, protože zápis do NAND spotřebovává více energie než čtení z ní.
Příkaz pro kontrolu aktuálního stavu napájení našeho SSD disku Solidigm D5-P5336 je uveden níže. Aktuální hodnota 00000000 znamená, že disk je v režimu PS0, což je nejvyšší režim spotřeby 25 W.
Podobný příkaz se vydává pro změnu stavu napájení, přičemž poslední číslo představuje režim napájení, ve kterém se má SSD disk nacházet. Například následující příkaz nastaví režim napájení na PS0 na disku SSD Soldigim D5-P5336. Pokud používáte režimy napájení 1 nebo 2, změňte hodnotu —-value= tak, aby odpovídala správnému režimu napájení.
Vliv stavů napájení na výkon
Abychom změřili dopad stavů napájení na napájení a výkon SSD disku Solidigm D5-P5336 s kapacitou 61.44 TB, vybavili jsme server Dell PowerEdge R760 24 SSD disky. Spuštěním systému Ubuntu a generátoru úloh FIO jsme mohli snadno spustit konzistentní zátěž napříč všemi SSD disky a aktualizovat režim napájení za chodu.
K monitorování napájení na úrovni systému jsme použili integrované monitorování napájení od společnosti Dell v rámci integrovaného systému správy serveru iDRAC9.
Zaměřili jsme se na sekvenční úlohy čtení a zápisu s využitím blokové velikosti 128 kB na každém disku a poté jsme změřili celkový výkon všech 24 SSD disků. Je třeba poznamenat, že tato konkrétní konfigurace Dell PowerEdge R760 s 24 pozicemi NVMe využívá přepínač PCIe oproti přímo připojeným pozicím NVMe. Celková naměřená šířka pásma tedy saturuje dostupné linky přepínačů PCIe, než se dostane k diskům. To ovlivňuje celkový naměřený výkon čtení ve srovnání se specifikací Soldigim P5536, ale celkové rychlosti zápisu byly všechny pod tímto limitem.
| Celkový počet wattů | Rychlost zápisu | Čtení GB/s | Watts Nad základnou |
Watty/pohon (s režií systému) |
|
|---|---|---|---|---|---|
| Nečinné žádné disky | 462 | - | - | - | - |
| Nainstalované nečinné disky | 594 | - | - | 132 | 5.5 |
| 24x sekvenční čtení PS0 | 858 | - | 109GB / s | 396 | 16.5 |
| 24x sekvenční čtení PS1 | 858 | - | 105GB / s | 396 | 16.5 |
| 24x sekvenční čtení PS2 | 759 | - | 79.8GB / s | 297 | 12.375 |
| 24x sekvenční zápis PS0 | 1089 | 82.5GB / s | - | 627 | 26.125 |
| 24x sekvenční zápis PS1 | 825 | 34.4GB / s | - | 363 | 15.125 |
| 24x sekvenční zápis PS2 | 726 | 17.3GB / s | - | 264 | 11 |
Při pohledu zpět na náš článek o výhodách přechodu z platformy chlazené vzduchem na přímé kapalinové chlazení jsme zaznamenali mírný nárůst výkonu CPU, ale také jsme ušetřili 200 W energie. Energie je cennou komoditou v nové vlně serverů zaměřených na umělou inteligenci, které často věnují všechny dostupné zdroje grafickým procesorům a špičkovým CPU. V datovém centru s limitem energetického rozpočtu pro chlazení vzduchem nebo v jeho blízkosti přechod na DLC umožňuje osadit server větším počtem SSD disků při stejné energetické náročnosti jako server chlazený vzduchem.
Úspora energie 200 W může mít velký vliv na hustotu úložiště; tato úspora vám umožňuje zdvojnásobit úložnou kapacitu z 12 na 24 SSD disků v serveru chlazeném kapalinou oproti serveru chlazenému vzduchem, pokud máte úlohy zaměřené na čtení s velkým počtem čtecích dat. Díky modelu Solidigm D5-P5336 má tento 24šachtový server zvýšenou úložnou kapacitu ze 737 TB na 1 474 TB díky kapalinové smyčce. Pokud je úloha zaměřena na zápis, budete moci server vybavit přibližně osmi dalšími SSD disky. Tato čísla však platí pro základní režimy napájení, takže pokud jste ochotni snížit výkon zápisu z horní hranice, můžete snadno osadit server 24 SSD disky s úlohou zaměřenou na zápis se sníženým výkonem.
Závěr
Prostřednictvím našeho testování SSD disků Solidigm D5-P5336 jsme viděli, jak může správa stavů napájení NVMe významně ovlivnit energetickou účinnost, aniž by dramaticky ovlivnila výkon. Provozovatelé datových center, kteří chtějí maximalizovat energetickou účinnost, mohou tyto stavy napájení využít k dosažení vyšší hustoty úložiště nebo ke snížení provozních nákladů, zejména v prostředích zaměřených na umělou inteligenci, kde je energie vzácná. Vysokohustotní SSD disky Solidigm jsou pro to dobře připraveny a nabízejí vynikající účinnost v poměru terabajtů k wattům, zejména s moderními technologiemi kapalinového chlazení.
Naše zjištění ukazují, že i nepatrné úpravy stavů napájení mohou přinést významné úspory energie, což může být klíčové v prostředích s omezenou dostupností napájení. Optimalizace celkové spotřeby energie serverů zvyšuje hustotu úložiště a podporuje udržitelnější provoz datových center.
Správa napájení se stává stále důležitější, protože moderní servery jsou tlačeny na své limity, zejména u úloh řízených umělou inteligencí. Kombinace kapalinového chlazení a efektivních možností správy SSD nabízí cestu vpřed pro datová centra, která chtějí škálovat výkon a hustotu úložiště bez překročení rozpočtů na napájení.
Celou ukázku těchto technologií si můžete prohlédnout živě na konferenci OCP 2024. Předvedeme, jak se kapalinové chlazení a SSD disky Solidigm mohou stát základními kameny energetické účinnosti v moderním datovém centru.
Tuto zprávu sponzoruje společnost Solidigm. Veškeré názory a stanoviska vyjádřené v této zprávě vycházejí z našeho nezaujatého pohledu na daný produkt (produkty).
Amazon