Dell PERC13 förvandlar NVMe-hårdvaru-RAID för AI-eran

Dell H975i från PERC13-serien av RAID-kontroller är det mest betydande språnget framåt som företaget har gjort inom hårdvaru-RAID på över ett decennium. Även om Dell har släppt regelbundna uppdateringar till sin PERC-linje, var dessa till stor del stegvisa och fokuserade på styrenhetsinställning och förbättrad bandbredd allt eftersom PCIe-generationerna utvecklades. Men den underliggande arkitekturen förblev knuten till SATA- och SAS-arvet som har definierat företags-RAID i åratal. PERC H975i bryter den cykeln avgörande. Byggd på Broadcoms SAS51xx-linje av chipset, markerar denna kontroller en definitiv övergång till en flash-first och NVMe-nativ design. Genom att uteslutande stödja NVMe-enheter och eliminera stöd för traditionella hårddisk- och SATA-tekniker, innehåller H975i en framåtblickande strategi för lagringsinfrastruktur, optimerad för de högpresterande kraven med låg latens som moderna dataintensiva och AI-först fokuserade arbetsbelastningar kräver.

Key Takeaways

• Flash-först NVMe RAID: PERC13 H975i avviker helt från SAS/SATA och är byggd på Broadcom SAS51xx för en NVMe-inbyggd, AI-klar arkitektur.
• Stort generationssprång: PCIe Gen5 x16 med upp till 16 NVMe-enheter per styrenhet (32 med två) levererade 52.5 GB/s och 12.5 miljoner IOPS per styrenhet i tester, med vinster jämfört med PERC12 inklusive +88 % läsbandbredd, +318 % skrivbandbredd, +31 % 4K läs-IOPS och +466 % 4K skriv-IOPS.
• AI-serveranpassning: Frontintegrerad design frigör bakre PCIe-kortplatser för GPU:er, förkortar MCIO-körningar och möjliggör en dedikerad lagringskanal per accelerator för stadigare, mer deterministiskt dataflöde utan CPU-overhead.
• Motståndskraft under stress: Superkondensatorskyddad cache och snabbare ombyggnader minskar tiden till så lågt som 10 min/TiB samtidigt som hög prestanda bibehålls under ombyggnader (upp till 53.7 GB/s läsningar, 68 GB/s skrivningar, 17.3 miljoner/5.33 miljoner 4K IOPS).
• End-to-end säkerhet: Hårdvarubaserad förtroendekod, SPDM-enhetsidentitet och fullspektrumkryptering som täcker hårddiskar, data under färd och styrenhetscache.

PERC H975i levererar oöverträffad prestanda och arkitektoniska innovationer. Med ett PCIe Gen 5 x16-värdgränssnitt och stöd för upp till 16 NVMe-enheter (32 NVMe-enheter per system med två styrenheter) levererade H975i i våra tester en anmärkningsvärd maximal dataflödeshastighet på 52.5 GB/s och 12.5 miljoner IOPS per styrenhet. Det representerar en nästan dubbel prestandaökning i varje nyckelkategori jämfört med PERC2, som toppade 12 ​​miljoner IOPS och 6.9 GB/s dataflöde. Utöver rå prestanda introducerar PERC27 en superkondensatorbaserad cache-skyddsmekanism (som ersätter traditionella batteridrivna system), vilket säkerställer dataintegritet utan att kompromissa med driftssäkerheten. H13i bygger vidare på säkerhetsfunktionerna från sin föregångare och utökar nu fullspektrumkrypteringsfunktioner, krypterar data i cachen och erbjuder omfattande skydd både under överföring och i vila.

PERC H975i framstår som en specialbyggd lagringsaccelerator utformad för att möta de exempellösa beräkningskraven från AI-arbetsbelastningar. Den erbjuder både hög densitet och hög prestanda, samt lagring med låg latens utan CPU-overhead. I praktiken ger paradandet av ett PCIe Gen5 RAID-kort som kan mätta ett x16-gränssnitt med en Gen5 GPU varje accelerator en egen dedikerad lagringspipeline. Detta förenklar PCIe/NUMA-topologin, förhindrar brusiga granneffekter och håller ombyggnads- eller bakgrundsuppgifter isolerade till den GPU:ns I/O-domän.

Skala detta till dubbla RAID-kort till två GPU:er, så bevarar du linjär prestanda samtidigt som du undviker konkurrens på delade banor eller cacher. Resultatet är en stadigare ingångsbandbredd för datakrävande träning och inferens (stora batcher, snabba omrubningar, snabba kontrollpunktsläsningar) med snävare latensfördelningar under belastning och under ombyggnader. Denna arkitektur driver inte bara högre topptal; den gör dataflödet mer deterministiskt, vilket är precis vad AI-servrar med flera GPU:er behöver för att hålla utnyttjandet högt.

Specifikationer för Dell PERC12 H965i och PERC13 H975i

Leverans	PERC12 H965i fram	PERC13 H975i fram
RAID-nivåer	0, 1, 5, 6, 10, 50, 60	0, 1, 5, 6, 10, 50, 60
Icke-RAID (JBOD)	Ja	Ja
Värdbusstyp	PCIe Gen4 x16	PCIe Gen5 x16
Sidbandshantering	I2C, PCIe VDM	I2C, PCIe VDM
Kapslingar per port	ej tillämplig	ej tillämplig
Processor / Chipset	Broadcom RAID-on-Chip, SAS4116W	Broadcom RAID-on-Chip, SAS5132W
Energipaket / strömförsörjning	Batteri	superkondensator
Lokal nyckelhanteringssäkerhet	Ja	Ja
Säker företagsnyckelhanterare	Ja	Ja
Controller Kö Djup	8,192	8,192
Icke-flyktig cache	Ja	Ja
Cacheminne	8 GB DDR4 3200 MT/s	Integrerad RAID-cache
Cachefunktioner	Skriv tillbaka, läs i förväg, skriv igenom, skriv alltid tillbaka, ingen läsning i förväg	Skriv tillbaka, skriv igenom, skriv alltid tillbaka, ingen läsning i förväg
Max komplexa virtuella diskar	64	16
Max antal enkla virtuella diskar	240	64
Max diskgrupper	64	32
Max antal virtuella skivor per diskgrupp	16	8
Max antal reservenheter	64	8
Hot-swap-enheter som stöds	Ja	Ja
Autokonfigurera (Primär och kör en gång)	Ja	Ja
Hårdvara XOR-motor	Ja	Ja
Online kapacitetsutvidgning	Ja	Ja
Dedikerad och global reservdelsfunktion	Ja	Ja
Stödda enhetstyper	NVMe Gen3 och Gen4	NVMe Gen3, Gen4 och Gen5
VD-remselementstorlek	64KB	64KB
NVMe PCIe-stöd	Gen4	Gen5
Konfiguration Max NVMe-enheter	8 enheter per styrenhet	16 enheter per styrenhet
Sektorstorlekar som stöds	512B, 512e, 4Kn	512B, 512e, 4Kn
Stöd för lagringsstart	Endast UEFI	Endast UEFI

PERC13 H975i Front Controller i Dell PowerEdge-servrar är utformad för sömlös integration i systemarkitekturen. Till skillnad från traditionella tilläggskort som upptar bakre PCIe-kortplatser ansluts H975i direkt till den främre hårddiskens bakplan och samverkar med de främre MCIO-kontakterna på moderkortet via dedikerade PCIe 5.0-gränssnitt. Denna integrerade design bevarar bakre PCIe-kortplatser för högpresterande GPU:er och ytterligare PCIe-expansion, samtidigt som kablarnas längd minskas avsevärt. Detta bidrar till att bibehålla signalintegriteten, vilket gör systemet mer tillförlitligt och enklare att underhålla. Resultatet är en renare intern layout och förbättrat luftflöde för täta, beräkningsintensiva distributioner.

H975i implementerar en omfattande säkerhetsarkitektur som sträcker sig från hårdvaruattestering på kiselnivå till fullspektrumsdatakryptering av data som finns på SED-diskar. Grunden för Hardware Root of Trust är att den etablerar en oföränderlig kedja av kryptografisk verifiering från den interna start-ROM:en genom varje firmwarekomponent, vilket säkerställer att endast autentiserad Dell-certifierad firmware kan köras på styrenheten. Denna hårdvarubaserade säkerhet sträcker sig genom implementering av Security Protocol and Data Model (SPDM), där varje styrenhet innehåller ett unikt Device Identity-certifikat som gör det möjligt för iDRAC att utföra autentiseringsverifiering i realtid. Styrenheten utökar kryptografiskt skydd utöver traditionella data-at-rest-scenarier till att inkludera cacheminne. Den lagrar krypteringsnycklar i säkra minnesregioner som är oåtkomliga för obehörig firmware. Som ett resultat förblir känsliga data skyddade oavsett om de finns på diskar eller aktivt bearbetas i cachen.

Strömskyddet i H975i är ytterligare en betydande utveckling från traditionella batteridrivna system genom integrationen av en superkondensator. Superkondensatorn ger omedelbar strömförsörjning vid oväntade strömavbrott, vilket säkerställer en krypterad och fullständig cache-spolning till icke-flyktig lagring, där data förblir skyddade på obestämd tid. Till skillnad från batteribaserade system som kräver 4–8 timmar för inlärningscykler, slutför H975is superkondensator sin transparenta inlärningscykel inom 5–10 minuter utan någon prestandaförsämring under kalibrering. Denna design eliminerar underhållskostnaderna och problem med försämring som är inneboende i batterilösningar, samtidigt som den ger överlägsen tillförlitlighet för verksamhetskritiskt dataskydd.

Integrerad övervakning och hantering

Dells PERC13 RAID-kontroller, liksom många av Dells RAID-lösningar, kan hanteras och övervakas på många sätt, inklusive under plattformsstart via systeminställningar i BIOS, via iDRAC-webbgränssnittet, PERC12-verktyget och till och med Dell OpenManage UI och CLI.

iDRAC-styrenhetshantering

När du tittar på iDRAC-hanteringsgränssnittet ger fliken styrenheter en översikt över serverns lagringshårdvara. Bredvid BOSS-kortet ser du de dubbla PERC H975i-styrenheterna, komplett med information om firmwareversioner, cacheminne och batteristatus. Denna sammanfattning gör att du snabbt kan verifiera styrenheternas beredskap och konfiguration utan att behöva komma åt BIOS eller använda CLI-verktyg.

Fliken Virtuella diskar i iDRAC visar de lagringsmatriser som har skapats, inklusive deras RAID-nivå, storlek och cachningspolicy. I det här systemet listas två RAID-10-grupper, alla byggda på SSD-diskar. Från den här vyn kan administratörer bekräfta att volymer är online, skapa nya virtuella diskar eller använda menyn Åtgärder för att justera eller ta bort befintliga konfigurationer.

Konfigurationsverktyg för RAID-kontroller

Bilden ovan visar ett exempel på hur man öppnar PERC H975i Front Configuration Utility System Setup på PowerEdge R7715-plattformen. Från det här gränssnittet kan du hantera alla viktiga RAID-styrenhetsinställningar, inklusive konfigurationshantering, styrenhetshantering, enhetshantering med mera. Det här verktyget ger ett strömlinjeformat sätt att konfigurera virtuella diskar och övervaka hårdvarukomponenter direkt under plattformens startprocess.

Efter att ha valt RAID-nivå går vi vidare till att välja fysiska diskar för arrayen. I det här exemplet listas och markeras alla tillgängliga NVMe SSD-enheter som RAID-kompatibla. Vi väljer flera 3.2 TiB Dell DC NVMe-enheter från den okonfigurerade kapacitetspoolen. Filter som medietyp, gränssnitt och logisk sektorstorlek hjälper till att begränsa urvalet. När de önskade enheterna är markerade kan vi fortsätta genom att klicka på "OK" för att slutföra diskvalet och fortsätta att skapa den virtuella disken.

Innan skapandet av den virtuella disken slutförs visar systemet en varning som bekräftar att all data på de valda fysiska diskarna kommer att raderas permanent. För att fortsätta markerar vi rutan "Bekräfta" och väljer "Ja" för att godkänna åtgärden. Denna säkerhetsåtgärd hjälper till att förhindra oavsiktlig dataförlust under RAID-skapningsprocessen.

När den virtuella disken har skapats visas den under menyn ”Hantering av virtuell disk”. I det här exemplet listas vår nya virtuella RAID 5-disk med en kapacitet på 43.656 TiB och statusen ”Klar”. Med bara några få enkla steg är lagringen konfigurerad och redo att användas.

Medan PERC BIOS Configuration Utility och iDRAC-gränssnittet erbjuder intuitiva alternativ för lokal och fjärrstyrd hantering, tillhandahåller Dell även ett kraftfullt kommandoradsverktyg som heter PERC CLI (perccli2). Detta verktyg stöder Windows, Linux och VMware, vilket gör det idealiskt för skriptning, automatisering eller hantering av PERC-styrenheter i headless-miljöer. Dell tillhandahåller också detaljerad dokumentation om installation och kommandoanvändning för PERC CLI på deras supportsida.

Dell PERC13 prestandatestning

Innan vi började med prestandatestning förberedde vi vår miljö med Dell PowerEdge R7715-plattformen konfigurerad med dubbla PERC H975i-frontkontroller. Dessa parades ihop med trettiotvå 3.2 TB Dell NVMe-diskar, var och en klassad för upp till 12,000 5,500 MB/s sekventiella läsningar och 128 13 MB/s sekventiella skrivningar med blockstorlekar på XNUMX KiB. Denna högpresterande grund gör det möjligt för oss att tänja på gränserna för PERCXNUMX-kontrollerns dataflöde och utvärdera RAID-beteende i stor skala.

• Plattform: Dell PowerEdge R7715
• CPU: AMD EPYC 9655P 96-kärnig processor
• Bagge: 768 GB (12 x 64 GB) DDR5-5200 ECC
• Raid-kontroller: 2 x PERC13 H975i
• Förvaring: 32 x 3.2 TB Dell CD8P NVMe-enheter
• PCIe-acceleratorer: 2 x NVIDIA H100 GPU

NVIDIA Magnum IO GPU Direktlagring: AI möter lagring

Moderna AI-pipelines är ofta I/O-bundna, inte beräkningsbundna. Databatchar, inbäddningar och kontrollpunkter måste överföras från lagring till GPU-minne tillräckligt snabbt för att hålla acceleratorer sysselsatta. NVIDIAs Magnum IO GDS (via cuFile) kortsluter den traditionella "SSD → CPU DRAM → GPU"-vägen och låter data DMA direkt från NVMe till GPU-minne. Det tar bort CPU-studsbuffertoverhead, minskar latensen och gör dataflödet mer förutsägbart under belastning, vilket allt leder till högre GPU-utnyttjande, kortare epochtider och snabbare spar-/laddningscykler för kontrollpunkter.

Vårt GDSIO-test är inriktat på att mäta själva datavägen mellan lagring och GPU, genom att svepa blockstorlekar och trådantal för att visa hur snabbt PERC13-stödda NVMe-uppsättningar kan strömma in i H100-minnet. Med varje H975i på en PCIe 5.0 x16-länk (teoretiskt ~64 GB/s per styrenhet, enkelriktad), sätter två styrenheter ett sammanlagt tak nära ~112 GB/s; där våra kurvor platåar upp och ner visar om du är länk- eller mediabegränsad. För yrkesverksamma, läs diagrammen som proxyvärden för verkliga arbetsbelastningar: stora sekventiella läsningar mappas till datauppsättningsströmning och kontrollpunktsåterställningar; stora sekventiella skrivningar mappas till kontrollpunktssparningar; mindre överföringar med samtidighet återspeglar dataladdarblandningar och förhämtning. Kort sagt, stark GDSIO-skalning innebär färre GPU-stopp och mer konsekvent prestanda under både träning och högkapacitetsinferens.

GDSIO Läs sekventiell genomströmning

Med början vid sekventiell läsning började dataflödet blygsamt vid lägre blockstorlekar och trådantal, med början runt 0.3 GiB/s vid 8K-block med en enda tråd. Prestandan skalades kraftigt mellan 16K och 512K-block, särskilt när trådantalet ökades från 4 till 16. De mest betydande förbättringarna skedde vid blockstorlekar på 1M, 5M och 10M, där dataflödet ökade dramatiskt och nådde en topp på 103 GiB/s vid 10M blockstorlek med 256 trådar. Denna utveckling visar att PERC13-arrayen drar nytta av större blockstorlekar och flertrådad parallellism, med optimal mättnad runt 64-128 trådar, bortom vilken förbättringarna platåade.

GDSIO Läs sekventiell genomströmningsdifferential

I sekventiella lästester över blockstorlekar från 8K till 10M överträffade PERC13 (H975i) konsekvent PERC12 (H965i), med dramatiskt ökande procentuella vinster vid större blockstorlekar och högre trådantal.

Vid mindre blockstorlekar (8K–16K) var förbättringarna blygsamma (vanligtvis mellan 0–20 %), och i vissa isolerade fall låg H975i något efter på grund av testvariationer vid låga ködjup. Vid blockstorlekar på 32K–64K blev fördelen mer konsekvent, där H975i levererade 30–50 % högre dataflöde över de flesta trådantal.

De mest signifikanta skillnaderna observerades vid större blockstorlekar (128K till 10M), där PERC13-styrenheten frigjorde systemets fulla potential för sekventiell läsning. Här uppvisade H975i vinster på 50–120 % jämfört med H965i. Till exempel, vid 1M blockstorlek med 8–16 trådar var dataflödet över 55 GiB/s högre, vilket motsvarar en ökning på ungefär 90 %. Vid blockstorlekar på 5M och 10M översteg förbättringarna regelbundet 100 %, där vissa konfigurationer visade nästan dubbel prestanda jämfört med föregående generation.

Sammantaget etablerade PERC13 (H975i) en betydande ledning inom sekventiella läsarbetsbelastningar, särskilt i takt med att blockstorlek och trådantal skalades. Medan mindre blockstorlekar visade stegvisa förbättringar, vid 256K och uppåt, levererade den nyare styrenheten konsekvent 50-100%+ högre prestanda, vilket tydligt belyser de arkitektoniska framstegen i Dells senaste RAID-plattform.

GDSIO Läs sekventiell latens

Allt eftersom den sekventiella läshastigheten ökade, förblev latensen hanterbar vid mindre blockstorlekar och lägre trådantal. Till exempel låg latensen under 100 µs upp till 64K block och 16 trådar, vilket visar effektiv hantering av läsningar i det intervallet. När blockstorlekar och trådantal skalades upp, särskilt vid 5M och 10M med 64 eller fler trådar, ökade latensen snabbt och nådde en topp på 211.8 ms vid en blockstorlek på 10M med 256 trådar. Detta belyser hur flaskhalsar i styrenheter eller köer uppstår under extrema arbetsbelastningar, även om dataflödet förblir högt.

Den bästa balansen mellan prestanda och effektivitet observerades vid blockstorleken 1M med 8–16 trådar, där arrayen upprätthöll en dataflödeshastighet på 87.5–93.7 GiB/s samtidigt som latensen hölls mellan 179–334 µs. Denna zon representerar det optimala läget för att maximera bandbredden samtidigt som fördröjningarna hålls långt under en millisekund.

GDSIO Skriv sekventiellt genomflöde

Skrivprestandan visade stark tidig skalning i takt med att blockstorlekarna ökade, med en ökning av dataflödet från 1.2 GiB/s vid 8K och 1 tråd till 13.9 GiB/s vid 256K. Den mest betydande tillväxten skedde mellan blockstorlekarna 128K och 1M, där dataflödet nådde över 80 GiB/s vid 8 till 16 trådar. Topprestanda nåddes vid blockstorlekarna 5M och 10M, med en ökning på 100 till 101 GiB/s från och med 8 trådar.

Prestandan planade ut över 8 till 64 trådar för dessa större block, vilket indikerar att styrenheterna nådde mättnad tidigt i skalningskurvan. Vid högre trådantal, särskilt 128 och 256 trådar, varierade dataflödesstabiliteten och var stabil vid stora block på 5M och 10M vid 101 GiB/s men minskade för blockstorlekar i medelstora intervall, såsom 256K, från 61.2 GiB/s vid 32 trådar till 45.3 GiB/s vid 256 trådar.

GDSIO Skriv sekventiell dataflödesdifferential

I sekventiella skrivtester visade PERC13 (H975i) betydande förbättringar jämfört med PERC12 (H965i), särskilt när blockstorlekar och trådantal skalades. Vid små blockstorlekar (8K-32K) var förbättringarna blygsamma, generellt inom 0-10%, med enstaka testbrus som visade försumbara skillnader.

Från och med 64K blev fördelen med H975i mer uttalad. Vid 64K blockstorlek nådde förbättringarna 40-70%, med en ökning av dataflödet med mer än 12-17 GiB/s jämfört med H965i. Vid 128K-256K blev ökningen starkare, där H975i konsekvent levererade 50-70% högre dataflöde vid måttliga till höga trådantal.

Det mest dramatiska prestandagapet uppstod vid större blockstorlekar (512K till 10M). Vid 512K uppnådde H975i vinster på +31 till +56 GiB/s, vilket motsvarar en förbättring på 60–80 % jämfört med H965i. Vid blockstorlek på 1M ökade försprånget ytterligare, med dataflödeshopp på +40 till +68 GiB/s, vilket motsvarar en ökning på 70–90 %. Slutligen, vid blockstorlekar på 5M och 10M, nästan fördubblade PERC 13 dataflödet jämfört med PERC 12, med delta på +75 till +79 GiB/s, vilket motsvarar en förbättring på 100 % i vissa trådrika scenarier.

Sammantaget visade PERC 13-styrenheten ett tydligt generationssprång i prestanda för sekventiell skrivning. Även om skillnaderna är små vid de minsta blockstorlekarna, levererar H64i konsekvent 975–50 % högre dataflöde när arbetsbelastningar skalas över 100 965, vilket tydligt befäster dess överlägsenhet gentemot HXNUMXi i skrivintensiva sekventiella arbetsbelastningar.

GDSIO Skriv sekventiell latens

Latensen under sekventiella skrivningar förblev imponerande låg vid mindre blockstorlekar och lägre trådantal, ofta under 50 µs genom 128K-block med upp till 8 trådar. Allt eftersom trådantalet ökade skalades latensen upp mer märkbart. Till exempel nådde latensen 392 µs vid 512K med 32 trådar och översteg 1 ms vid 1M-blockstorlek med 64 trådar.

Mättnadseffekter blev tydligare vid de största blockstorlekarna och högsta samtidighetsnivåerna. Latensen steg till 12.4 ms vid 5 miljoner med 128 trådar och nådde en topp på 50.3 ms vid 10 miljoner med 256 trådar.

Den mest effektiva driftspunkten för sekventiella skrivbelastningar inträffade vid blockstorlekarna 1M eller 5M med 8 till 16 trådar, där dataflödet nådde 87.9 till 101.2 GiB/s medan latensen låg kvar inom 178 µs – 1.7 ms, vilket gav stark och hållbar prestanda utan att utlösa alltför stora fördröjningar i skrivkön.

MLPerf Storage 2.0-prestanda

För att utvärdera verkliga prestanda i AI-träningsmiljöer använde vi testsviten MLPerf Storage 2.0. MLPerf Storage är specifikt utformad för att testa I/O-mönster i verkliga, simulerade djupinlärningsarbetsbelastningar. Den ger insikter i hur lagringssystem hanterar utmaningar som kontrollpunkter och modellträning.

Kontrollpunktsriktmärke

Fio Prestandabenchmark

Även om nya testmetoder införlivades i denna granskning, tog vi fram en del av data från vår senaste artikel om för att belysa förbättringarna. Dells PERC12-kontroller, visar skillnaden i maximal bandbredd och maximal genomströmning.

Att säga att PERC13 medför förbättringar är att uttrycka det lättvindigt. Med en enda RAID5-volym på varje styrenhet mätte vi en ökning på 88 % i läsbandbredd, en ökning på 318 % i skrivbandbredd, en ökning på 31 % i prestanda för slumpmässig läsning i 4K och en fantastisk ökning på 466 % i prestanda för slumpmässig skrivning i 4K. Detta är inte den absoluta topprestandan för PERC 13-styrenheten; högre hastigheter är möjliga med fler virtuella diskar. Detta resultat återspeglar dock prestandan för ett enda namnområde när den totala kapaciteten maximeras.

Arbetsbelastning	Dubbel PERC 12 (2 x RAID5)	Dubbel PERC 13 (2 x RAID5)	Prestandaökning
128 XNUMX sekventiella läsningar	56,107 XNUMX (MB/s)	105,227 XNUMX (MB/s)	88%
128K sekventiella skrivningar	24,351 XNUMX (MB/s)	101,723 XNUMX (MB/s)	318%
4KB slumpmässiga läsningar	13,205,656 XNUMX XNUMX (IOP)	17,342,057 XNUMX XNUMX (IOP)	31%
4KB slumpmässiga skrivningar	1,725,198 XNUMX XNUMX (IOP)	9,758,677 XNUMX XNUMX (IOP)	466%

Vi fokuserade på prestandan hos Dell PERC H975i- och PERC H965i-styrenheterna, med RAID 5 som erbjuder en utmärkt blandning av kapacitet med paritetsskydd. Vi undersökte flera virtuella diskkonfigurationer (VD) på Dell PERC H975i: 8 VD:ar i RAID 5 (8R5), 4 VD:ar i RAID 5 (4R5) och 2 VD:ar i RAID 5 (2R5). Vi testade också två konfigurationer på Dell PERC H965i: 4 VD:ar i RAID 5 (4R5) och 2 VD:ar i RAID 5 (2R5). Konfigurationerna valdes baserat på antalet SSD-diskar som varje styrenhet kan hantera. Den nyaste PERC 13-styrenheten kan hantera upp till 16 SSD-diskar, vilka enkelt kan delas in i upp till 4 RAID 5-grupper med 4 SSD-diskar vardera. Den äldre PERC12 kunde bara hantera 8 SSD-diskar, vilket begränsade den till att testa högst 2 RAID5 SSD-grupper. Den här konfigurationen innebär att vi i fallet med ett 8R5-system har fyra RAID 4-enheter med 5 enheter på varje PERC RAID-kontroller.

Varje konfiguration genomgick en identisk benchmarkingprocess, som började med en förkonditioneringsfas bestående av två fullständiga enhetsskrivningar med sekventiella arbetsbelastningar. Efter att ha uppnått steady-state mätte vi prestanda över en mängd olika åtkomstmönster. Före varje nytt arbetsbelastningstest utförde vi en ny förkonditioneringscykel med motsvarande överföringsstorlek för att säkerställa konsekventa resultat.

128K sekventiell skrivbandbredd

I tester av sekventiell skrivning på 128K uppstod en dramatisk prestandaskillnad mellan generationerna av styrenheter. PERC H965i-matriserna levererade blygsam dataflöde, där 2R5-konfigurationen uppnådde 28.1 GB/s och 4R5-konfigurationen nådde 29.5 GB/s, vilket uppvisade minimal skalning från ytterligare RAID-diskar. I skarp kontrast levererade PERC H975i-styrenheten exceptionell prestanda i alla konfigurationer: 2R5-matrisen nådde 99.3 GB/s (253 %), 4R5-konfigurationen nådde 99.7 GB/s (238 %) och 8R5-konfigurationen nådde en topp på 101.3 GB/s (243 % jämfört med H965i 4R5). Sammantaget klustrade H975i tätt runt 100 GB/s oavsett antal diskar, vilket indikerar att styrenhetens bandbreddstak för 128K sekventiella skrivningar höll på att nås.

128K sekventiell skrivlatens

I tester av sekventiell skrivlatens på 128K framkom en tydlig skillnad mellan styrenhetsgenerationerna. PERC H965i-matriserna uppvisade högre latenser, där 2R5-konfigurationen varierade från 0.0238 ms upp till 17.8 ms och 4R5-konfigurationen sträckte sig till 38.9 ms, vilket visade minimal nytta av ytterligare RAID-diskar. Däremot uppnådde PERC H975i-styrenheten markant lägre latens i alla konfigurationer: 2R5-matrisen varierade från 0.0173 ms till 5.0 ms (72 % lägre topplatens), 4R5-konfigurationen varierade från 0.0179 ms till 10.5 ms (73 % lägre) och 8R5-konfigurationen varierade från 0.0188 ms till 20.1 ms (48 % lägre jämfört med H965i 4R5).

128K sekventiell läsbandbredd

I sekventiella lästester med 128K-läsning på Dell-systemen visade PERC H965i-styrenheterna konsekvent prestanda i båda konfigurationerna. 2R5-matrisen uppnådde en maximal bandbredd på 54.8 GB/s, medan 4R5-konfigurationen också nådde 54.8 GB/s. Däremot uppvisade PERC H975i-styrenheterna betydligt överlägsen prestanda, där alla tre konfigurationerna nådde en maximal bandbredd på cirka 102.7–102.8 GB/s. H975i 2R5-matrisen levererade 102.8 GB/s (87 % förbättring), 4R5-konfigurationen uppnådde 102.7 GB/s (87 % förbättring) och 8R5-konfigurationen nådde 102.7 GB/s (87 % förbättring). Det är värt att notera att även om H965i-styrenheterna inte uppvisade någon meningsfull prestandaskalning mellan 2R5- och 4R5-konfigurationer, bibehöll H975i-styrenheterna konsekvent hög prestanda i alla RAID 5-konfigurationer, där bandbreddstaket verkade uppnått oavsett antalet hårddiskar i arrayen.

 

128K sekventiell läslatens

I sekventiella läslatenstest med 128K levererade PERC H965i latenser från 0.2006 ms till 16.1 ms på 2R5 och från 0.1644 ms till 24.7 ms på 4R5, vilket visade ökad variabilitet allt eftersom enheterna skalades. Som jämförelse var PERC H975i betydligt effektivare, med 2R5-konfigurationen från 0.062 ms till 4.9 ms (80 % lägre topplatens), 4R5-konfigurationen från 0.075 ms till 9.8 ms (60 % lägre) och 8R5 med en topp på 19.5 ms (21 % lägre jämfört med H965i 4R5).

 

64k slumpmässig skrivbandbredd

I 64K slumpmässiga skrivtester uppvisade den äldre PERC H965i-styrenheten konsekvent men begränsad prestanda, där både 2R5- och 4R5-konfigurationerna uppnådde nästan identisk dataflöde på 8.3 GB/s oavsett antal diskar. I skarp kontrast levererade PERC H975i-styrenheten exceptionella prestandaförbättringar: 2R5-konfigurationen nådde 39.8 GB/s (379 % förbättring), medan 4R5 bibehöll samma maximala bandbredd på 39.8 GB/s (379 % förbättring). 8R5-matrisen på H975i låg något före vid 40.3 GB/s (386 % förbättring).

 

64k slumpmässig skrivlatens

I tester av 64K slumpmässig skrivlatens hade H965i svårt att hantera högre belastning, med 2R5 som varierade från 0.020 ms upp till 30.0 ms och 4R5 som sträckte sig så högt som 60.0 ms. I skarp kontrast presterade H975i-styrenheten dramatiskt bättre: 2R5 varierade från 0.0115 ms till 6.3 ms (79 % lägre topplatens), 4R5 nådde endast 12.6 ms (79 % lägre) och 8R5 nådde en topp på 24.8 ms (59 % lägre jämfört med H965i 4R5).

 

64k slumpmässig läsbandbredd

I tester av slumpmässig läsning på 64K uppnådde PERC H965i med både 2R5- och 4R5-arrayer nästan identiska dataflöden på 54.6 GB/s. I skarp kontrast var PERC H975i-styrenheten återigen dramatiskt överlägsen, med alla tre konfigurationer som nådde cirka 102.7 GB/s, vilket motsvarar en prestandaförbättring på 88 % jämfört med H965i. H975i-konfigurationerna visade anmärkningsvärd konsekvens över olika RAID-arrayerstorlekar, med en maximal bandbredd som endast varierade från 102.7 GB/s till 102.7 GB/s oavsett om man använder 2, 4 eller 8 hårddiskar i RAID-5-arrayeren. Detta tyder på att vi vid arbetsbelastningen med slumpmässig läsning på 64K kan mätta styrenheten helt och inte är hårddiskbegränsade på den nyare H975i-plattformen.

 

64k slumpmässig läsfördröjning

För 64K slumpmässiga läsningar varierade H965i 2R5-matrisen från 0.226 ms till 4.6 ms, medan 4R5-konfigurationen sträckte sig till 9.6 ms. Övergången till H975i sänkte latenserna avsevärt, med 2R5 som mätte 0.080 ms till 2.4 ms (48 % lägre topplatens), 4R5 vid 0.080 ms till 4.9 ms (49 % lägre) och 8R5 vid 0.080 ms till 9.7 ms (i nivå med H965i 4R5). Sammantaget visade H975i stramare kontroll och lägre latenstak över RAID-grupper.

 

16k sekventiell skriv-IOPS

I sekventiella skrivtester med 16K levererade PERC H965i-styrenheten måttlig prestanda, där 2R5-konfigurationen uppnådde 1.73 miljoner IOPS och 4R5-konfigurationen 1.87 miljoner IOPS. PERC H975i, som jämförelse, levererade en dramatisk ökning, där 2R5-konfigurationen nådde 6.44 miljoner IOPS (272 % förbättring jämfört med H965i). H975is 4R5-array nådde en topp på 6.54 miljoner IOPS (250 % förbättring), medan 8R5-konfigurationen uppnådde 6.53 miljoner IOPS (249 % förbättring jämfört med H965i 4R5), vilket återigen visar att styrenheterna mättar runt 6.5 miljoner IOPS vid blockstorleken 16K.

 

16k sekventiell skrivlatens

I 16K sekventiella skrivningar producerade H965i-matriserna 0.0080–3.5 ms på 2R5 och 0.0083–5.3 ms på 4R5. H975i visade överlägsen effektivitet, med 2R5 som sträckte sig från 0.0070 ms till 0.80 ms (77 % lägre), 4R5 upp till 1.42 ms (73 % lägre) och 8R5 som toppade på 6.2 ms (17 % lägre jämfört med H965i 4R5).

 

16k sekventiell läs-IOPS

I sekventiella lästester med 16 965 läsningar levererade PERC H2i-styrenheterna konsekventa resultat, där 5R3.56-konfigurationen uppnådde 4 miljoner IOPS och 5R3.56-konfigurationen också nådde 975 miljoner IOPS. Som jämförelse såg PERC H6.64i-styrenheterna alla konfigurationer klustra runt 86 miljoner IOPS, vilket motsvarar en förbättring på 965 % jämfört med HXNUMXi.

 

16k sekventiell läslatens

I 16 965 sekventiella läsningar varierade H2i 5R0.040-matrisen från 1.15 ms till 4 ms, medan 5R3.0 klättrade så högt som 975 ms. På H2i förbättrades latenserna: 5R0.038 låg på 0.62–46 ms (4 % lägre), 5R1.23 nådde sin topp på 59 ms (8 % lägre) och 5R2.47 nådde 19 ms (965 % lägre jämfört med H4i 5RXNUMX).

 

16k Random Write IOPS

Med slumpmässig IO vid 16K blockstorlek såg vi att mättnadspunkten nåddes mycket tidigt i testerna. Båda PERC H965i-konfigurationerna (2R5 och 4R5) levererade nästan identisk prestanda, med cirka 492,000 975 IOPS. PERC H2i-kontrollerna med 5R2.57-matrisen uppnådde 422 miljoner IOPS (975 % förbättring). H4i 5R8- och 5R2.60-konfigurationerna var något högre med cirka 428 miljoner IOPS (XNUMX % förbättring).

 

16k slumpmässig skrivlatens

Med 16 965 slumpmässiga skrivningar drabbades H2i av högre latens, med 5R0.0082 som sträckte sig över 8.6–4 ms och 5R16.6 som sträckte sig till 975 ms. H2i förbättrades dramatiskt, med 5R0.0070 på 1.59–82 ms (4 % lägre), 5R3.17 upp till 81 ms (8 % lägre) och 5R6.27 som maximerades vid 62 ms (965 % lägre jämfört med H4i 5RXNUMX).

 

16k Random Read IOPS

Vid 16K slumpmässig avläsning levererade PERC H965i-konfigurationerna konsekvent prestanda, där 2R5-matrisen uppnådde 3.55 miljoner IOPS och 4R5-matrisen 3.55 miljoner IOPS. PERC H975i-konfigurationerna 2R5, 4R5 och 8R5 uppnådde nästan identisk topprestanda på runt 6.64 miljoner IOPS, vilket motsvarar en förbättring på 87 % jämfört med H965i-generationen.

 

16k slumpmässig läsfördröjning

I 16 965 slumpmässiga avläsningar levererade H0.0906i-arrays 1.15–2 ms för 5R2.74 och upp till 4 ms för 5R975. H2i minskade återigen latensen, med 5R0.072 på 0.62–46 ms (4 % lägre), 5R1.23 upp till 55 ms (8 % lägre) och 5R2.47 som toppade på 10 ms (965 % lägre jämfört med H4i 5RXNUMX).

 

4K Random Write IOPS

I 4K slumpmässiga skrivtester uppnådde PERC H975i-kontrollerna med 2R5-konfiguration en topp på 9.76 miljoner IOPS, medan 4R5-matrisen levererade något högre prestanda med 9.94 miljoner IOPS. 8R5-konfigurationen uppvisade den starkaste prestandan och nådde 10.10 miljoner IOPS.

4K slumpmässig skrivlatens

För 4K-tester utvärderade vi endast H975i för maximal prestanda. Latensen var utmärkt över alla arrayer: 2R5 varierade från 0.0058 ms till 0.47 ms, 4R5 nådde en topp på 0.88 ms och 8R5 nådde 1.63 ms. Dessa resultat visar att H975i bibehöll exceptionellt låga latenser, konsekvent under 2 ms, vid den minsta blockstorleken.

4K Random Read IOPS

Vi har sparat ett av de mest spännande diagrammen till sist: i 4K slumpmässiga läsningstester nådde H975i med 2R5-konfigurationen imponerande 17.3 miljoner IOPS. H975i 4R5-matrisen nådde 20.1 miljoner IOPS, medan 8R5-konfigurationen levererade den högsta dataflödet med 25.2 miljoner IOPS.

4K slumpmässig läsfördröjning

I 4K slumpmässiga läsningar började latenserna vid 0.069 ms över alla arrayer, med 2R5 som toppar vid 0.29 ms, 4R5 vid 0.53 ms och 8R5 vid 0.65 ms. Det låga taket över alla RAID-grupper framhäver H975is förmåga att hantera små slumpmässiga läsningar med anmärkningsvärd effektivitet.

Inga prestandakompromisser under ombyggnad

Jämfört med PERC12 erbjuder Dell PERC13-kontrollern betydligt högre dataflöde för varje arbetsbelastning medan arrayer byggs om. Sekventiella läsningar mer än fördubblas till 53.7 GB/s jämfört med 25 GB/s (upp 114.7 %), och sekventiella skrivningar hoppar till 68 GB/s från 14.6 GB/s (upp 363.7 %). Prestanda för små block ökar gapet ytterligare: 4K slumpmässiga läsningar klättrar till 17.33 miljoner IOPS från 4.68 miljoner (upp 270.4 %), medan 4K slumpmässiga skrivningar ökar kraftigt till 5.33 miljoner IOPS från 0.48 miljoner (upp 1013.1 %). Kort sagt, PERC13 minimerar ombyggnadens påverkan och bevarar värdens utrymme även under de mest omfattande underhållsfönstren.

Arbetsbelastning	Dubbel PERC 12 (2 × RAID5) – Ombyggnad	Dubbel PERC 13 (2 × RAID5) – Ombyggnad	% förbättring
Sekventiell läsbandbredd	25 (GB/s)	53.7 (GB/s)	114.7%
Sekventiell skrivbandbredd	14.7 (GB/s)	68 (GB/s)	363.7%
4KB slumpmässiga läsningar	4,676,748 XNUMX XNUMX (IOPS)	17,326,888 XNUMX XNUMX (IOP)	270.4%
4KB slumpmässiga skrivningar	479,144 XNUMX XNUMX (IOP)	5,333,783 XNUMX XNUMX (IOP)	1013.1%

Återuppbygg snabbt utan att sakta ner arbetsbelastningen

Dell hävdar också massiva förbättringar i motståndskraft och prestanda för ombyggnad, och nämner en minskning av återuppbyggnadstiden för arrayer från över 80 minuter per terabyte med PERC12 till så lite som 10 minuter per terabyte på PERC13. Den typen av hastighet minskar riskfönster och visar på mognaden hos styrenhetens hårdvaru-XOR-motor, cacheacceleration och optimering av datavägar.

I RAID5-ombyggnadstester levererade PERC13 konsekvent kortare ombyggnadstider än PERC12 när styrenheten tilläts prioritera ombyggnaden, med försiktigheten att extremt hög skrivbelastning kan motverka den fördelen. Med prioriterad ombyggnad aktiverad ger styrenheten ombyggnadsuppgifterna första anropet på resurser. Detta gjorde det möjligt för PERC13-styrenheten att avsevärt minska ombyggnadstiderna under sekventiell läsbelastning. Vid den lägsta värdbelastningen (125 MB/s) minskade ombyggnadstiden från 11.53 till 5.32 min/TiB. Även vid den högsta belastningen minskades ombyggnadstiden från 16.96 till 7.73 min/TiB, samtidigt som en mycket högre läshastighet för värd bibehölls (22.4 GB/s jämfört med 60 GB/s).

Med sekventiellt skrivtryck förbättrade PERC13 återuppbyggnaden vid lätt belastning från 7.51 till 4.98 Min/TiB, men under den tyngsta skrivbelastningen ökade återuppbyggnadstiden till 15.29 Min/TiB jämfört med R760:s 13.09 Min/TiB. Man kan se detta genom två perspektiv: PERC13 hade en långsammare återuppbyggnadshastighet, men PERC13 bibehöll skrivbelastningshastigheter nära produktionsnivå jämfört med PERC12 (62.5 GB/s jämfört med 12 GB/s). Med andra ord uppfyller Priority Rebuild sitt löfte om ett snabbare återuppbyggnadsfönster, särskilt för läsdominerande aktivitet. Det enda undantaget är när systemet samtidigt utsätts för mycket tunga skrivningar; PERC13:s högre värddatakapacitet kan förlänga återuppbyggnadstiden.

Återuppbyggnadshastighet – (prioriterad återuppbyggnad) (RAID5)

Scenario	Dubbel PERC 12 (2 × RAID5)		Dubbel PERC 13 (2 × RAID5)
	Min/TiB	Total bandbredd	Min/TiB	Total bandbredd
Sekventiell läsning – Lätt aktivitet	11.53	0.125 GB / s	5.32	0.125 GB / s
Sekventiell läsning – Tung aktivitet	16.96	22.4 GB / s	7.73	60 GB / s
Sekventiell skrivning – Lätt aktivitet	7.51	0.125 GB / s	4.98	0.125 GB / s
Sekventiell skrivning – Tung aktivitet	13.09	12 GB / s	15.29	62.5 GB / s

Genom att byta till Priority Host, som avsiktligt skyddar applikations-I/O på bekostnad av återuppbyggnadshastighet, är prestandan liknande för läsningar och mer nyanserad för skrivningar. Med läsarbetsbelastningar slutför PERC13-styrenheten återigen återuppbyggnader betydligt snabbare än den äldre PERC12, vilket minskar tiden för lätt belastning från 11.23 till 6.70 min/TiB och tiden för tung belastning från 38.44 till 19.75 min/TiB, samtidigt som den hanterar mer värdtrafik (46.2 GB/s jämfört med 24.1 GB/s vid den tunga punkten). För skrivarbetsbelastningar håller Priority Host produktionsprestanda i centrum: PERC13 är snabbare vid den lägsta belastningen (7.80 jämfört med 5.67 min/TiB), men under den tyngsta skrivbelastningen sträcker sig dess återuppbyggnad till 32.81 min/TiB jämfört med PERC12:s 25.40 min/TiB. Återuppbyggnadstiden förlängs något, men PERC13 ger värden mycket högre skrivbandbredd (62.4 GB/s jämfört med 12.5 GB/s).

Återuppbyggnadshastighet – (Prioritetsvärd) (RAID5)

Scenario	Dubbel PERC 12 (2 × RAID5)		Dubbel PERC 13 (2 × RAID5)
	Min/TiB	Total bandbredd	Min/TiB	Total bandbredd
Sekventiell läsning – Lätt aktivitet	11.23	0.125 GB / s	6.70	0.125 GB / s
Sekventiell läsning – Tung aktivitet	38.44	24.1 GB / s	19.75	46 GB / s
Sekventiell skrivning – Lätt aktivitet	7.80	0.125 GB / s	5.67	0.125 GB / s
Sekventiell skrivning – Tung aktivitet	25.40	12.5 GB / s	32.81	62.4 GB / s

Ur ett driftsättningsperspektiv är valet enkelt. När du behöver minimera sårbarhetsfönstret och kan tolerera viss I/O-nedprioritering, förkortar Rebuild Priority på PERC13 återuppbyggnadstiderna, särskilt för scenarier med hög läsfrekvens. När det inte är möjligt att bibehålla applikationens svarstid gör Priority Host just det; PERC13 utmärker sig fortfarande för återuppbyggnader med hög läsfrekvens, medan perioder med hög skrivfrekvens kan motivera schemaläggning eller måttlig begränsning om den absoluta återuppbyggnadstiden är ett problem.

Slutsats

Dell PERC H975i etablerar hårdvaru-RAID som en övertygande lösning för NVMe-centrerade företagsdatacenter. Medan JBOD- och programvaru-RAID-implementeringar har vunnit fotfäste i skalbara miljöer, introducerar dessa metoder driftskomplexitet, CPU-overhead och förlängda återställningstider vid hårddiskfel. H975i levererar specialbyggd hårdvaruacceleration med dedikerade paritetsmotorer, accelererade återuppbyggnadsoperationer och integrerade hanteringsfunktioner i Dells infrastrukturstack.

För arbetsbelastningar inom AI och maskininlärning som kräver konsekventa dataflödesegenskaper, minimal latensvariation och maximal driftsäkerhet, levererar hårdvaruhanterade RAID-arkitekturer både beräkningsprestanda och driftstabilitet utan att förbruka kritiska värdbehandlingsresurser.

Prestandatester validerar de arkitektoniska förbättringarna, där H975i levererar 88 % högre sekventiell läsbandbredd och 318 % högre sekventiell skrivbandbredd jämfört med PERC12-generationen. Toppmätningar på 103 GB/s dataflöde och 25.2 miljoner IOPS visar kontrollerns kapacitet för dataintensiva arbetsbelastningar. Dessutom minskade återuppbyggnadstiderna från över 80 minuter per terabyte till så lite som 10 minuter per terabyte, samtidigt som prestandanivåerna nära produktionen bibehölls under återställningsåtgärderna.

H975is PCIe Gen5 x16-gränssnitt och frontintegrerade design stöder täta GPU-distributioner utan lagringskonkurrens, vilket möjliggör förutsägbar prestandaskalning i konfigurationer med flera acceleratorer. Med många PowerEdge-servrar som erbjuder både H965i- och H975i-RAID-kontroller, råder det ingen tvekan om att organisationer som utnyttjar nya arbetsbelastningar bör välja det nyare erbjudandet. Om du distribuerar AI-infrastruktur i stor skala, tillhandahåller H975i den lagringsgrund med hög bandbredd och låg latens som krävs för att maximera utnyttjandet av beräkningsresurser.

Dell PERC Infohub

Dell PERC13 användarhandbok