La compatibilidad con Graid SupremeRAID Gen5 permite que los SSD vuelen

Hemos analizado la tarjeta y el software Graid SupremeRAID varias veces y siempre estamos impresionados con el rendimiento de almacenamiento extremo que permite Graid. Tanto el hardware como el software RAID tradicionales dejan mucho que desear en términos de rendimiento, lo que abre la puerta para que Graid presente una mejor trampa para ratones. Ahora que los SSD Gen5 se envían en grandes cantidades, armamos un servidor bien equipado para ver qué es posible cuando se deja volar el flash.

Hemos analizado la tarjeta y el software Graid SupremeRAID varias veces y siempre estamos impresionados con el rendimiento de almacenamiento extremo que permite Graid. Tanto el hardware como el software RAID tradicionales dejan mucho que desear en términos de rendimiento, lo que abre la puerta para que Graid presente una mejor trampa para ratones. Ahora que los SSD Gen5 se envían en grandes cantidades, armamos un servidor bien equipado para ver qué es posible cuando se deja volar el flash.

¿Por qué Graid SupremeRAID frente a Hardware RAID?

La solución Graid consta de dos elementos centrales: una GPU y una pila de almacenamiento definido por software (SDS). Al igual que una tarjeta RAID, la GPU elimina la mayoría de las tareas de administración de unidades y protección de datos de la CPU, liberándola para ejecutar aplicaciones. Sin embargo, a diferencia de una tarjeta RAID, SupremeRAID es mucho más eficiente. Dirige las unidades directamente a través del BUS PCIe sin necesidad de cableado adicional ni configuraciones complicadas del chasis. Y debido a que la GPU es más dinámica que el ASIC de una tarjeta RAID, la escala del rendimiento con Graid mejora enormemente.

La ventaja de escalamiento es inmediatamente evidente cuando se observa dónde ocurren los cuellos de botella dentro de un servidor. Las tarjetas RAID actuales están limitadas a Gen4, que alcanza un máximo de 28 GB/s. Cuatro SSD Gen4 decentes pueden saturar una sola tarjeta RAID. El sistema necesitaría varias tarjetas RAID para aprovechar todas las unidades de un servidor de 24 bahías. Por otro lado, SupremeRAID puede admitir 32 unidades en un solo sistema y no tiene ninguna de las limitaciones de ancho de banda de la ranura PCIe.

Los problemas de rendimiento del RAID de hardware se agravan aún más con cada salto generacional en la interfaz. Para admitir SSD Gen5, se requiere un nuevo hardware RAID ASIC. Pero incluso entonces, el RAID de hardware sufrirá el mismo problema de escala mencionado anteriormente. La GPU SupremeRAID usa una interfaz Gen4 hoy en día y, para ser justos, eso es solo un problema de Intel/AMD/NVIDIA por ahora. Pero eso no le impide liberar el rendimiento de las unidades Gen5. Eso significa niveles de rendimiento de hasta 260 GB/s y 28 M IOPS. Cuando las GPU Gen5 lleguen al mercado, Graid podrá mejorar aún más las cifras de IOPS.

Una última nota sobre la GPU Graid: hoy en día, la mayoría de sus implementaciones están en el SR-1010 producto, que aprovecha una GPU NVIDIA A2000. Mencionamos esto para señalar que Graid no requiere una GPU costosa o difícil de encontrar para SupremeRAID, ni necesita usar una con alimentación externa. Si, por alguna razón, un usuario prefiere una tarjeta alternativa, el software de Graid se ejecuta en casi cualquier silicio NVIDIA que hayamos probado en un A2 en nuestro laboratorio con excelentes resultados. En cualquier caso, la GPU es fácil de instalar y no requiere batería adicional.

¿Por qué Graid SupremeRAID frente a Software RAID?

El software RAID ha cobrado impulso en los últimos años debido al costo, la complejidad y el rendimiento moderado de las primeras tarjetas NVMe RAID. Somos culpables de implementar Windows Storage Spaces, Linux MD o ZFS RAIDZ cuando necesitamos una forma rápida y sencilla de agrupar los SSD NVMe y ponerlos en línea. Pero como ocurre con cualquier software de almacenamiento que no utiliza aceleración de hardware, tiene un coste. La CPU del host debe ejecutar la administración de la unidad y la protección de datos, quitando ciclos a las aplicaciones. La oferta basada en GPU de Graid no tiene esta limitación, lo que garantiza el mejor rendimiento posible tanto para el almacenamiento como para las aplicaciones en el servidor.

Además, con el software RAID, la selección del sistema operativo limita las opciones. Graid se ejecuta en casi cualquier cosa, incluidas más de media docena de distribuciones de Linux y Windows. Para ser justos, Graid es un poco más pesado para volverse operativo que el software RAID; Se debe instalar una GPU en el sistema y podría decirse que el esfuerzo adicional es insignificante. Sin embargo, los rendimientos son sorprendentes, como verá a continuación. Estamos hablando de un orden de magnitud con SupremeRAID sobre RAID por software.

Rendimiento Graid SupremeRAID Gen5

Para esta prueba, armamos un servidor Supermicro AS-2125HS-TNR con dos CPU AMD EPYC 9654, 384 GB de DRAM y 24 CPU de 3.84 TB. SSD CM7-R Gen5 de KIOXIA.

Configuramos las unidades en una configuración RAID5 tanto para SW RAID como para Graid. Para el tamaño de la franja, utilizamos una franja de 4K para Graid, con fragmentos de 4K, 64K y 512K para mdadm. Se requería que el tamaño de fragmento variable para RAID de software mostrara velocidades máximas de transferencia de 4K en una configuración optimizada y un ancho de banda máximo de bloques grandes en su mejor momento. Esto no era tan importante para Graid, que manejaba los diferentes tamaños de bloques sin perjudicar el rendimiento.

• Servidor: Supermicro AS-2125HS-TNR
• CPU: 2 procesadores AMD EPYC 9654 de 96 núcleos x 2
• Memoria: 24 x Samsung M321R2GA3BB6-CQKVS DDR5 4800 MT/s 16GB x 24
• Unidad NVMe: 24 x KIOXIA CM7-R 3.84T KCMY1RUG3T84 x 24
• Controlador RAID: SupremeRAID SR-1010
• SupremeRAID Driver: 1.5.0-659.g10e76f72.010
• Sistema operativo Linux: Ubuntu 22.04.1 LTS

Comparar el rendimiento del software RAID y Graid fue bastante revelador. En términos de ancho de banda máximo, terminamos aumentando el tamaño del fragmento mdadm durante esta evaluación de 4K a 64K y 512K ya que, en 4K, el ancho de banda de lectura máximo era bajo. Mdadm no fue excelente en general, pero la velocidad de lectura secuencial más alta fue en el tamaño de fragmento de 64K, que midió 279 GB/s, igualando la velocidad de la configuración Graid HW RAID. El rendimiento de escritura secuencial para SW RAID alcanzó un máximo de 3.51 GB/s en un tamaño de fragmento de 64 K, aunque eso no fue nada comparado con Graid, que midió 148 GB/s.

Pasando a una transferencia de escritura aleatoria de bloques grandes de 64K, SW RAID osciló entre 627 MB/s y 822 MB/s, mientras que Graid lo superó, midiendo 30.2 GB/s.

En el área final, analizando velocidades de transferencia aleatorias de 4K, medimos el mayor rendimiento de SW RAID en un tamaño de fragmento de 4K, midiendo 5.6 millones de IOPS a 1.1 ms. Graid obtuvo unos impresionantes 28.5 millones de IOPS en esta misma prueba. La velocidad de escritura 4K obtuvo su mejor rendimiento SW RAID con el fragmento de 64K, midiendo 205k IOPS a 15.01 ms, en comparación con Graid con 2.02 M IOPS a 1.52 ms.

Conclusión

Hemos trabajado prácticamente con todos los tipos de RAID modernos, desde tarjetas de hardware dedicadas hasta diversas soluciones basadas en software. También hemos probado la solución Graid muchas veces en tres GPU diferentes y una variedad de tipos de medios SSD e interfaces NVMe. Para ser justos, muchos conjuntos de datos, como respaldo y recuperación, grandes lagos de datos, recursos compartidos de archivos y muchos otros que no tienen un requisito de rendimiento importante, estarían perfectamente satisfechos con cualquiera de estas soluciones. Pero si una aplicación necesita acceso completo al flash subyacente, Graid está jugando en otro nivel.

Si bien la mayoría de los clientes miran el hardware NVMe y asumen que el rendimiento será excelente pase lo que pase, es importante comprender cómo funcionarán esos sistemas una vez que se combinen las unidades y luego agregar una capa RAID encima. En un entorno Linux, el software RAID realmente está mostrando sus limitaciones para mantenerse al día con los dispositivos NVMe, especialmente los SSD Gen5.

Si bien el rendimiento de las unidades individuales es sólido, no todas las soluciones RAID se adaptan mejor. Al comparar configuraciones optimizadas entre sí, Graid ofreció un ancho de banda superior a 279 GB/s de lectura y 148 GB/s de escritura en 24 SSD KIOXIA CM7-R Gen5, mientras que SW RAID logró 279 GB/s de lectura y 3.51 GB/s de escritura. En transferencias aleatorias 4K, vimos una increíble lectura de 28.5 M IOPS y escritura de 2.02 M IOPS desde Graid, con SW RAID que ofrece solo 5.6 M IOPS de lectura y 205 k IOPS de escritura. SW RAID puede ser "lo suficientemente rápido" para algunos entornos, pero apenas se compara con SupremeRAID de Graid para aquellos que exigen los niveles de rendimiento más altos posibles.

Para maximizar el rendimiento de las SSD NVMe en un solo host como este, no hemos visto nada en el mercado que pueda igualar la solución Graid SupremeRAID Gen5. Es fantástico, y en esta prueba, estamos haciendo el trabajo en una GPU NVIDIA A2000 económica. Cualquier organización que busque maximizar su inversión en flash Gen5 haría bien en realizar una PoC de Graid para ver el impacto que puede tener su tecnología.

Página del producto SupremeRAID

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