Maximieren Sie NVMe-SSDs mit dem Pliops Extreme Data Processor (XDP)

Moderne Serverdesigns nutzen die wachsende Welt der Beschleunigerkarten, um neue oder erweiterte Funktionen zu ermöglichen. Während viele beim Thema Beschleunigung direkt auf GPUs zurückgreifen, gibt es eine neue Generation von Prozessoren, bei denen es nicht nur um Leistung, sondern auch um Datenschutz und Wirtschaftlichkeit geht. Der Pliops Extreme Data Processor (XDP) ist einer dieser Beschleuniger, der Kunden dabei hilft, die einzigartige Kombination aus Leistung, Kapazität und Wirtschaftlichkeit dank QLC-basierter Enterprise-SSDs zu nutzen.

Moderne Serverdesigns nutzen die wachsende Welt der Beschleunigerkarten, um neue oder erweiterte Funktionen zu ermöglichen. Während viele beim Thema Beschleunigung direkt auf GPUs zurückgreifen, gibt es eine neue Generation von Prozessoren, bei denen es nicht nur um Leistung, sondern auch um Datenschutz und Wirtschaftlichkeit geht. Der Pliops Extreme Data Processor (XDP) ist einer dieser Beschleuniger, der Kunden dabei hilft, die einzigartige Kombination aus Leistung, Kapazität und Wirtschaftlichkeit dank QLC-basierter Enterprise-SSDs zu nutzen.

Ein kurzer Überblick über die Auswirkungen von Flash im Rechenzentrum

NVMe-SSDs beeinträchtigten die Server- und Speicherleistung erheblich, insbesondere wenn sie Gen4-Geschwindigkeiten erreichten. Diese Verbesserungen belasten jedoch andere Teile des Systems, was bedeutet, dass herkömmliche RAID-Kartenarchitekturen im Weg stehen. Mit der Einführung von QLC-Flash hat sich das Flash-Speicherspiel erneut verändert. Für Server sind neue Lösungen erforderlich, um diese modernen Technologien effektiv nutzen zu können.

Intel, jetzt Solidigm, war das erste Unternehmen, das eine hochwertige QLC-SSD auf den Markt brachte. Der Solidigm P5316 ist mittlerweile der De-facto-Standard, wenn es um preisgünstige Enterprise-SSDs mit hoher Kapazität geht. Wir haben in der Vergangenheit viel Zeit mit diesen Laufwerken verbracht, nicht nur in unseren Testberichten, sondern auch in Unternehmens- und Cloud-Implementierungen, die die Laufwerke sinnvoll nutzen können.

Was verstehen wir unter bestimmungsgemäßer Verwendung? Nun, QLC-SSDs sind traditionell sehr gut, wenn es um die Leseleistung geht, beim Schreiben auf die Laufwerke müssen die Systeme jedoch etwas intelligenter sein. In unserem P5316-Test haben wir ein wenig über einen Begriff namens Indirektionseinheit (IU) gesprochen. Dies ist mehr oder weniger die Blockgröße, auf die ein Laufwerk geschrieben werden soll. Beim P5316 beträgt seine IU 64K. Sie können zwar in 4K-Blöcken auf das Laufwerk schreiben, dies ist jedoch hinsichtlich Leistung und Schreibverstärkung äußerst ineffizient.

Es ist wichtig, sich mit SSD-Details zu befassen, um zumindest einen der Hauptgründe für die Existenz des Pliops XDP zu verstehen. In einem Aspekt fungiert es als RAID-Karte für den Server, indem es die SSDs aggregiert und verwaltet. Das XDP wird außerdem durch einen integrierten DRAM- und Stromschutz unterstützt, sodass es die auf den Laufwerken eingehenden Schreibvorgänge zusammenführen kann, um eine Leistung und Kapazitätsauslastung zu gewährleisten, die besser als bei Software-RAID ist.

Nachfrage nach IoT-Geräten für Anwendungen

Die Datenerfassung wächst weiterhin mit unglaublicher Geschwindigkeit. Die Notwendigkeit, diese Daten und die zugehörigen Anwendungen jederzeit verfügbar zu haben, ist umso offensichtlicher, vor allem angesichts der Bedeutung des Sammelns von Erkenntnissen am Netzwerkrand und der Entwicklung von KI/ML-Anwendungen.

Angesichts des anhaltenden Kapazitätswachstums und der noch höheren Kosteneffizienz setzen Unternehmen voll und ganz auf die SSD-Technologie. NVMe-Laufwerke sind weit verbreitet und können mehr als 1,000-mal schneller laufen als Festplattenlaufwerke (HDDs). Rechenzentren setzen Netzwerke mit 400 Gbit/s ein, um mit diesen Speichergeräten Schritt zu halten, während effiziente Protokolle wie NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) die Grenzen von Systemen und Infrastrukturen verschieben.

Anwendungen sind auch effizienter geworden, da die Nachfrage nach IoT-Geräten weiterhin in beispiellosem Tempo wächst. Mehr Server, Speicher und Switches erhöhen die Komplexität einer ohnehin schon komplexen Umgebung. Und vergessen wir nicht, wie wichtig es ist, all diese Daten effizient und sicher zu sichern.

Es scheint, dass die Installation von NVMe-SSDs die Leistungsprobleme lösen würde, mit denen Unternehmen heute konfrontiert sind. Diese NVMe-SSDs werden jedoch nicht effektiv genutzt. Das Mooresche Gesetz hinkt hinterher, da sich die CPU-Leistung nicht alle zwei Jahre, sondern alle 20 Jahre verdoppelt. Durch das Hinzufügen weiterer Kerne wird das Leistungsproblem nicht gelöst, da diese Kerne denselben Speicher und dieselben I/Os nutzen. Durch das Hinzufügen weiterer Server würde das alte Sprichwort „Mehr ist besser“ funktionieren, aber es ist eine sehr teure Lösung und nicht gut für die Umwelt.

Da all diese Daten auf diesen Hochgeschwindigkeits-SSDs gespeichert sind, ist es zu einem Albtraum geworden, die Überlastung der CPU durch rechenintensive Speicheraufgaben zu verarbeiten und zu bewältigen. Server können den Anforderungen der Benutzergemeinschaft und der Notwendigkeit, im Falle eines Laufwerksausfalls zuverlässigen Schutz zu bieten, nicht gerecht werden, insbesondere wenn es um höhere Leistung und Kapazität geht.

Der Pliops Extreme Data Processor (XDP) bietet möglicherweise die Lösung für viele Leistungsanforderungen an SSD-basierte Speicherung und Schutz. Der Pliops XDP ist der neue Maßstab für Anwendungsbeschleunigung und steigert die Effektivität Ihrer Investitionen in die Rechenzentrumsinfrastruktur.

So wie GPUs Verarbeitungsineffizienzen überwinden, um die KI- und Analyseleistung zu beschleunigen, überwindet der Pliops XDP Speicherineffizienzen, um die Leistung massiv zu steigern und die Infrastrukturkosten für die modernen Anwendungen von heute drastisch zu senken. Der Pliops XDP vereinfacht die Datenverarbeitung und die Verwaltung des SSD-Speichers. Pliops

Pliops Extreme Datenprozessorarchitektur

Der Pliops XDP ist mit zwei Schnittstellen ausgestattet, über die Hosts darauf zugreifen können – der Schlüssel zu höherer Leistung.
Die erste ist eine Standard-Blockschnittstelle, die am weitesten verbreitet ist, wobei das XDP wie jedes Speichergerät im System aussieht. Sobald das XDP installiert ist, wird es einfach angezeigt.

Die zweite Host-Schnittstelle ist die RocksDB-kompatible Key-Value Library API. Es gibt einen neuen NVMe-KV-Standard, der ebenfalls unterstützt wird. Diese Schnittstelle ist die effizienteste Möglichkeit für Anwendungen, direkten Zugriff auf XDP zu erhalten und eine noch höhere Leistung zu erzielen. Das XDP behandelt Blöcke als eine besondere Art von Schlüssel-Wert-Paar, sodass alles auf die gleiche Weise durch die Engine läuft.

Die überlegene Leistung des Pliops XDP lässt sich darauf zurückführen, dass die meisten Funktionen in der Hardware ausgeführt werden. Die Zeilenratenkomprimierung wird mithilfe einer schnellen, effizienten hardwarebeschleunigten Engine durchgeführt. Die Schlüsselwertspeicher-Engine ist ebenfalls hardwarebasiert. Pliops vergleicht dies mit RocksDB auf einem Chip. Die Schlüsselwert-Engine ist das wahre Arbeitstier von XDP und führt einen Großteil der Magie aus, um echte Leistungsvorteile zu erzielen.

Einfach ausgedrückt: Wenn ein Block komprimiert wird, entsteht ein Objekt beliebiger Größe. Da Flash über feste Blockgrößen verfügt, würde dies zu Problemen bei der Kapazitätsverwaltung führen. Dies wird dadurch angegangen, dass komprimierte Blöcke zusammengeführt, alle zusammengepackt, sortiert und indiziert werden, um sie schnell abrufen zu können, und anschließend durch Garbage Collection erfasst werden. Bei Aktualisierungen werden die Blöcke entpackt und der Prozess beginnt von vorne. Dies ist es, was den Schreibverstärker, den Leseverstärker und den Leerzeichenverstärker in softwarebasierten Lösungen antreibt. Aus CPU-Sicht geht der Host Kompromisse ein, damit er nicht die gesamte Rechenleistung verbraucht.

Pliops hat äußerst effiziente Algorithmen und Datenstrukturen implementiert, die rechenintensiv sind. Beispielsweise liefert XDP das Äquivalent von fünfhundert Xeon Gold Cores der RocksDB-Leistung.

Zuverlässigkeit

Herkömmliche Datenschutzlösungen erfordern Kompromisse bei Leistung und Kapazität. Aber Pliops XDP eliminiert
Diese Kompromisse werden durch einen erweiterten Laufwerksausfallschutz ausgeglichen, der eine konstante Datenverfügbarkeit gewährleistet und eliminiert
Datenverlust und Ausfallzeiten. XDP unterstützt mehrere Ausfälle einzelner Laufwerke und verfügt über virtuelle Hot-Kapazität (VHC), sodass kein Hot-Spare erforderlich ist. Da XDP die Daten verwaltet, werden im Gegensatz zu RAID-basierten Lösungen nur die tatsächlichen Daten neu erstellt. Mit anderen Worten: Benutzer erhalten Datenschutz in Flash-Geschwindigkeit ohne Leistungseinbußen.

Im Falle eines plötzlichen Stromausfalls bewahrt XDP Metadaten und Benutzerdaten während der Übertragung, indem es sie automatisch in den nichtflüchtigen Speicher schreibt. Die Wiederherstellung erfolgt automatisch und beginnt sofort, wenn die Stromversorgung unter Verwendung der verfügbaren VHC-Kapazität wiederhergestellt wird, ohne die nutzbare Kapazität zu verringern.

Kapazität

Pliops XDP unterstützt alle Command-Flash-Technologien, TLC, QLC, Intel Optane und SSDs aller Anbieter. Die Inline-Komprimierung des XDP implementiert mehrere Engines, um Engpässe zu vermeiden, wodurch die CPU von dieser Belastung befreit wird. Komprimierung, minimaler Overhead für den Schutz vor Laufwerksausfällen und nahezu vollständige Laufwerksauslastung (95 %) erweitern die nutzbare Kapazität um das bis zu Sechsfache. Diese Erhöhung der nutzbaren Kapazität führt zu einer erheblichen Reduzierung der Kosten pro TB.

SSDs haben eine begrenzte Lebensdauer, was sich in der Datenmenge niederschlägt, die geschrieben und gelöscht werden kann, bevor das Gerät verschleißt und Daten nicht mehr sicher speichern kann. Da die Industrie QLC-SSDs und darüber hinaus einführt, nimmt die Ausdauer ab. Da XDP alle zufälligen Schreibvorgänge in sequentielle umwandelt, wird dieses Problem beseitigt, was zu einer bis zu siebenmal höheren Ausdauer führt.

Es ist zu beachten, dass Pliops XDP ab heute 128 TB Benutzerdaten pro Karte unterstützt. Für Anwendungsfälle, in denen mehr Speicher benötigt wird, ist es möglich, mehrere XDP-Karten innerhalb eines Hostsystems zu nutzen.

Wirkungsgrad

XDP ist kompakt und dennoch leistungsstark und holt mehr aus der bestehenden Infrastruktur heraus, um mit dem Datenwachstum des Unternehmens und der Anwendungsakzeptanz Schritt zu halten. Darüber hinaus ist die Bereitstellung im gesamten Rechenzentrum einfach. Pliops XDP kann bei einer Reihe von Arbeitslasten eine um bis zu 80 Prozent bessere Wirtschaftlichkeit bieten.

Derzeit nutzt Pliops eine CLI-Schnittstelle für die Installation seiner XDP-Software.

Die Benutzeroberfläche ist unkompliziert und auf den Punkt gebracht. Es ist einfach, XDP zu konfigurieren und bei Bedarf durch den Array-Status zu navigieren.

Erweiterte Funktionen

Zu den erweiterten Funktionen von Pliops XDP gehören:

• Standard-Blockgerät mit hoher und konstanter Leistung
• Kompromissloser Drive Fail Protection (DFP) schützt vor mehreren Ausfällen einzelner Laufwerke
• Erweitert die nutzbare Kapazität durch Komprimierung, hohe Laufwerksauslastung und minimalen DFP-Overhead
• Virtual Hot Capacity macht einen dedizierten Hot-Spare überflüssig
• Reduzierter Schreibverstärker verlängert die Nutzungsdauer von TLC- und QLC-SSDs
• Schnelle Wiederherstellung durch Wiederherstellung nur der Benutzerdaten für die zugewiesene virtuelle Hot-Kapazität
• Vom Benutzer konfigurierbare Wiederherstellungsrate zum Ausgleich der Leistung
• Umfassender Schutz von Daten und Metadaten im Falle eines plötzlichen Stromausfalls
• Gleicht Überversorgung aus und verbessert die Leistung

Pliops

Technische Daten des Pliops Extreme-Datenprozessors

Kennzahlen

Der Pliops XDP wird dazu beitragen, eine bis zu zehnmal höhere Leistung für Datenbanken, Analysen, KI/ML und mehr zu erzielen.
Die bahnbrechenden Datenstrukturen und Algorithmen liefern das Äquivalent von Hunderten von Kernen der Host-Software. XDP erscheint als Blockgerät im System und beschleunigt jede Anwendung. Mit Datenbanken wie MySQL, MongoDB und Cassandra bietet Pliops XDP eine höhere Instanzdichte und reduziert gleichzeitig die Latenz für Datenbanken wie MySQL, MongoDB und Cassandra.

Wir haben die Leistung des Pliops XDP in unserem Labor in einem Dell PowerEdge R750 und vier Solidigm P5316 30.72 TB QLC SSDs getestet. Wir haben die Leistung von Software-RAID0 mit mdadm mit der von XDP mit einer RAID5-Konfiguration verglichen, wobei beide eine Chunk-Größe von 64 KB verwendeten. Dies erforderte mehr Arbeit an der XDP-Karte und zielte darauf ab, die leistungsstärkste Konfiguration von Software-RAID zu zeigen. Der mdadm ist ein Befehl zum Erstellen, Verwalten und Überwachen von Linux-MD-Geräten (auch bekannt als RAID-Arrays). Beachten Sie, dass mdadm auf Linux-Systemen nicht vorinstalliert ist.

Zur Vorkonditionierung wurden vor der Messung der sequentiellen Lese- und Schreibleistung drei sequentielle Schreibfüllungen mit je 128 KB und je 10 TB durchgeführt. Für die zufälligen Lese- und Schreibtests wurden drei zufällige Füllungen mit 128 KB und 10 TB durchgeführt. Die Tests selbst wurden dann mit einem Footprint von 10 TB für mehrere Warteschlangentiefen über mehrere Blockgrößen hinweg getestet, wobei jedes Intervall 120 Sekunden betrug.

Bei zufälligen 4K-Übertragungen lag der Pliops Betrachtet man jedoch die Leistung beim zufälligen Schreiben, gab es einen enormen Zuwachs von 0 %, von SW RAID2.6 mit 3.7 IOPS auf satte 832 Mio. IOPS von XDP. Sowohl die zufälligen Lese- als auch die zufälligen Schreib-Workloads wurden auf einer Ebene von 0 Threads/135 Warteschlangen getestet.

 

Durch die Erhöhung der Blockgröße auf 16 KB war der Pliops XDP in der Lage, die Software-RAID0-Zahlen sowohl bei Lese- als auch bei Schreib-Workloads anzuführen. Wir haben 16 zufällige Lesevorgänge mit 1.9 Mio. IOPS von XDP im Vergleich zu 1.7 Mio. IOPS von SW RAID0 gemessen. Beim 16K-Zufallsschreibvorgang betrug der Unterschied 370 IOPS von XDP zu 131 IOPS von SW RAID0. Sowohl die zufälligen Lese- als auch die zufälligen Schreib-Workloads wurden auf einer Ebene von 8 Threads/128 Warteschlangen getestet.

 

Mit einer Mischung aus zufälligen Lese- und Schreibaktivitäten haben wir die Übertragungsgrößen von 4 KB auf 16 KB Blockgrößen hochgearbeitet. Insgesamt verzeichnete Pliops XDP enorme Zuwächse. In 4K 70/30 bietet es einen enormen Gewinn von 561 % und misst 2.8 Mio. IOPS bis 422 IOPS von SW RAID0. Bei der 8K-Blockgröße waren die Zuwächse mit 348 % nur geringfügig geringer und betrugen 1.9 Mio. IOPS bis 428 IOPS in SW RAID0. Bei der Übertragungsgröße von 16 KB verringerte sich der Abstand, es gab jedoch immer noch eine große Verbesserung von 157 % gegenüber SW RAID0. Hier haben wir 1.1 Mio. IOPS von XDP im Vergleich zu 427 IOPS von SW RAID0 gemessen.

 

Während sich die vorherigen Workloads auf zufällige Übertragungen konzentrierten, konzentrierte sich unser letzter Test auf sequentielle Übertragungsgeschwindigkeiten großer Blöcke. Hier zeigte Pliops XDP weiterhin erhebliche Zuwächse, insbesondere bei der Schreibleistung. Beginnend mit der Lesebandbreite haben wir 48 GB/s bei XDP gemessen, verglichen mit 27 GB/s bei SW RAID0. Beim Schreiben hatte das XDP einen Vorsprung von 184 % mit 6.3 GB/s im Vergleich zu 2.2 GB bei SW RAID0.

 

Während die Leistung unter optimalen Bedingungen immer die Stärke jeder Speicherplattform ist, ist es bei steigenden Laufwerkskapazitäten ein wichtiger Datenpunkt, zu verstehen, wie lange Wiederherstellungsaktivitäten dauern. Mit unserem XDP-Array mit 4 Laufwerken und Solidigm P5316 30.72 TB SSDs haben wir einen Laufwerksausfall und einen Neustart simuliert. Der Wiederherstellungsvorgang dauerte bei angewendetem Hintergrundverkehr 450 Minuten. Bei Verwendung von FIO zur Bewältigung einer 8K-70/30-Workload mit 905 MB/s kombiniertem Datenverkehr behielt die Wiederherstellungsgeschwindigkeit des Arrays immer noch eine Wiederherstellungsgeschwindigkeit von 14.65 Min./TB bei.

Abschließende Überlegungen

Moderne QLC-SSDs für Unternehmen, wie die in diesem Test verwendete Solidigm P5316, haben das Potenzial, eine enorme Mischung aus Leistung und Kapazität zu liefern. Moderne Infrastrukturen erfordern jedoch neue Tools zur Flash-Verwaltung. Alte RAID-Karten sind umständlich, während einfaches Software-RAID viel Leistung zulässt. Diese Realität hat die Tür für kreative Lösungen wie den Pliops Extreme Data Processor geöffnet.

Unser Ziel war es, die Leistung des XDP-Beschleunigers im Vergleich zu Software-RAID zu bewerten. Wir haben vier P30.72 mit 5316 TB in einen Dell PowerEdge R750 eingebaut und die Leistung von Pliops XDP mit Software-RAID verglichen. Darüber hinaus haben wir dem Software-RAID einen laufenden Start gegeben und es in RAID0 konfiguriert, während XDP auf RAID5 eingestellt war.

Ein kurzer Blick auf die Ergebnisse zeigt, dass wir auf breiter Front enorme Zuwächse feststellen konnten. Insbesondere bei der 4K-Zufallsschreibleistung konnten wir eine Verbesserung um 832 % feststellen, obwohl die Leseleistung bei der 4K-Blockgröße einen Einbruch erlitt. Bei der Erhöhung der Blockgröße zeigte Pliops XDP jedoch seine Stärke sowohl in zufälligen als auch in sequentiellen Übertragungsszenarien. Selbst bei unserer zufälligen gemischten Arbeitslast mit einer Lese-/Schreibaufteilung von 70/30 erzielte der Pliops

Insgesamt ist die Inbetriebnahme der Pliops-Karte unkompliziert. So sehr wir die Arbeit mit QLC-SSDs mit hoher Kapazität lieben, ist es manchmal schwierig, Systeme zu finden, die die Medien richtig nutzen können. Mit dem Pliops Extreme Data Processor ändert sich die gesamte Mathematik, wenn es um die Serverleistung auf Kosten-pro-Terabyte-Basis geht. Es ist ganz einfach, es auch selbst zu versuchen; Klicken Sie auf den Link unten, um mit einem PoC zu beginnen.

Pliops XDP – Fordern Sie eine Demo an

Pliops-Infografik

Pliops sponsert diesen Bericht. Alle in diesem Bericht geäußerten Ansichten und Meinungen basieren auf unserer unvoreingenommenen Sicht auf das/die betrachtete(n) Produkt(e).

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