Moderní servery využívají rozšiřující se svět akceleračních karet, které umožňují nové nebo vylepšené funkce. Zatímco mnoho lidí, když uvažuje o akceleraci, se obrací přímo na GPU, existuje nový druh procesorů, které se nezaměřují jen na výkon, ale také na ochranu dat a ekonomiku. Pliops Extreme Data Processor (XDP) je jedním z těchto akcelerátorů a pomáhá zákazníkům využít jedinečnou kombinaci výkonu, kapacity a ekonomiky díky podnikovým SSD diskům založeným na QLC.
Stručný pohled na dopad Flashe v datovém centru
Disky NVMe SSD významně ovlivnily výkon serverů a úložišť, zejména když dosáhly rychlostí Gen4. Toto zvýšení však zatěžovalo další části systému, což znamenalo, že tradiční architektury karet RAID začaly překážet. S příchodem flash paměti QLC se hra s flash úložišti opět změnila. Aby servery mohly tyto moderní technologie efektivně využívat, jsou zapotřebí nová řešení.
Společnost Intel, nyní Solidigm, jako první komercializovala vysoce kvalitní QLC SSD disk. Solidigm P5316 je dnes již de facto standardem, pokud jde o vysokokapacitní, cenově dostupné podnikové SSD disky. V minulosti jsme s těmito disky strávili spoustu času, a to nejen v našich recenzích, ale i v podnikových a cloudových nasazeních, které dokáží disky správně využít.
Co máme na mysli správným použitím? QLC SSD disky jsou tradičně velmi dobré, pokud jde o výkon čtení, ale při zápisu na disky musí být systémy trochu inteligentnější. V naší recenzi P5316 jsme se trochu zmínili o termínu zvaném indirekční jednotka (IU). To je víceméně velikost bloku, do kterého se má disk zapisovat. U P5316 je jeho IU 64K. I když na disk můžete zapisovat bloky o velikosti 4K, je to z hlediska výkonu a zesílení zápisu značně neefektivní.
Ponoření se do detailů SSD je důležité pro pochopení alespoň jednoho z klíčových důvodů existence Pliops XDP. V jednom ohledu funguje jako RAID karta pro server agregací a správou SSD disků. XDP je také podporován integrovanou pamětí DRAM a ochranou napájení, takže dokáže sloučit zápisy přicházející na disky a zajistit tak výkon a využití kapacity lepší než u softwarového RAID.
Poptávka zařízení IoT na aplikace
Sběr dat neustále roste neuvěřitelným tempem. Požadavek na snadnou dostupnost těchto dat a souvisejících aplikací je ještě zřetelnější, a to dramaticky s důležitostí shromažďování poznatků na okraji sítě a vývoje aplikací s umělou inteligencí a strojovým učením.
Podniky plně využívají technologii SSD, a to vzhledem k neustálému růstu kapacity a zároveň k tomu, že se stávají ještě nákladově efektivnějšími. Disky NVMe jsou široce využívány a dokáží běžet více než 1,000krát rychleji než pevné disky (HDD). Datová centra zavádějí sítě s rychlostí 400 Gb/s, aby udržela krok s těmito úložnými zařízeními, zatímco efektivní protokoly, jako je NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF), posouvají hranice systémů a infrastruktur.
Aplikace se také staly efektivnějšími, protože poptávka po zařízeních IoT neustále roste nebývalým tempem. Více serverů, úložišť a přepínačů zvyšuje složitost již tak složitého prostředí. A nezapomínejme na důležitost efektivního a bezpečného zálohování všech těchto dat.
Zdálo by se, že instalace NVMe SSD disků by vyřešila problémy s výkonem, kterým dnes podniky čelí. Tyto NVMe SSD disky však nejsou efektivně využívány. Moorův zákon zaostává, výkon CPU se zdvojnásobuje každých 20 let, nikoli každé dva roky. Přidání dalších jader neřeší problém s výkonem, protože tato jádra sdílejí stejnou paměť a I/O. Přidáním dalších serverů by fungovalo staré přísloví, že více znamená lépe, ale je to velmi drahé řešení a není to dobré pro životní prostředí.
Se všemi těmito daty uloženými na těchto vysokorychlostních SSD discích se zpracování a zvládání přetížení CPU výpočetně náročnými úlohami ukládání stalo noční můrou. Servery nedokážou držet krok s požadavky uživatelské komunity ani s potřebou poskytovat spolehlivou ochranu v případě selhání disku, zejména při práci s vyšším výkonem a kapacitou.
Datový procesor Pliops Extreme (XDP) může poskytnout řešení pro mnoho výkonnostních požadavků na úložiště a ochranu založenou na SSD. Pliops XDP je novým standardem pro akceleraci aplikací a zvyšuje efektivitu investic do infrastruktury vašich datových center.
Stejně jako grafické procesory (GPU) překonávají neefektivitu zpracování dat a urychlují výkon umělé inteligence a analytiky, tak i Pliops XDP překonává neefektivitu úložiště, čímž masivně urychluje výkon a dramaticky snižuje náklady na infrastrukturu pro dnešní moderní aplikace. Pliops XDP zjednodušuje zpracování dat a správu SSD úložiště. Pliops XDP, dodáván na snadno nasaditelné kartě PCIe HHHL (half height, half length) radikálně zvyšuje výkon, spolehlivost, kapacitu a efektivitu v rámci rozmanitých datově náročných úloh.
Architektura datového procesoru Pliops Extreme
Pliops XDP byl navržen se dvěma rozhraními pro přístup hostitelů, což je klíčem k dosažení vyššího výkonu.
Prvním je standardní blokové rozhraní, které má nejširší uplatnění, kde XDP vypadá jako jakékoli jiné úložné zařízení v systému. Jakmile je XDP nainstalován, jednoduše se zobrazí.
Druhým hostitelským rozhraním je rozhraní API knihovny klíč-hodnota kompatibilní s RocksDB. Existuje také nově vznikající standard NVMe-KV, který je podporován. Toto rozhraní je nejefektivnějším způsobem, jak mohou aplikace mít přímý přístup k XDP a dosáhnout ještě vyššího výkonu. XDP zachází s bloky jako se speciálním typem páru klíč-hodnota, takže vše probíhá enginem stejným způsobem.
Vynikající výkon v Pliops XDP lze připsat tomu, že většina funkcí je prováděna hardwarem. Komprese s linkovou rychlostí se provádí pomocí rychlého a efektivního hardwarově akcelerovaného enginu. Engine pro ukládání klíč-hodnota je také založen na hardwaru. Pliops to přirovnává k RocksDB na čipu. Engine pro ukládání klíč-hodnota je skutečným pracantem XDP, který vykonává velkou část magie pro dosažení skutečných výhod výkonu.
Jednoduše řečeno, když je blok komprimován, vytvoří se objekt libovolné velikosti. Flash má bloky s pevnou velikostí, takže by to mohlo představovat problémy se správou kapacity. To se řeší sloučením komprimovaných bloků, jejich sbalením dohromady, tříděním a indexováním pro rychlé načtení a následným sběrem odpadků. Při provádění aktualizací se bloky rozbalí a proces se spustí znovu. To je to, co v softwarových řešeních řídí zápisový a čtecí výkon a prostorový výkon. Z hlediska CPU hostitel dělá kompromisy, aby nespotřebovával veškerý výpočetní výkon.
Pliops implementoval extrémně efektivní algoritmy a datové struktury, které jsou výpočetně náročné. Například XDP poskytuje ekvivalent pěti set jader Xeon Gold z RocksDB výkonu.
Spolehlivost
Tradiční řešení ochrany dat vyžadují kompromisy ve výkonu i kapacitě. Pliops XDP je však eliminuje.
tyto kompromisy s pokročilou ochranou proti selhání disku, která udržuje neustálou dostupnost dat a eliminuje
ztráta dat a prostoje. XDP podporuje vícenásobné selhání jednotlivých disků a má virtuální horkou kapacitu (VHC), což eliminuje potřebu horké náhrady. Protože XDP spravuje data, obnovují se pouze skutečná data, na rozdíl od řešení založených na RAID. Jinými slovy, uživatelé získají ochranu dat rychlostí blesku s NULOVÝM snížením výkonu.
V případě náhlého výpadku napájení XDP uchovává metadata a uživatelská data za chodu automatickým ukládáním do energeticky nezávislé paměti. Obnova je automatická a začíná okamžitě po obnovení napájení s využitím dostupné kapacity VHC bez snížení využitelné kapacity.
Kapacita
Pliops XDP podporuje všechny technologie Command Flash, TLC, QLC, Intel Optane a SSD od všech dodavatelů. Inline komprese XDP implementuje více enginů, aby se zabránilo úzkým hrdlům, což osvobozuje CPU od této zátěže. Komprese, minimální režijní náklady na ochranu disku před selháním a téměř plné využití disku (95 %) rozšiřují využitelnou kapacitu až 6krát. Toto zvýšení využitelné kapacity přináší podstatné snížení nákladů/TB.
SSD disky mají omezenou výdrž, což se promítá do množství dat, která lze zapsat a smazat, než se zařízení opotřebuje a již nebude moci bezpečně ukládat data. S tím, jak odvětví zavádí QLC SSD disky a dále, se úroveň výdrže snižuje. Protože XDP transformuje všechny náhodné zápisy na sekvenční, eliminuje tento problém, což má za následek až 7x vyšší výdrž.
Je třeba poznamenat, že k dnešnímu dni Pliops XDP podporuje 128 TB uživatelských dat na kartu. Pro případy použití, kdy je potřeba větší úložiště, je možné v hostitelském systému využít více karet XDP.
Účinnost
Kompaktní, ale výkonný systém XDP maximálně využívá stávající infrastrukturu, aby udržel krok s růstem organizačních dat a zaváděním aplikací. Navíc se snadno nasazuje v celém datovém centru. Pliopův XDP dokáže v celé řadě úloh dosáhnout až o 80 procent lepších nákladů.
V současné době Pliops využívá rozhraní CLI pro instalaci softwaru XDP.
Rozhraní je přímočaré a výstižné. Konfigurace XDP a v případě potřeby snadná procházení stavu pole.
Pokročilé funkce
Mezi pokročilé funkce Pliops XDP patří:
- Standardní blokové zařízení s vysokým a konzistentním výkonem
- Bezkompromisní ochrana proti selhání disku (DFP) chrání před vícenásobnými selháními jednotlivých disků
- Rozšiřuje využitelnou kapacitu pomocí komprese, vysokého naplnění disku a minimální režie DFP
- Virtuální horká kapacita eliminuje potřebu vyhrazeného horkého náhradního zdroje
- Snížený zápisový proud prodlužuje životnost SSD disků TLC a QLC
- Rychlá obnova opětovným sestavením pouze uživatelských dat do přidělené virtuální aktivní kapacity
- Uživatelsky konfigurovatelná rychlost obnovy pro vyvážení výkonu
- Kompletní ochrana dat a metadat v případě náhlého výpadku napájení
- Vyrovnává nadměrné zřizování a zlepšuje výkon
Pliops XDP nabízí plný potenciál flash úložiště tím, že umožňuje podnikovým a cloudovým aplikacím přistupovat k datům až 1,000krát rychleji, a to s využitím jen zlomku tradiční výpočetní zátěže a výkonu.
Specifikace datového procesoru Pliops Extreme
| Výkon | 3.2 milionu IOPS RR, 1.2 milionu IOPS RW, 30 GB/s SR, 6.4 GB/s SW |
| Zapis atomicity | Podpora atomických zápisů až do velikosti 64 kB pro explicitní nebo transparentní eliminaci dvojitého zápisu |
| Kapacita | 128 TB uživatelských dat na 128 TB fyzickém disku s ochranou parity |
| Hostitelské API | • Standardní blokové zařízení • API knihovny KV |
| Komprese | Hardwarová akcelerace |
| Podpora SSD | • Rozhraní: PCIe Gen 3/4/5 NVMe, NVMe-oF • Typy: TLC SSD, QLC SSD, Intel® Optane™ |
| Dodavatelé pohonů | Podporovány jsou Samsung, WD, Micron, Intel, Kioxia, Hynix, Seagate a další |
| Rozměry | Nízkoprofilový HHHL (6.6” x 2.536”) – vysoký a krátký držák |
| Podporované operační systémy | Všechny varianty Linuxu |
| Podporované servery | Dell, HPE, Lenovo, Supermicro, Quanta, Wywinn, Inspur, Sugon, Fujitsu, Hitachi – všechny standardní 1U / 2U servery |
| Ochrana proti výpadku napájení | Všechna data jsou chráněna před náhlým výpadkem napájení |
| Provozní teplota | 10–52 °C při 250 LFM |
| Okolní teplota při uskladnění | 5 °C až 35 °C, < 90 % bez kondenzace |
| Výkon | Typicky <25 W, max. 45 W, +12 V DC přes adaptér PCIe |
| Záruka | 3 roky, bezplatná pokročilá technická podpora, možnost pokročilé výměny |
| Regulační certifikace | AS/NZS CISPR 22, ICES -003, třída B, EN55022/EN55024, VCCI V-3, RRA č. 2013-24 a 25, splňuje normu RoHS, EN/IEC/UL 60950, CNS 13438, FCC 47 CFR část 15 podčást B, třída B, WEEE |
| MTBF | Až 4.5 milionu hodin |
Výkon
Pliops XDP pomůže dosáhnout až 10násobného zvýšení výkonu v oblasti databází, analytiky, umělé inteligence/strojového učení a dalších.
Průlomové datové struktury a algoritmy poskytují ekvivalent stovek jader hostitelského softwaru. XDP se v systému jeví jako blokové zařízení a zrychluje jakoukoli aplikaci. S databázemi jako MySQL, MongoDB a Cassandra poskytuje Pliops XDP zvýšenou hustotu instancí a zároveň snižuje latenci pro databáze jako MySQL, MongoDB a Cassandra.
Výkon Pliopsu XDP jsme testovali v naší laboratoři uvnitř serveru Dell PowerEdge R750 a čtyř disků Solidigm P5316 30.72TB QLC SSD. Porovnali jsme výkon softwarového RAID0 s použitím příkazu mdadm s XDP s konfigurací RAID5, přičemž oba používali velikost bloku 64K. To znamenalo větší zátěž pro kartu XDP a cílem bylo ukázat nejvýkonnější konfiguraci softwarového RAIDu. Mdadm je příkaz používaný pro sestavování, správu a monitorování zařízení Linux md (neboli RAID polí). Upozorňujeme, že mdadm není předinstalován v systémech Linux.
Pro předběžnou úpravu byly před měřením výkonu sekvenčního čtení a zápisu provedeny tři sekvenční zápisy o objemu 128K/10TB. Pro testy náhodného čtení a zápisu byly provedeny tři náhodné zápisy o objemu 128K/10TB. Samotné testy byly poté testovány s kapacitou 10TB pro různé hloubky front napříč bloky různých velikostí, přičemž každý interval měřil 120 sekund.
S náhodnými 4K přenosy se Pliops XDP umístil mírně pod softwarovým RAID0 a naměřil 2.6 milionu IOP ve srovnání s 3.7 milionu IOPS. Pokud jde o výkon náhodného zápisu, došlo k masivnímu nárůstu o 832 %, a to z softwarového RAID0 se 135 tisíci IOPS na ohromujících 1.3 milionu IOPS u XDP. Zátěžové zatížení náhodného čtení i náhodného zápisu bylo testováno na úrovni 8 vláken/128 front.
Zvýšením velikosti bloku na 16K dokázal Pliops XDP vést softwarový RAID0 v počtu operací čtení i zápisu. Naměřili jsme 16K náhodného čtení s výkonem 1.9 milionu IOPS z XDP oproti 1.7 milionu IOPS z SW RAID0. Při náhodném zápisu 16K byl rozdíl 370K IOPS z XDP oproti 131K IOPS ze SW RAID0. Pracovní zátěže náhodného čtení i zápisu byly testovány na úrovni 8 vláken/128 front.
Kombinací náhodného čtení a zápisu jsme postupně zvyšovali velikost přenosu bloků od 4K do 16K. Napříč všemi oblastmi zaznamenal Pliops XDP obrovské zisky. V režimu 4K 70/30 nabízí obrovský zisk 561 %, s nárůstem výkonu z 2.8 milionu IOPS na 422K IOPS v SW RAID0. U bloku o velikosti 8K byl zisk jen o málo menší, a to 348 %, s nárůstem výkonu z 1.9 milionu IOPS na 428K IOPS v SW RAID0. U přenosové velikosti 16K se rozdíl zmenšil, ale stále šlo o velké zlepšení o 157 % oproti SW RAID0. Zde jsme naměřili 1.1 milionu IOPS v XDP oproti 427K IOPS v SW RAID0.
Zatímco předchozí testy se zaměřovaly na náhodné přenosy, náš závěrečný test se zaměřuje na rychlosti sekvenčního přenosu velkých bloků. Zde Pliops XDP nadále vykazoval značné zisky, zejména ve výkonu zápisu. Počínaje šířkou pásma pro čtení jsme u XDP naměřili 48 GB/s ve srovnání s 27 GB/s u SW RAID0. Při zápisu měl XDP s 6.3 GB/s náskok 184 % ve srovnání s 2.2 GB u SW RAID0.
I když je výkon za optimálních podmínek vždy silnou stránkou jakékoli úložné platformy, pochopení doby trvání obnovy je důležitým datovým bodem s rostoucí kapacitou disků. S naším 4diskovým polem XDP s disky SSD Solidigm P5316 s kapacitou 30.72 TB jsme simulovali selhání disku a obnovu. Proces obnovy trval 450 minut s provozem na pozadí. Použitím FIO pro zpracování pracovní zátěže 8K 70/30 s kombinovaným provozem 905 MB/s si rychlost obnovy pole stále udržela tempo obnovy 14.65 min/TB.
Závěrečné myšlenky
Moderní podnikové SSD disky QLC, jako například Solidigm P5316 použitý v tomto testu, mají potenciál poskytnout ohromnou kombinaci výkonu a kapacity. Moderní infrastruktury však vyžadují nové nástroje pro správu flash paměti. Staré RAID karty jsou těžkopádné, zatímco základní softwarový RAID ponechává spoustu výkonu na stole. Tato realita otevřela dveře kreativním řešením, jako je Pliops Extreme Data Processor.
Vydali jsme si za cíl vyhodnotit výkon akcelerátoru XDP v porovnání se softwarovým RAIDem. Do serveru Dell PowerEdge R750 jsme vložili čtyři 30.72TB disky P5316 a porovnali výkon akcelerátoru Pliop XDP se softwarovým RAIDem. Dále jsme softwarový RAID rozběhli a nakonfigurovali ho na RAID0, zatímco XDP byl nastaven na RAID5.
Při rychlém pohledu na výsledky jsme zaznamenali obrovské zlepšení napříč všemi oblastmi. Zejména u výkonu náhodného zápisu 4K jsme zaznamenali zlepšení o 832 %, ačkoli výkon čtení u bloků o velikosti 4K utrpěl pokles. Při zvyšování velikosti bloků však Pliops XDP prokázal svou sílu jak v náhodných, tak v sekvenčních scénářích přenosu. I v našem smíšeném zatížení s rozdělením čtení/zápisu 70/30 dosáhl Pliops XDP zlepšení o 560 % až 156 % ze 4K na 16K oproti SW RAID0.
Celkově je zprovoznění karty Pliops snadné. I když rádi pracujeme s vysokokapacitními SSD disky QLC, někdy je těžké najít systémy, které dokáží média správně využít. S procesorem Pliops Extreme Data Processor se celá matematika mění, pokud jde o výkon serveru v poměru cena/terabajt. Je docela snadné si to také vyzkoušet; klikněte na odkaz níže a začněte s PoC.
Pliops XDP – Vyžádejte si demo
Pliops sponzoruje tuto zprávu. Veškeré názory a stanoviska vyjádřené v této zprávě vycházejí z našeho nezaujatého pohledu na posuzovaný produkt (produkty).
Amazon