Western Digital Ultrastar DC SN8 NVMe SSD で vSAN 655 ESA の可能性を最大化

現在、VMware vSAN 8 Update 2 GA が提供されているため、vSAN の顧客は新しいストレージ アーキテクチャに飛び込む準備ができていると考えられます。

このレポートは Western Digital の後援を受けています。このレポートで表明されているすべての見解や意見は、検討中の製品に対する当社の公平な見解に基づいています。

 

VMware vSAN 8 は、同社の主力 HCI 製品の大規模なアップデートを予告し、効率、拡張性、パフォーマンスを向上させました。最初のリリース以来、vSAN 8 にはストーリーを強化する 8 つのアップデートが行われています。 vSAN XNUMX で重要なのは、Express Storage Architecture (ESA) です。これは、オリジナルのストレージ アーキテクチャ (OSA) に代わる新しい代替手段であり、ストレージ レイアウトの簡素化とその他の多くの改善を実現します。

vSAN 8 Update 2 が利用可能になったことにより、多くの企業はどの vSAN 導入を行うか決定に近づいています。そのため、私たちは、最新のサーバー、フラッシュ、ネットワーキングと組み合わせた vSAN 8 ESA のパフォーマンス プロファイルをより深く理解したいと考えました。

まず、Western Digital の 32 台の Ultrastar DC SN655 NVMe SSD、6625 台の Dell PowerEdge R100 サーバー、および 8GbE ファブリックから始めました。ただし、さまざまな RAID およびドライブ構成の結果を詳しく説明する前に、vSAN XNUMX ESA と、このアーキテクチャの変更がなぜそれほど重要なのかについて簡単に説明しましょう。

vSAN 8 ESA は何をもたらしますか?

ESA を搭載した VMware の vSAN 8 は、ストレージ テクノロジーの大幅な進歩を示しています。この新しいアーキテクチャは、最新のハードウェアの可能性を最大限に活用するように調整されており、前例のない効率、拡張性、パフォーマンスを提供します。従来の回転メディアから高度な NAND フラッシュへのエンタープライズ ストレージの進化を反映して、ESA は NVMe インターフェイスを活用して、コストを削減しながら容量と速度を強化します。ハードウェア テクノロジーの変化、サーバー CPU コア数の増加、高度なネットワーク機能が ESA 導入の原動力となっており、高性能ストレージ ソリューションに対する現代のビジネス ニーズを確実に満たすことができます。

vSAN 8 の ESA は、パフォーマンスの強化と容量の向上によって際立っています。 ESA の適応型書き込みパスはさまざまな I/O サイズに対応し、データ書き込みプロセスを最適化します。これはフラッシュ デバイスにとって特に有益です。これにより、仮想マシンのレイテンシーが短縮され、一貫したパフォーマンスが実現します。さらに、ESA の新しいログ構造化ファイル システムと IO パスの最適化により、書き込みの増幅と遅延が大幅に削減されます。 ESA は、専用のキャッシュ デバイスの必要性を排除することでデバイスの容量を最大化し、ギガバイトあたりの全体的なコストを削減します。これらの機能は、効率的で大容量のストレージ ソリューションを手頃な価格で提供するという ESA の役割を強調しています。

ESA のもう 8 つの重要な側面はリソース効率であり、CPU リソースの消費を抑えながら堅牢なパフォーマンスとスペース効率を実現します。この効率は、大量のデータをコスト効率よく管理するために不可欠です。 ESA は高いパフォーマンスにもかかわらず、メタデータ、ファイルシステム、復元力のためのストレージ容量のオーバーヘッドを引き起こします。ただし、これらのオーバーヘッドを効率的に処理して、使用可能な容量を最大化します。さらに、VMware は、顧客が元のストレージ アーキテクチャと ESA のどちらかを選択できるようにすることで、現在および将来のストレージ ニーズに応える柔軟性を顧客に提供します。この柔軟性と ESA の高度な機能を組み合わせることで、VMware の vSAN XNUMX はストレージ テクノロジーの分野における先進的なソリューションとして位置付けられます。

このような大幅な変更があっても、vSAN の基本的なテナントと主な使用例はあまり変わりません。 VMware vSAN は、VMware の vSphere と緊密に統合された多用途ストレージ ソリューションとして機能し続け、さまざまなワークロードにわたって広範なアプリケーションが見つかります。仮想デスクトップ インフラストラクチャ (VDI) 環境に優れており、多数の仮想デスクトップにスケーラブルで高性能のストレージを提供します。エッジやリモート オフィス/ブランチ オフィス (ROBO) 導入などのシナリオでは、vSAN はインフラストラクチャと運用を合理化します。また、vSAN は大幅にスケールアップし、ソフトウェア デファインド データ センターの基盤を提供します。

vSAN 8 Update 2 テスト プラットフォーム

Ultrastar DC SN655 Enterprise PCIe Gen 4.0 デュアルポート NVMe SSD は、ソリッド ステート ドライブ テクノロジーの大幅な進歩を表し、要求の厳しいエンタープライズ環境に合わせた高性能、容量の増加、堅牢な信頼性を提供します。これらのドライブは、高速データ アクセスと転送を必要とするアプリケーションに特に適しており、VMware vSAN ソリューションとの統合に最適です。

性能

Western Digital Ultrastar DC SN655 SSD は PCIe Gen 4.0 インターフェイスを活用し、前世代の Gen 3.0 と比較して帯域幅が大幅に向上しています。これは、データ転送速度の高速化につながります。これは、高速なデータ アクセスと処理に依存するアプリケーションにとって非常に重要です。デュアルポート NVMe 機能により信頼性と可用性が向上し、ポート障害時でも中断のないデータ アクセスが保証されます。このデュアルポート設計は、ダウンタイムが重大な影響を与える可能性があるミッションクリティカルなアプリケーションにとって特に有益です。

容量と効率

高度な NAND テクノロジーを備えたこれらの SSD は、高密度ストレージ ソリューションを提供します。ストレージ容量の増加は、データ分析、クラウド コンピューティング、仮想化環境など、大量のデータを扱う企業にとって不可欠です。 Ultrastar DC SN655 シリーズは、以前のモデルよりも優れた電力効率も提供し、環境に配慮した企業にとって重要な考慮事項である運用コストの削減と二酸化炭素排出量の削減に貢献します。

VMware vSAN との統合

VMware vSAN は、Ultrastar DC SN655 SSD を統合することで大幅なメリットをもたらします。これらの SSD の高いパフォーマンスと信頼性は、効率的で復元力があり、スケーラブルなストレージに対する vSAN の要件によく適合します。 VMware vSAN 環境は、厳しい予測不可能なパフォーマンス要件があることで知られていますが、Ultrastar DC SN655 が提供する速度と一貫性を活用して、スムーズな操作と高可用性を確保できます。

Ultrastar DC SN655 を VMware vSAN と併用すると、これらのドライブがさまざまなエコシステムにシームレスに統合されるように設計されているため、導入と管理も簡素化されます。この統合の容易さにより、時間が節約され、潜在的な問題が軽減され、仮想化ストレージ リソースの管理が合理化されます。

Dell PowerEdge R6625 には多くの機能があり、VMware vSAN HCI の使用例に最適です。コンピューティング側から見ると、これらはデュアル ソケット サーバーであり、あらゆるワークロードに対処するのに十分な処理能力をサポートします。この構成では、ノードあたり 9554 GB の RAM を備えたデュアル AMD EPYC 64 128 コア CPU を使用しています。 R6625 は、最大 2.5 個の XNUMX インチ NVMe SSD もサポートしており、ノードあたり XNUMX 個と XNUMX 個の SSD に重点を置いた構築にもかかわらず、十分な密度のストーリーを提供します。

PowerEdge R6625 は、3.0 つの OCP 5 スロットと 100 つの PCIe Gen5232 スロットを備えた、ネットワークの観点から多くのオプションをサポートしています。この構成により、1GbE 以降を利用できるようになり、追加のスロットを他のデバイスに使用できるようになります。スイッチングと言えば、Dell PowerSwitch S32F-ON がこのクラスターを結び付けます。これは、100 個の 28 GbE QSFP2 ポートと 10 個の XNUMXGbE SFP+ ポートを備えた XNUMXU マルチレイヤー スイッチです。

ここで注目に値するのは、このレポートで行った作業は、まだ VMware vSAN HCI に含まれていないコンポーネント、または今日の時点でデルによって正式にサポートされていない一部のコンポーネントに関するものであるということです。とはいえ、私たちはこのテスト全体を通じて vSAN に関する VMware のベスト プラクティスに従い、VMware vSAN エンジニアにデータをレビューしてもらいました。

vSAN 8 Update 2 のパフォーマンス

ESA を使用して VMware の vSAN 8 をテストするアプローチでは、ノードあたり 16 台および 32 台の SSD 構成に焦点を当てました。ホストが XNUMX 台の場合、合計 XNUMX 個または XNUMX 個の SSD になります。

クラスター内で 100Gb イーサネットを活用したため、理論的には NVMe ストレージに焦点を当てて、システム リソースがどこで飽和し始めるかを確認できるようになりました。

このレポートで測定したもう 1 つの変数は、vSAN クラスター内の全体的なストレージ パフォーマンスに対する RAID5 と RAID1 の影響です。歴史的に、RAIDXNUMX は vSAN 導入で一般的なストレージ ポリシーでした。 ESA の推奨展開設定は「vSAN ESA デフォルト ポリシー – RAID5」は、はるかに大きな容量でほぼ同じパフォーマンスを提供します。 RAID1 ではすぐに 50% がヒットしますが、RAID5 ではパリティ オーバーヘッドが制限され、より多くの使用可能な容量が得られます。

ESXi 8 Update 2 を実行している VMware vSAN クラスターのパフォーマンスを測定するために、HCIbench を利用しました。 HCIbench は、ワーカー VM をデプロイし、vdisk を生成し、それらの結果をすべて集約しながらクラスター全体にわたるテストを調整する必要がある HCI クラスターのテストを簡素化するために開発されました。テストでは、XNUMX つの ESA 構成に対して次の設定を使用しました。

HCIBench VM の導入:

• 16個のVM
• VM あたり 8 x 50 GiB データ ディスク
• VM あたり 16 個の vCPU
• VM あたり 8 GB RAM
• ワークロードあたりのテスト時間は 3600 秒
• シーケンシャル ワークロードの場合はディスクあたり 8 スレッド、ランダム ワークロードの場合は 16 スレッド

Western Digital Ultrastar DC SN655 vSAN ESA データ	1024k シーケンシャル書き込み MB/秒	1024K シーケンシャル読み取り MB/秒	4K ランダム書き込み IOPS	4K ランダム読み取り IOPS	8K ランダム 70/30 IOPS
vSAN ESA ノードあたり 4-SSD RAID1	10,914	17,638	378,861	563,054	318,640
vSAN ESA ノードあたり 4-SSD RAID5	10,999	17,726	476,770	524,076	301,960
vSAN ESA ノードあたり 8-SSD RAID1	12,702	24,128	520,632	526,504	323,674
vSAN ESA ノードあたり 8-SSD RAID5	14,336	21,994	504,508	523,666	292,557

パフォーマンス データを 1 つの重複するセクション (ノードあたり 5 台と 16 台の SSD、および RAID32 と RAID1) に分割しました。最初の比較では、クラスターにディスクが追加されるにつれてパフォーマンスが飽和し始める点に焦点を当てました。ホストが 5 台の場合、クラスター内の SSD は 5 個でしたが、各ノードを XNUMX 個の SSD に増やした場合は XNUMX 個でした。 XNUMX 番目の側面は、推奨される RAIDXNUMX ESA ポリシーと比較して、RAIDXNUMX ESA ポリシーがどの程度大きな違いをもたらすかです。 RAIDXNUMX を使用する利点は非常に明白です。高密度の Western Digital SSD と組み合わせたデータ保護ポリシーのおかげで、ユーザーは利用可能な容量を大量に得ることができます。

テストから収集されたデータを確認すると、いくつかの傾向が浮かび上がっていることに気付きました。合計帯域幅に注目すると、VMware vSAN ESA クラスターでは、ノードあたり SSD を 10.9 基から 1 基に移行することでパフォーマンスが大幅に向上しました。 5 SSD セットアップの RAID4 構成と RAID17.6 構成の両方からのシーケンシャル書き込みで約 17.7GB/秒を測定しました。シーケンシャル読み取りでは、RAID1 および RAID5 モードで 5 ～ 4GB/s を測定しました。ランダムなワークロードに移行すると、RAID476 の 4k IOPS と比較して、379K ランダム書き込みで 1K IOPS を測定し、4 SSD 構成で RAID1 が有利であることがわかりました。 563K ランダム読み取りでは、両方の構成が互いに近づき始め、RAID524 の 5k IOPS から RAID8 の 70k IOPS が測定されました。 30K 1/319 では、その差はさらに近くなり、RAID302 のエッジの測定値は 5k IOPS であるのに対し、RAIDXNUMX の XNUMXk IOPS でした。

ノードあたり 100 台の SSD に移行すると、パフォーマンスの向上が見られましたが、XNUMX 台の SSD と比較してパフォーマンスが XNUMX 倍になるわけではありません。ここで、vSAN のパフォーマンスの上限とノード全体の XNUMXGbE の帯域幅の制限が現れ始めました。はい、より高速なネットワーク接続が利用可能ですが、それは HCI や一般的な SMB/SME 導入からは遠ざかります。

書き込み帯域幅に関しては、RAID5 が優勢で、RAID14.3 の 12.7GB/s に対して 1GB/s を測定しました。読み取り帯域幅は RAID1 が 24.1GB/s でリードし、RAID5 は 22GB/s でした。ランダム 4K 書き込み転送では、RAID1 と RAID5 はほぼ同等でしたが、測定した R521 の IOPS は 1K に対し、R505 の 5K IOPS でした。 4K ランダム読み取りパフォーマンスを調べたところ、527 台と 1 台の SSD セットアップが互いに非常に近い状態で、vSAN クラスターのパフォーマンス制限に遭遇していることがわかりました。ここでは、524 台の SSD セットアップで、RAID5 で 8k IOPS、RAID70 で 30k IOPS を測定しました。 1K 324/293 では、RAID5 の XNUMXk IOPS に対して XNUMXk IOPS となり、最終的には RAIDXNUMX が有利になりました。

VMware vSAN ESA では、RAID1 構成と RAID5 構成は決まった決定ではないことに注意することが重要です。これは VM vDisk レベルで適用されるストレージ ポリシーであり、両方が同時に共存できることを意味します。したがって、I/O の最後の部分までが重要なデータベース VM があるとします。これに RAID1 ポリシーを与え、他のすべては RAID5 上にあります。そうすることで、スペースの使用率を可能な限り最適化できます。

最終的な考え

Western Digital Ultrastar DC SN655 Enterprise PCIe Gen 4.0 デュアルポート NVMe SSD は、Western Digital が誇る主流の手頃な価格を維持しながら、高密度エンタープライズ グレードのストレージの次のレベルを表します。 U.3 フォームファクタで提供されますが、U.2 下位互換性もあります。これは、管理者やデータ エンジニアが、高密度 1U サーバーの使い慣れたフォーム ファクターでストレージ密度を向上できることを意味します。

容量密度の増加は、SSD あたりの仮想化ホスト数の増加や、より少ないドライブ間で大規模なアプリケーション データセットの統合などのユースケースにおけるストレージ リソースの使用率がより大幅に向上することも意味します。これらのビッグ データ分析と AI/ML データセットは、SN655 NVMe SSD の低遅延と高スループットを実現することで、より大容量に移行することで恩恵を受けます。これにより、洞察を得るまでの時間が短縮され、リアルタイム分析が可能になります。

当社のパフォーマンス調査結果によると、Western Digital Ultrastar DC SN655 NVMe SSD は、特に SMB、エッジ、小売店、その他数千のユースケースに関して、VMware vSAN 8 ESA 導入に最適であることがわかりました。小規模な導入から始めて需要の増加に応じて成長したいと考えている企業にとって、ノードあたりわずか XNUMX 台の Western Digital SSD で、ノードあたり XNUMX 台の SSD 構成のパフォーマンスのほとんどが提供され、拡張の余地が十分にあることがわかりました。また、vSAN アプリケーションも同様です。そしてデータのニーズも増大します。これにより、組織はパフォーマンス メトリクスを達成するためにディスクに過剰にコミットする必要がなくなり、vSAN への SSD の追加がこれまで以上に簡単になるため、IT 予算の拡張に役立ちます。

現在、VMware vSAN 8 Update 2 GA が提供されているため、vSAN の顧客は新しいストレージ アーキテクチャに飛び込む準備ができていると考えられます。 ESA には明らかに多くの利点がありますが、現時点で最も満足しているのは vSAN が提供するシンプルさです。サーバー ノードと SSD を選択すると、vSAN が常に提供してきたのと同じ「ポイント アンド クリック」の使いやすさが得られます。 vSAN 8 の SSD を検討した際、Ultrastar DC SN655 NVMe SSD が非常に優れたパフォーマンスを発揮し、RAID5 で優れたパフォーマンスを実現することがわかりました。これにより、お客様はパフォーマンスを犠牲にすることなく vSAN のストレージ フットプリントを最大化できます。さらに優れた点は、ドライブのコスト効率が高く、VMware vSAN 8 への投資を最大限に活用したいと考えているユーザーにとってさらに大きな価値を提供します。

Ultrastar DC SN655 NVMe SSD 製品ページ

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