Maximice los SSD NVMe con Pliops Extreme Data Processor (XDP)

Los diseños de servidores modernos están aprovechando un mundo en expansión de tarjetas aceleradoras para habilitar capacidades nuevas o mejoradas. Si bien muchos van directamente a las GPU cuando piensan en la aceleración, hay una nueva generación de procesadores que no solo abordan el rendimiento, sino también la protección de datos y la economía. El procesador de datos extremo Pliops (XDP) es uno de estos aceleradores, que ayuda a los clientes a aprovechar la combinación única de rendimiento, capacidad y economía gracias a los SSD empresariales basados ​​en QLC.

Los diseños de servidores modernos están aprovechando un mundo en expansión de tarjetas aceleradoras para habilitar capacidades nuevas o mejoradas. Si bien muchos van directamente a las GPU cuando piensan en la aceleración, hay una nueva generación de procesadores que no solo abordan el rendimiento, sino también la protección de datos y la economía. El procesador de datos extremo Pliops (XDP) es uno de estos aceleradores, que ayuda a los clientes a aprovechar la combinación única de rendimiento, capacidad y economía gracias a los SSD empresariales basados ​​en QLC.

Una breve visión sobre el impacto de Flash en el centro de datos

Los SSD NVMe afectaron significativamente el rendimiento del servidor y el almacenamiento, especialmente cuando alcanzaron velocidades Gen4. Sin embargo, estas ganancias ejercen presión sobre otras partes del sistema, lo que significa que las arquitecturas de tarjetas RAID tradicionales se estaban interponiendo en el camino. El juego de almacenamiento flash volvió a cambiar con la introducción de QLC flash. Se necesitan nuevas soluciones para que los servidores aprovechen de manera efectiva estas tecnologías modernas.

Intel, ahora Solidigm, fue el primero en comercializar un SSD QLC de alta calidad. El Solidigmo P5316 es el estándar ahora de facto cuando se trata de SSD empresariales asequibles y de alta capacidad. Pasamos mucho tiempo con estas unidades en el pasado, no solo en nuestras revisiones, sino también en implementaciones empresariales y en la nube que pueden hacer un uso adecuado de las unidades.

¿Qué entendemos por uso adecuado? Bueno, los SSD QLC son tradicionalmente muy buenos en lo que respecta al rendimiento de lectura, pero al escribir en las unidades, los sistemas deben ser un poco más inteligentes. En nuestra revisión de P5316, hablamos un poco sobre un término llamado unidad de direccionamiento indirecto (UI). Este es más o menos el tamaño de bloque en el que se desea escribir una unidad. Con el P5316, su IU es de 64K. Si bien puede escribir en bloques de 4K en la unidad, es tremendamente ineficiente en términos de rendimiento y amplificación de escritura.

Sumergirse en las minucias de SSD es importante para comprender al menos una de las razones clave por las que existe Pliops XDP. En un aspecto, actúa como una tarjeta RAID para el servidor agregando y administrando los SSD. El XDP también está respaldado por DRAM integrada y protección de energía para que pueda fusionar las escrituras que ingresan a las unidades para garantizar un rendimiento y una utilización de la capacidad mejores que el software RAID.

Demanda de dispositivos IoT en aplicaciones

La recopilación de datos sigue creciendo a un ritmo increíble. El requisito de tener esos datos y las aplicaciones asociadas fácilmente disponibles es aún más evidente, de manera espectacular con la importancia de recopilar información en el perímetro y el desarrollo de aplicaciones de IA/ML.

Las empresas adoptan por completo la tecnología SSD, dado el continuo crecimiento de la capacidad y, al mismo tiempo, se vuelven aún más rentables. Existe una amplia adopción de unidades NVMe que pueden ejecutarse más de 1,000 veces más rápido que las unidades de disco duro (HDD). Los centros de datos están implementando redes que ejecutan 400 Gbps para mantenerse al día con estos dispositivos de almacenamiento, mientras que los protocolos eficientes como NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) superan los límites de los sistemas y las infraestructuras.

Las aplicaciones también se han vuelto más eficientes con las demandas de dispositivos IoT que continúan creciendo a un ritmo sin precedentes. Más servidores, almacenamiento y conmutadores agregan complejidad a un entorno ya complejo. Y no olvidemos la importancia de hacer una copia de seguridad de todos estos datos de manera eficiente y segura.

Parecería que la instalación de SSD NVMe resolvería los problemas de rendimiento que enfrentan las empresas hoy en día. Pero, esos SSD NVMe no se están utilizando de manera efectiva. La Ley de Moore se está quedando atrás con el rendimiento de la CPU a un ritmo que se duplicará cada 20 años en lugar de cada dos años. Agregar más núcleos no soluciona el problema del rendimiento, ya que esos núcleos comparten la misma memoria y E/S. Al agregar más servidores, el viejo adagio de que más es mejor funcionaría, pero es una solución muy costosa y no es buena para el medio ambiente.

Con todos estos datos almacenados en estos SSD de alta velocidad, se ha convertido en una pesadilla procesar y administrar la sobrecarga de la CPU con tareas de almacenamiento computacionalmente intensivas. Los servidores no pueden mantenerse al día con las demandas de la comunidad de usuarios ni con la necesidad de brindar una protección confiable en caso de que falle una unidad, especialmente cuando se trata de un mayor rendimiento y capacidad.

El procesador de datos extremo Pliops (XDP) puede proporcionar la solución a muchas de las demandas de rendimiento para el almacenamiento y la protección basados ​​en SSD. Pliops XDP es el nuevo punto de referencia para la aceleración de aplicaciones, lo que aumenta la eficacia de las inversiones en infraestructura de su centro de datos.

Así como las GPU superan las ineficiencias de procesamiento para acelerar el rendimiento analítico y de inteligencia artificial, Pliops XDP supera las ineficiencias de almacenamiento para acelerar enormemente el rendimiento y reducir drásticamente los costos de infraestructura para las aplicaciones modernas de hoy. El Pliops XDP simplifica la forma en que se procesan los datos y se administra el almacenamiento SSD. Entregado en una tarjeta PCIe HHHL (mitad de altura, mitad de longitud) fácil de implementar, Pliops XDP aumenta radicalmente el rendimiento, la confiabilidad, la capacidad y la eficiencia en un conjunto diverso de cargas de trabajo intensivas en datos.

Arquitectura de procesador de datos extremo Pliops

El Pliops XDP se ha diseñado con dos interfaces para que los hosts accedan a él, la clave para ofrecer un mayor rendimiento.
La primera es una interfaz de bloque estándar, que tiene la adopción más amplia, con el XDP luciendo como cualquier dispositivo de almacenamiento en el sistema. Una vez que se instala el XDP, simplemente aparece.

La segunda interfaz de host es la API de biblioteca de valores clave compatible con RocksDB. Hay un estándar NVMe-KV emergente que también es compatible. Esta interfaz es la forma más eficiente para que las aplicaciones tengan acceso directo a XDP y obtengan un rendimiento aún mayor. El XDP trata los bloques como un tipo especial de par clave-valor, por lo que todo se ejecuta en el motor de la misma manera.

El rendimiento superior en Pliops XDP se puede atribuir a la realización de la mayoría de las funciones en el hardware. La compresión de velocidad de línea se realiza utilizando un motor acelerado por hardware rápido y eficiente. El motor de almacenamiento de clave-valor también está basado en hardware. Pliops compara esto con RocksDB en un chip. El motor de clave-valor es el verdadero caballo de batalla de XDP, ya que realiza gran parte de la magia para brindar beneficios de rendimiento reales.

En pocas palabras, cuando se comprime un bloque, crea un objeto de tamaño arbitrario. Flash tiene tamaños de bloque fijos, por lo que esto presentaría problemas relacionados con la gestión de la capacidad. Esto se soluciona fusionando bloques comprimidos, empaquetándolos todos juntos, clasificándolos e indexándolos para una recuperación rápida y luego la recolección de elementos no utilizados. A medida que se realizan las actualizaciones, los bloques se desempaquetan y el proceso comienza de nuevo. Esto es lo que impulsa la amplificación de escritura, la amplificación de lectura y la amplificación de espacio en las soluciones basadas en software. Desde la perspectiva de la CPU, el host hace concesiones para no consumir toda la potencia de procesamiento.

Pliops ha implementado estructuras de datos y algoritmos extremadamente eficientes que son computacionalmente intensivos. Por ejemplo, XDP ofrece el equivalente a quinientos Xeon Gold Cores of RocksDB.

Fiabilidad

Las soluciones tradicionales de protección de datos requieren compensaciones tanto en rendimiento como en capacidad. Pero Pliops XDP elimina
estas ventajas y desventajas con la protección avanzada contra fallas de la unidad que mantiene la disponibilidad de datos constante y elimina
pérdida de datos y tiempo de inactividad. XDP es compatible con múltiples fallas de una sola unidad y tiene capacidad activa virtual (VHC), lo que elimina la necesidad de un repuesto dinámico. Debido a que XDP administra los datos, solo se reconstruyen los datos reales, a diferencia de las soluciones basadas en RAID. En otras palabras, los usuarios obtienen protección de datos a la velocidad del flash con CERO penalización de rendimiento.

En el caso de una pérdida repentina de energía, XDP conserva los metadatos y los datos de los usuarios en tránsito al vaciarlos automáticamente en la memoria no volátil. La recuperación es automática y comienza inmediatamente cuando se restablece la energía utilizando la capacidad VHC disponible sin reducir la capacidad utilizable.

Capacidad

Pliops XDP es compatible con todas las tecnologías flash de comando, TLC, QLC, Intel Optane y SSD de cualquier proveedor. La compresión en línea de XDP implementa múltiples motores para evitar cuellos de botella, lo que libera a la CPU de esta carga. La compresión, la sobrecarga mínima de protección contra fallas de la unidad y la utilización casi completa de la unidad (95 %) amplían la capacidad utilizable hasta 6 veces. Este aumento en la capacidad utilizable ofrece una reducción sustancial en el costo/TB.

Los SSD tienen una resistencia finita, lo que se traduce en la cantidad de datos que se pueden escribir y borrar antes de que el dispositivo se desgaste y ya no pueda almacenar datos de forma segura. A medida que la industria adopta SSD QLC y más, el nivel de resistencia disminuye. Dado que XDP transforma todas las escrituras aleatorias en secuenciales, elimina este problema, lo que da como resultado una resistencia hasta 7 veces mayor.

Cabe señalar que, a partir de hoy, Pliops XDP admite 128 TB de datos de usuario por tarjeta. Para casos de uso en los que se necesita más almacenamiento, es posible aprovechar varias tarjetas XDP dentro de un sistema host.

Eficiencia

Compacto pero potente, XDP aprovecha al máximo la huella de la infraestructura existente para mantenerse al día con el crecimiento de los datos organizacionales y la adopción de aplicaciones. Además, es fácil de implementar en todo un centro de datos. Pliops XDP puede ofrecer hasta un 80 % más de rentabilidad en una variedad de cargas de trabajo.

Actualmente, Pliops aprovecha una interfaz CLI para la instalación de su software XDP.

La interfaz es sencilla y al grano. Es fácil configurar XDP y navegar por el estado del arreglo si surge la necesidad.

Características avanzadas

Las características avanzadas de Pliops XDP incluyen:

• Dispositivo de bloque estándar con un rendimiento alto y constante
• Drive Fail Protection (DFP) protege contra múltiples fallas de unidades individuales
• Amplía la capacidad utilizable con compresión, gran capacidad de llenado de la unidad y mínima sobrecarga de DFP
• Virtual Hot Capacity elimina la necesidad de un repuesto dinámico dedicado
• El amplificador de escritura reducido extiende la vida útil de los SSD TLC y QLC
• Recuperación rápida al reconstruir solo los datos del usuario a la capacidad activa virtual asignada
• Tasa de reconstrucción configurable por el usuario para equilibrar el rendimiento
• Protección total de datos y metadatos en caso de apagado repentino
• Equilibra el aprovisionamiento excesivo y mejora el rendimiento

Pliops XDP ofrece todo el potencial del almacenamiento flash al permitir que las aplicaciones empresariales y en la nube accedan a los datos hasta 1,000 veces más rápido, usando solo una fracción de la carga y potencia computacional tradicionales.

Especificaciones del procesador de datos Pliops Extreme

Desempeno

Pliops XDP ayudará a lograr un rendimiento mejorado hasta 10 veces más alto para bases de datos, análisis, IA/ML y más.
Las innovadoras estructuras de datos y los algoritmos ofrecen el equivalente a cientos de núcleos de software host. XDP aparece como un dispositivo de bloque en el sistema y acelera cualquier aplicación. Con bases de datos como MySQL, MongoDB y Cassandra, Pliops XDP ofrece una mayor densidad de instancias al tiempo que reduce la latencia para bases de datos como MySQL, MongoDB y Cassandra.

Probamos el rendimiento de Pliops XDP en nuestro laboratorio dentro de un Dell PowerEdge R750 y cuatro SSD QLC Solidigm P5316 de 30.72 TB. Comparamos el rendimiento del software RAID0 usando mdadm contra el XDP con una configuración RAID5, ambos usando un tamaño de fragmento de 64K. Esto puso más trabajo en la tarjeta XDP y tenía como objetivo mostrar la configuración de software RAID de mayor rendimiento. El mdadm es un comando que se utiliza para construir, administrar y monitorear dispositivos Linux md (también conocidos como arreglos RAID). Tenga en cuenta que mdadm no está preinstalado en los sistemas Linux.

Para el preacondicionamiento, se realizaron tres rellenos de escritura secuencial de 128 K y 10 TB antes de medir el rendimiento de lectura y escritura secuencial. Para las pruebas aleatorias de lectura y escritura, se realizaron tres rellenos aleatorios de 128K y 10 TB. Luego, las pruebas en sí se probaron con una huella de 10 TB para múltiples profundidades de cola en múltiples tamaños de bloque, con cada intervalo de 120 segundos.

Con transferencias 4K aleatorias, el Pliops XDP quedó ligeramente por debajo del software RAID0, midiendo 2.6 millones de IOPS en comparación con 3.7 millones de IOPS. Sin embargo, al observar el rendimiento de escritura aleatoria, hubo una ganancia masiva del 832 %, al pasar de SW RAID0 con 135 1.3 IOPS a la increíble cantidad de 8 millones de IOPS de XDP. Tanto las cargas de trabajo de lectura aleatoria como las de escritura aleatoria se probaron a un nivel de 128 subprocesos/XNUMX colas.

 

Al aumentar el tamaño de bloque a 16K, el Pliops XDP fue capaz de liderar los números RAID0 del software en cargas de trabajo de lectura y escritura. Medimos 16 1.9 lecturas aleatorias de 1.7 millones de IOPS de XDP frente a 0 millones de IOPS de SW RAID16. En escritura aleatoria de 370 131, la diferencia fue de 0 8 IOPS de XDP a 128 XNUMX IOPS de SW RAIDXNUMX. Tanto las cargas de trabajo de lectura aleatoria como las de escritura aleatoria se probaron a un nivel de XNUMX subprocesos/XNUMX colas.

 

Con una mezcla de actividades aleatorias de lectura y escritura juntas, trabajamos a través de los tamaños de transferencia de 4K a 16K tamaños de bloque. En general, Pliops XDP obtuvo enormes ganancias. En 4K 70/30 ofrece una enorme ganancia del 561 %, midiendo de 2.8 millones de IOPS a 422 0 IOPS desde SW RAID8. En el tamaño de bloque de 348K, las ganancias fueron ligeramente inferiores al 1.9 %, con una medición de 428 millones de IOPS a 0 16 IOPS en SW RAID157. Con el tamaño de transferencia de 0K, la brecha se redujo, pero aún tuvo una gran mejora del 1.1 % con respecto a SW RAID427. Aquí medimos 0 millones de IOPS de XDP frente a XNUMX XNUMX IOPS de SW RAIDXNUMX.

 

Mientras que las cargas de trabajo anteriores se centraron en transferencias aleatorias, nuestra prueba final se centra en las velocidades de transferencia secuencial de bloques grandes. Aquí, Pliops XDP continuó mostrando ganancias sustanciales, especialmente en el rendimiento de escritura. Comenzando con el ancho de banda de lectura, medimos 48 GB/s de XDP en comparación con 27 GB/s de SW RAID0. En escritura, el XDP tenía una ventaja del 184 % con 6.3 GB/s en comparación con los 2.2 GB de SW RAID0.

 

Si bien el rendimiento en condiciones óptimas siempre es el punto fuerte de cualquier plataforma de almacenamiento, comprender cuánto tardan las actividades de reconstrucción es un punto de datos importante a medida que aumentan las capacidades de las unidades. Con nuestra matriz XDP de 4 unidades que utiliza SSD Solidigm P5316 de 30.72 TB, simulamos una falla de la unidad y la reconstruimos. El proceso de reconstrucción tomó 450 minutos con el tráfico de fondo aplicado. Al utilizar FIO para impulsar una carga de trabajo de 8K 70/30 con 905 MB/s de tráfico combinado, la velocidad de reconstrucción del arreglo aún mantuvo un ritmo de reconstrucción de 14.65 min/TB.

Reflexiones Finales:

Los SSD QLC empresariales modernos, como el Solidigm P5316 utilizado en esta prueba, tienen el potencial de ofrecer una excelente combinación de rendimiento y capacidad. Sin embargo, las infraestructuras modernas requieren nuevas herramientas para administrar flash. Las tarjetas RAID de antaño son engorrosas, mientras que el software básico RAID deja mucho rendimiento sobre la mesa. Esta realidad ha abierto la puerta a soluciones creativas como el procesador de datos Pliops Extreme.

Nos propusimos evaluar el rendimiento del acelerador XDP en comparación con el software RAID. Colocamos cuatro P30.72 de 5316 TB en un Dell PowerEdge R750, comparando el rendimiento de Pliops XDP con el software RAID. Además, le dimos un arranque al software RAID, configurándolo en RAID0, mientras que el XDP se configuró en RAID5.

Echando un vistazo rápido a los resultados, vimos grandes ganancias en todos los ámbitos. Con el rendimiento de escritura aleatoria de 4K, en particular, vimos una mejora del 832 %, aunque el rendimiento de lectura en el tamaño de bloque de 4K se vio afectado. Sin embargo, al aumentar el tamaño del bloque, Pliops XDP mostró su fortaleza en escenarios de transferencia secuencial y aleatoria. Incluso en nuestra carga de trabajo mixta aleatoria con una división de lectura/escritura de 70/30, Pliops XDP tuvo mejoras del 560 % al 156 % de tamaños de transferencia de 4K a 16K sobre SW RAID0.

En general, la tarjeta Pliops es fácil de poner en funcionamiento. Por mucho que nos guste trabajar con los SSD QLC de alta capacidad, a veces es difícil encontrar sistemas que puedan aprovechar correctamente los medios. Con el procesador de datos Pliops Extreme, toda la matemática cambia cuando se trata del rendimiento del servidor en función del costo por terabyte. También es bastante fácil probarlo usted mismo; haga clic en el enlace a continuación para comenzar con un PoC.

Pliops XDP – Solicitar una demostración

Infografía de pliops

Pliops patrocina este informe. Todos los puntos de vista y opiniones expresados ​​en este informe se basan en nuestra visión imparcial de los productos bajo consideración.

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