NVMe SSD disky přebírají datová centra a rychle se etablují jako technologie pro kritické aplikace. Rozhraní NVMe umožňuje volný chod flash paměti a překonává starší úzká hrdla rozhraní SATA a SAS. Odstranění překážek flash paměti však přináší nové architektonické výzvy, které nelze snadno vyřešit tradičními rozvrženími karet HBA/RAID na serverech. Společnost Intel tento problém vyřešila zjednodušeným řešením pro správu NVMe SSD disků v serverech. Virtuální RAID na CPU, zkráceně Intel VROC, v podstatě umožňuje SSD diskům přímý přístup k CPU, čímž zcela odstraňuje potřebu HBA. To výrazně zjednodušuje jak datovou cestu, tak komponenty potřebné k maximálnímu využití NVMe SSD disků v serverech. Kromě RAID na podnikové úrovni zahrnuje Intel VROC očekávanou provozuschopnost, kterou podniky požadují, včetně správy RAID před spuštěním, podpory hot plug a správy LED.
Pro lepší pochopení technologie Intel VROC je důležité porozumět další technologii zvané Intel Volume Management Device (Intel VMD). Intel VMD je integrovaný řadič uvnitř kořenového komplexu PCIe procesoru, kompatibilní s nejnovějšími procesory Intel Xeon Scalable. Konečným výsledkem je, že Intel VMD umožňuje více či méně virtuální HBA pro připojené disky NVMe SSD. To je důležité, protože Intel VMD nabízí kritické funkce pro údržbu disků, které jsou zjednodušeny bez obětování spolehlivosti. Díky Intel VMD lze disky NVMe SSD vyměňovat za provozu bez přerušení provozu nebo restartu. Intel VMD přesměrovává události vkládání a odebírání sběrnice PCIe na ovladače úložiště RAID, které tyto události zpracovávají a spustí automatickou obnovu. V případě selhání je také důležité vědět, který disk je třeba odebrat, což může být obtížné v datových centrech s desítkami nebo stovkami disků a nekonzistentními postupy označování pozic disků od různých dodavatelů. Intel VMD podporuje správu NVMe LED, která je v souladu se specifikací kontrolek disků, které disky SATA a SAS používají již léta, což usnadňuje identifikaci a údržbu SSD v případě potřeby. Technologie Intel VMD je v oboru také široce podporována, například VMware nativně podporuje ovladač Intel VMD NVMe ve verzi VMware ESXi 6.7, která zahrnuje podporu pro správu NVMe SSD ve vSAN.
Technologie Intel VROC staví na technologii Intel VMD a přináší do světa NVMe SSD RAID. V současné době dokáže jeden škálovatelný procesor Xeon podporovat až 12 přímo připojených disků NVMe a až 6 polí RAID. Systém s dvěma procesory by podporoval 24, respektive 12 disků. Jeden procesor by však mohl využít přepínače k podpoře až 48 SSD disků v systému. Technologie Intel VROC podporuje datové svazky a bootovací svazky, což bylo pro disky NVMe historicky obtížné. Nastavení RAID lze konfigurovat pomocí systému BIOS nebo CLI a Intel podporuje správu lokálně nebo vzdáleně pomocí agenta RESTful.
Intel VROC se prodává jako fyzický klíč; k dispozici jsou tři SKU. Standardní verze podporuje RAID 0/1/10 s podporou SSD disků třetích stran. Prémiová licence přidává podporu pro RAID5. K dispozici je také licence Intel SSD Only, která, jak název napovídá, podporuje pouze disky Intel, ale nabízí plnou škálu možností RAID.
Kromě licence, disků SSD NVMe a škálovatelných procesorů Xeon je potřeba i kompatibilní server. Ačkoli je technologie Intel VROC široce podporována, někteří dodavatelé serverů dávají přednost vlastním technologiím pro správu disků založeným na kartách před touto modernější alternativou. V této recenzi jsme se spojili se společností EchoStreams, která podporuje technologii Intel VROC napříč všemi svými řadami úložných serverů.
Na tak malou velikost je EchoStreams FlacheSAN1N10U-D5 extrémně flexibilní. V naší konfiguraci je server vybaven dvěma procesory Intel 8180M, 64 GB RAM a osmi 2TB SSD disky Intel DC P4510 NVMe . Server nabízí tři sloty x16 PCIe 3.0, což uživatelům umožňuje maximalizovat potenciál interní úložné kapacity s až 160 TB NVMe flash paměti (10x 16TB SSD) a třemi 100Gbps ethernetovými síťovými kartami.
Konstrukce šasi také umožňuje symetrické uspořádání mezi oběma CPU, NVMe SSD disky a výstupními síťovými kartami. Jakožto whitebox nabídka lze šasi přizpůsobit koncovému uživateli a podporovat i jiné velikosti SSD disků, jako jsou 15mm a 7mm U.2, stejně jako interní M.2 SSD disky a Intel Optane. Server lze nakonec konfigurovat s duálním 850W AC napájecím zdrojem nebo jej nastavit pro podporu 48VDC vysoce účinných napájecích zdrojů. Vzhledem k špičkovým CPU Intel v naší konfiguraci se nám větší napájecí zdroje hodily.
Pokud jde o to, kde může FlacheSAN1N10U-D5 přinést přidanou hodnotu, EchoStreams poukazuje na sítě pro doručování obsahu (CDN) jako primární případ použití. Zákazníci v současné době používají tyto uzly jako zařízení pro ukládání do mezipaměti buď v datových centrech, nebo na okrajových lokalitách k doručování populárního obsahu koncovým uživatelům. Existuje také několik univerzit, které tuto platformu využívají pro HPC a výzkumné účely, kde výpočetní výkon a propustnost úložiště poskytují zásadní výhodu při řešení složitých problémů. Kromě těchto scénářů server funguje dobře i pro postprodukční pracovní postupy v médiích a zábavě a dobře se doplňuje se softwarově definovanými úložišti, která mohou těžit z úložiště NVMe a vysokorychlostních sítí.
Specifikace EchoStreams FlacheSAN1N10U-UN
| Formální faktor | 1U |
| Procesor (CPU) | Podporuje procesory Intel Xeon Scalable s dvěma paticemi LGA3647 |
| chipset | Intel C622 |
| RAM | DDR4 až 1.5 TB RDIMM/RDIMM/LRDIMM 2666/2400 MHz |
| Sloty DIMM | Až 16 |
| Šachta |
|
| I / O rozhraní |
|
| Rozšiřující sloty |
|
| základní deska | 5 x 2pozicové NVMe základní desky |
| Podporované OS: |
|
| Výkon |
|
| Fyzický |
|
| ekologický |
|
Použitelnost a nasazení
Základní deska nemá žádné speciální grafické rozhraní pro konfiguraci Intel VROC, ale je uživatelsky přívětivá. Pro IT administrátory, kteří jsou možná obeznámeni s používáním příkazů mdadm z konzole, Intel VROC automatizuje většinu práce na serveru, aby se zjednodušilo nastavení. I když není zahlcena zbytečnostmi, pro většinu IT profesionálů nebude její používání obtížné. Z obrazovky BIOSu si uživatelé mohou nastavit svazky RAID a zároveň vidět dostupné fyzické disky.
Dále je možné pojmenovat svazek (v tomto případě svazek0), vybrat úroveň RAID a povolit RAID rozložený přes oba řadiče Intel VMD.
Jakmile je RAID nastaven, je možné se podívat na akce se svazky, jako je odstranění svazku RAID nebo jeho nastavení do bootovacího režimu.
Uživatelé mohou nakonec provádět akce s disky, jako je resetování na režim bez RAID nebo odstranění dat RAID z disků.
Jakmile byl systém spuštěn a funkční v našem prostředí CentOS 7.4, konfigurace svazků RAID byla připravena a čekala na nastavení. U svazků RAID5/10 můžete sledovat průběh inicializace na pozadí pomocí nástroje mdstat nebo ručně změnit celou skupinu RAID, pokud chcete. Nastavení na úrovni BIOSu sice značně zjednodušuje spuštění a provoz RAID, ale neodstraňuje ani nenahrazuje tuto práci pro uživatele, kteří chtějí mít vyšší úroveň přizpůsobení.
Výkon
Analýza pracovní zátěže VDBench
Pokud jde o benchmarking úložných polí, nejlepší je testování aplikací a syntetické testování je na druhém místě. I když syntetické testy nepředstavují dokonalou reprezentaci skutečných pracovních zátěží, pomáhají stanovit základní parametry úložných zařízení s faktorem opakovatelnosti, který usnadňuje porovnávání konkurenčních řešení. Tyto pracovní zátěže nabízejí řadu různých testovacích profilů, od testů „čtyř rohů“, běžných testů velikosti přenosu databáze až po zachycení tras z různých prostředí VDI. Všechny tyto testy využívají běžný generátor pracovních zátěží vdBench se skriptovacím enginem pro automatizaci a zachycení výsledků na velkém clusteru výpočetního testování. To nám umožňuje opakovat stejné pracovní zátěže napříč širokou škálou úložných zařízení, včetně flash polí a jednotlivých úložných zařízení.
Profily:
- Náhodné čtení 4K: 100% čtení, 128 vláken, rychlost čtení 0–120 %
- 4K Náhodný zápis: 100% zápis, 64 vláken, rychlost zápisu 0–120 %
- 64K sekvenční čtení: 100% čtení, 16 vláken, rychlost čtení 0–120 %
- 64K sekvenční zápis: 100% zápis, 8 vláken, rychlost zápisu 0–120 %
- Syntetická databáze: SQL a Oracle
- Trasování úplného klonu VDI a propojených klonů
V této sérii testů VDBench spustíme naše běžné testy, ale místo jednoho zařízení (např. SSD, serveru nebo pole) spustíme více konfigurací vyvážených mezi oběma procesory:
- 8 disků v JBOD
- Dvě skupiny čtyř SSD v RAID0
- Dvě skupiny čtyř SSD v RAID5
- Dvě skupiny čtyř SSD v RAID10
Níže uvedená data představují souhrn 8 SSD disků použitých v každé konfiguraci. Tato data slouží pouze k zdůraznění toho, čeho je tato platforma schopna v různých konfiguracích, které Intel VROC podporuje. Je třeba poznamenat, že RAID5 v této recenzi vykazuje nižší výkon zápisu kvůli složitosti výpočtů parity a aktualizací, což se očekává na základě porovnání úrovní RAID.
Pro špičkový náhodný výkon 4K byly všechny skupiny RAID schopny udržet latenci pod 1 ms (ve skutečnosti všechny skupiny dosáhly 210 μs). Všechny skupiny dosáhly mezi 2.5 miliony a 3 miliony IOPS, přičemž nejvyšší výkon dosáhla skupina JBOD s 2 944 335 IOPS a latencí 163 μs.
Náhodný zápis 4K nezaznamenal stejnou jednotnost u různých skupin RAID. Skupina RAID5 měla nejnižší výkon s maximem 21 921 IOPS a latencí 936.7 ms. Ostatní skupiny RAID si vedly lépe, přičemž skupina RAID0 dosáhla maxima 1 879 180 IOPS s latencí 1.35 ms.
Při přepnutí na sekvenční úlohy čtení 64K dat ukázalo, že všechny RAID skupiny začaly silně s latencí pod milisekundu a pouze JBOD překročil 1 ms, což představuje přibližně 330 000 IOPS neboli 22 GB/s, a dosáhl vrcholu 363 203 IOPS neboli 22.7 GB/s s latencí pouhých 1.4 ms.
U zápisů se skupiny RAID opět rozdělily a poskytovaly velmi rozdílné výkony. Skupina RAID5 opět dosáhla přibližně 25 000 IOPS s latencí 4.3 ms a RAID0 se dostala na 124 104 IOPS s latencí 958 μs.
Další na řadě jsou naše SQL úlohy. Všechny skupiny RAID vykazovaly výkon s latencí pod milisekundu až do přibližně 1.4 milionu IOPS. Zde skupina RAID5 zaznamenala prudký nárůst latence a následný pokles výkonu. Ostatní tři skupiny pokračovaly pod 1 ms, dokud všechny nepřekonaly hranici 2 milionů IOPS. Nejvyšší čísla opět dosáhla skupina RAID0 s maximálním výkonem 2 519 727 IOPS při latenci 1.45 ms.
U SQL 90-10 jsme zaznamenali lepší profil latence u skupiny RAID5 s vrcholem 302 μs, ale její maximální výkon byl pouze 436 439 IOPS. Ostatní skupiny překročily hranici 1.5 milionu IOPS, než překonaly hranici 1 ms, přičemž skupiny JBOD i RAID10 dosáhly vrcholu krátce poté. Skupina RAID0 dosáhla vrcholu 2 135 362 IOPS s latencí 1.54 ms.
V SQL 80-20 měla skupina RAID5 opět latenci pod milisekundu s nižším výkonem ve srovnání s ostatními, 345 μs na 212 980 IOPS. Ostatní skupiny překročily hranici 1 milionu IOPS pod 1 ms, přičemž JBOD a RAID10 dosáhly vrcholu krátce poté opět a RAID0 dosáhl vrcholu 1 753 622 IOPS s latencí 1.7 ms.
Naše benchmarky Oracle nám, jak se dalo očekávat, poskytly podobné umístění jako výše uvedené. Skupina RAID5 dosáhla vrcholu jako první s 61 695 IOPS a latencí 153 μs. Ostatní disky dohromady dosáhly přibližně 780 000 IOPS za méně než 1 ms, než RAID10 překonal tuto hranici a dosáhl vrcholu (954 567 IOPS s latencí 2.63 ms), následovaný JBOD (s vrcholem 1 274 172 IOPS s latencí 4.2 ms) a nakonec skupinou RAID0 s vrcholem 1 472 338 IOPS s latencí 2.18 ms.
V Oracle 90-10 dosáhla vrcholu jako první skupina RAID5 s 406 693 IOPS a latencí 255 μs. Ostatní skupiny měly latenci submilisekundovou až do více než 1.5 milionu IOPS a dosáhly vrcholu stejným způsobem, jaký jsme pozorovali dosud: RAID10, JBOD a RAID0 s nejvyšším počtem 2 110 799 IOPS a latencí 1.55 ms.
U Oracle 80-20 dosáhla skupina RAID5 vrcholu 213 479 IOPS a latence 327 μs. Ostatní skupiny dosáhly více než 1 milionu IOPS, než dosáhly vrcholu, přičemž RAID0 dosáhl 1.65 milionu IOPS s odezvou méně než 1 ms a vrcholu 1 757 722 IOPS s latencí 1.63 ms.
Dále jsme přešli k našemu testu klonů VDI, Full a Linked. Zde nadále vidíme stejný známý vzorec umístění pro různé skupiny RAID: RAID5, RAID10, JBOD a RAID0. Pro VDI Full Clone Boot dosáhla skupina RAID5 vrcholu 288 613 IOPS s latencí 182 μs. Ostatní skupiny dosáhly téměř 1.2 milionu IOPS s latencí submilisekund, než nejprve skupina RAID10 vystřelila na 1 217 620 IOPS s latencí 2.65 ms, následovaná skupinou JBOD s 1 314 075 IOPS s latencí 4.19 ms a poté skupinou RAID0 s 1 400 765 IOPS s latencí 2.22 ms.
Při počátečním přihlášení do VDI FC dosáhla skupina RAID5 velmi krátkého maxima s 13 296 IOPS a latencí 286 μs. Ostatní disky dosáhly 175 tisíc IOPS, než překonaly hranici 1 ms. Skupina RAID0 dosáhla až 390 tisíc IOPS s latencí submilisekund a dosáhla maxima 429 692 IOPS s latencí 4.98 ms.
S přihlášením do VDI FC Monday dosáhla skupina RAID5 vrcholu 15 000 IOPS s 262 μs. Ostatní skupiny RAID překročily hranici 150 000, než překonaly hranici 1 ms, přičemž skupina RAID10 a JBOD zaznamenaly poměrně vysokou latenci 12.8 ms, respektive 11.7 ms, ačkoli výkon byl impozantní, 234 431 IOPS a 341 483 IOPS. Skupina RAID0 dosáhla celkově nejlepšího výkonu s 435 641 IOPS a latencí 5.67 ms.
Při přechodu na naše testy VDI Linked Clone vidíme v našem bootování mnohem silnější výkon všech skupin, přičemž skupina RAID5 dosáhla vrcholu 543 680 IOPS a latence 407 μs, RAID10 vrcholu 782 224 s latencí 4.76 ms, JBOD vrcholu 822 555 IOPS s latencí 11.52 ms a RAID0 vrcholu 820 998 IOPS s latencí 4.39 ms.
S počátečním přihlášením k VDI LC dosahujeme špičkových výkonů od 10 998 IOPS s latencí 312 μs pro RAID5 do 276 814 IOPS s latencí 7.88 ms pro RAID0.
Nakonec s VDI LC Monday Login nadále vidíme vzorec, kdy jako první dosáhl RAID5 (11 591 IOPS při 315 μs), následovaný RAID10 (zhruba 155 tisíc IOPS při 1.2 ms ve špičce), poté JBOD (zhruba 238 tisíc IOPS při 15.8 ms ve špičce) a nakonec RAID0 (279 332 IOPS při 8.06 ms).
Závěr
Při pohledu na výkon Intel VROC na této platformě 1U EchoStreams jsme se zaměřili na čtyři různé testovací skupiny, z nichž každá používala agregovaná data z 8x SSD disků Intel P4510 NVMe. Je snadné prohlásit RAID0 za „vítěze“ ze skupiny, ale to je z očekávaných důvodů vzhledem k tomu, jak RAID funguje. Při pohledu na výsledky výkonu zdola nahoru; jak bylo uvedeno na začátku, RAID5 má značnou penalizaci k redundanci dat při výpočtech parity, což se jasně odráží v datech. RAID10 používá zrcadlení, takže penalizace k redundanci je mnohem nižší, a proto výsledky ve srovnání s RAID5 udělují velký skok vpřed. Za touto skupinou následuje JBOD s agregovaným výkonem při průchodu. RAID0 vede v číslech, protože je zaměřen výhradně na výkon a využívá výhod disků spolupracujících prostřednictvím prokládání dat, ale obětuje odolnost dat. Všechna data z hlediska funkčnosti RAID podporují skutečnost, že Intel VROC je dobře implementován a poskytuje konzistentní a očekávané výsledky na dobře navržené platformě.
Místo podrobného rozebírání každého výsledku (se čtyřmi skupinami to vygeneruje celkem 64 výsledků) se podíváme na některé z nejdůležitějších. V našem 4K testu jsme viděli, že skupina JBOD dosáhla téměř 3 milionů IOPS s latencí submilisekund pro čtení a RAID0 dosáhl 1.9 milionu IOPS s latencí pouhých 1.35 ms. Pro sekvenční 64K jsme zaznamenali čísla až 22.7 GB/s pro čtení a 7.8 GB/s pro zápis. Naše SQL testy zaznamenaly 2.5 milionu IOPS, 2.1 milionu IOPS pro 90-10 a 1.75 milionu IOPS pro 80-20, vše s latencí pod 1.7 ms. Oracle zaznamenal 1.47 milionu IOPS, 2.1 milionu IOPS pro 90-10 a 1.76 milionu IOPS pro 80-20, vše s latencí 2.18 ms nebo méně. Náš test VDI ukázal, že spouštění FC Boot bylo 1.4 milionu IOPS, počáteční přihlášení FC 430 tisíc IOPS a přihlášení VDI FC Monday Login 436 tisíc IOPS a spouštění LC Boot 821 tisíc IOPS, počáteční přihlášení LC 277 tisíc IOPS a přihlášení LC Monday Login 279 tisíc IOPS.
Společnost Intel VROC v konečném důsledku poskytuje systémovým dodavatelům, jako je EchoStreams, zjednodušený způsob poskytování RAID s NVMe SSD. Výsledkem je, že EchoStreams dokáže poskytnout vynikající propustnost a latenci s menší složitostí a náklady. Díky dalším funkcím od Intel VMD navíc zákazníci EchoStreams získají vylepšenou provozuschopnost systému s funkcemi, jako je hot swap NVMe SSD, podpora NVMe drive light a bootovací RAID s konfigurací před spuštěním. Jak již bylo uvedeno, případy použití jsou rozmanité, ale je zřejmé, že existuje obrovský potenciál pro CDN a další, kteří mohou těžit z podnikového RAIDu napříč nejrychlejšími široce dostupnými úložnými a síťovými rozhraními.
Amazon