Massimizza gli SSD NVMe con Pliops Extreme Data Processor (XDP)

I moderni design dei server sfruttano il mondo in espansione delle schede acceleratrici per abilitare funzionalità nuove o migliorate. Mentre molti si rivolgono direttamente alle GPU quando pensano all’accelerazione, esiste una nuova generazione di processori che non si concentra solo sulle prestazioni ma anche sulla protezione dei dati e sull’economia. Pliops Extreme Data Processor (XDP) è uno di questi acceleratori e aiuta i clienti a sfruttare la combinazione unica di prestazioni, capacità ed economia grazie agli SSD aziendali basati su QLC.

I moderni design dei server sfruttano il mondo in espansione delle schede acceleratrici per abilitare funzionalità nuove o migliorate. Mentre molti si rivolgono direttamente alle GPU quando pensano all’accelerazione, esiste una nuova generazione di processori che non si concentra solo sulle prestazioni ma anche sulla protezione dei dati e sull’economia. Pliops Extreme Data Processor (XDP) è uno di questi acceleratori e aiuta i clienti a sfruttare la combinazione unica di prestazioni, capacità ed economia grazie agli SSD aziendali basati su QLC.

Una breve visione sull'impatto di Flash nel data center

Gli SSD NVMe hanno avuto un impatto significativo sulle prestazioni del server e dello storage, soprattutto quando hanno raggiunto velocità Gen4. Questi miglioramenti, però, mettono sotto stress altre parti del sistema, il che significa che le tradizionali architetture delle schede RAID si sono messe in mezzo. Il gioco dell'archiviazione flash è cambiato di nuovo con l'introduzione del flash QLC. Sono necessarie nuove soluzioni affinché i server possano sfruttare in modo efficace queste moderne tecnologie.

Intel, ora Solidigm, è stata la prima a commercializzare un SSD QLC di alta qualità. IL Solidig P5316 è ormai lo standard di fatto quando si tratta di SSD aziendali ad alta capacità e convenienti. Abbiamo trascorso molto tempo con queste unità in passato, non solo nelle nostre recensioni, ma in implementazioni aziendali e cloud in grado di utilizzare correttamente le unità.

Cosa intendiamo per uso corretto? Bene, gli SSD QLC sono tradizionalmente molto buoni quando si tratta di prestazioni di lettura, ma quando si scrivono sulle unità, i sistemi devono essere un po' più intelligenti. Nella nostra recensione del P5316, abbiamo parlato un po' del termine chiamato unità indiretta (IU). Questa è più o meno la dimensione del blocco su cui si desidera scrivere un'unità. Con il P5316, la sua IU è 64K. Sebbene sia possibile scrivere in blocchi da 4K sull'unità, è estremamente inefficiente in termini di prestazioni e amplificazione della scrittura.

Immergersi nei dettagli dell'SSD è importante per comprendere almeno uno dei motivi principali per cui esiste Pliops XDP. Da un lato funge da scheda RAID per il server aggregando e gestendo gli SSD. L'XDP è inoltre supportato da DRAM integrata e protezione dell'alimentazione in modo che possa unire le scritture in entrata nelle unità per garantire prestazioni e utilizzo della capacità migliori rispetto al RAID software.

Domanda di dispositivi IoT sulle applicazioni

La raccolta dei dati continua a crescere a un ritmo incredibile. L’esigenza di avere i dati e le applicazioni associate prontamente disponibili è ancora più evidente, soprattutto considerando l’importanza della raccolta di insight all’edge e dello sviluppo di applicazioni AI/ML.

Le aziende abbracciano pienamente la tecnologia SSD, data la continua crescita della capacità e allo stesso tempo diventando ancora più convenienti. Esiste un'ampia adozione di unità NVMe che sono in grado di funzionare più di 1,000 volte più velocemente delle unità disco rigido (HDD). I data center stanno implementando reti a 400 Gbps per stare al passo con questi dispositivi di storage, mentre protocolli efficienti come NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) spingono i limiti dei sistemi e delle infrastrutture.

Anche le applicazioni sono diventate più efficienti con la domanda di dispositivi IoT che continua a crescere a ritmi senza precedenti. Più server, storage e switch aggiungono complessità a un ambiente già complesso. E non dimentichiamo l’importanza di eseguire il backup di tutti questi dati in modo efficiente e sicuro.

Sembrerebbe che l'installazione di SSD NVMe risolverebbe i problemi di prestazioni che le aziende devono affrontare oggi. Ma questi SSD NVMe non vengono utilizzati in modo efficace. La legge di Moore è in ritardo e le prestazioni della CPU raddoppiano ogni 20 anni invece che ogni due anni. L'aggiunta di più core non risolve il problema delle prestazioni poiché tali core condividono la stessa memoria e I/O. Aggiungendo più server, il vecchio adagio secondo cui più è meglio funzionerebbe, ma è una soluzione molto costosa e non buona per l'ambiente.

Con tutti questi dati archiviati su questi SSD ad alta velocità, è diventato un incubo elaborare e gestire il sovraccarico della CPU con attività di archiviazione ad alta intensità di calcolo. I server non riescono a tenere il passo con le richieste della comunità di utenti né con la necessità di fornire una protezione affidabile in caso di guasto dell'unità, soprattutto quando si tratta di prestazioni e capacità più elevate.

Il Pliops Extreme Data Processor (XDP) può fornire la soluzione a molte delle richieste di prestazioni per l'archiviazione e la protezione basate su SSD. Pliops XDP è il nuovo punto di riferimento per l'accelerazione delle applicazioni, aumentando l'efficacia degli investimenti nell'infrastruttura del data center.

Proprio come le GPU superano le inefficienze di elaborazione per accelerare le prestazioni di intelligenza artificiale e analisi, Pliops XDP supera le inefficienze di storage per accelerare enormemente le prestazioni e ridurre drasticamente i costi infrastrutturali per le moderne applicazioni di oggi. Pliops XDP semplifica il modo in cui vengono elaborati i dati e viene gestita l'archiviazione SSD. Fornito su una scheda PCIe HHHL (mezza altezza, metà lunghezza) facile da implementare, Pliops XDP aumenta radicalmente prestazioni, affidabilità, capacità ed efficienza in una serie diversificata di carichi di lavoro ad alta intensità di dati.

Architettura del processore dati Pliops Extreme

Pliops XDP è stato progettato con due interfacce per l'accesso degli host, la chiave per fornire prestazioni più elevate.
La prima è un'interfaccia a blocchi standard, che ha l'adozione più ampia, con l'XDP che assomiglia a qualsiasi dispositivo di archiviazione nel sistema. Una volta installato XDP, viene semplicemente visualizzato.

La seconda interfaccia host è l'API della libreria chiave-valore compatibile con RocksDB. Esiste anche uno standard emergente NVMe-KV supportato. Questa interfaccia rappresenta il modo più efficiente per consentire alle applicazioni di avere accesso diretto a XDP e ottenere prestazioni ancora più elevate. L'XDP tratta i blocchi come un tipo speciale di coppia chiave-valore, quindi tutto viene eseguito attraverso il motore allo stesso modo.

Le prestazioni superiori del Pliops XDP possono essere attribuite all'esecuzione della maggior parte delle funzioni nell'hardware. La compressione della velocità di linea viene eseguita utilizzando un motore con accelerazione hardware veloce ed efficiente. Anche il motore di archiviazione dei valori-chiave è basato su hardware. Pliops lo paragona a RocksDB su un chip. Il motore del valore-chiave è il vero cavallo di battaglia di XDP, poiché esegue gran parte della magia per offrire reali vantaggi in termini di prestazioni.

In poche parole, quando un blocco viene compresso, crea un oggetto di dimensioni arbitrarie. Flash ha dimensioni di blocco fisse, quindi ciò presenterebbe problemi relativi alla gestione della capacità. Questo problema viene risolto unendo i blocchi compressi, comprimendoli tutti insieme, ordinandoli e indicizzandoli per un recupero rapido, quindi effettuando la garbage collection. Man mano che vengono effettuati gli aggiornamenti, i blocchi vengono decompressi e il processo ricomincia. Questo è ciò che guida l'amplificatore di scrittura, lettura e spazio nelle soluzioni basate su software. Dal punto di vista della CPU, l'host scende a compromessi per non consumare tutta la potenza di elaborazione.

Pliops ha implementato algoritmi estremamente efficienti e strutture dati ad alta intensità di calcolo. Ad esempio, XDP offre l'equivalente di cinquecento prestazioni Xeon Gold Core di RocksDB.

L’affidabilità

Le soluzioni tradizionali di protezione dei dati richiedono compromessi sia in termini di prestazioni che di capacità. Ma Pliops XDP elimina
questi compromessi con una protezione avanzata dai guasti dell'unità che mantiene costante la disponibilità dei dati ed elimina
perdita di dati e tempi di inattività. XDP supporta più guasti di singole unità e dispone di capacità hot virtuale (VHC), eliminando la necessità di un hot spare. Poiché XDP gestisce i dati, vengono ricostruiti solo i dati effettivi, a differenza delle soluzioni basate su RAID. In altre parole, gli utenti ottengono la protezione dei dati alla velocità del flash con ZERO penalizzazioni in termini di prestazioni.

In caso di improvvisa interruzione di alimentazione, XDP preserva i metadati e i dati degli utenti in transito scaricandoli automaticamente nella memoria non volatile. Il ripristino è automatico e inizia immediatamente quando viene ripristinata l'alimentazione utilizzando la capacità VHC disponibile senza ridurre la capacità utilizzabile.

Ultra-Grande

Pliops XDP supporta tutte le tecnologie Command Flash, TLC, QLC, Intel Optane e SSD di qualsiasi fornitore. La compressione in linea dell'XDP implementa più motori per evitare colli di bottiglia, liberando la CPU da questo peso. La compressione, il sovraccarico minimo di protezione dai guasti dell'unità e l'utilizzo quasi completo dell'unità (95%) espandono la capacità utilizzabile fino a 6 volte. Questo aumento della capacità utilizzabile comporta una sostanziale riduzione del costo/TB.

Gli SSD hanno una durata finita, che si traduce nella quantità di dati che possono essere scritti e cancellati prima che il dispositivo si consumi e non possa più archiviare i dati in modo sicuro. Man mano che l'industria adotta gli SSD QLC e oltre, il livello di resistenza diminuisce. Poiché XDP trasforma tutte le scritture casuali in sequenziali, elimina questo problema, garantendo una resistenza fino a 7 volte maggiore.

Va notato che ad oggi Pliops XDP supporta 128 TB di dati utente per scheda. Per i casi d'uso in cui è necessario più spazio di archiviazione, è possibile sfruttare più schede XDP all'interno di un sistema host.

EFFICIENZA

Compatto ma potente, XDP sfrutta al meglio l'infrastruttura esistente per tenere il passo con la crescita dei dati organizzativi e l'adozione delle applicazioni. Inoltre, è facile da implementare in un intero data center. Pliops XDP può garantire risparmi fino all'80% migliori su un'ampia gamma di carichi di lavoro.

Attualmente, Pliops sfrutta un'interfaccia CLI per l'installazione del software XDP.

L'interfaccia è semplice e pertinente. È facile configurare XDP e navigare nello stato dell'array in caso di necessità.

Funzioni avanzate

Le funzionalità avanzate di Pliops XDP includono:

• Dispositivo a blocco standard con prestazioni elevate e costanti
• Nessun compromesso Drive Fail Protection (DFP) protegge da guasti multipli di singole unità
• Espande la capacità utilizzabile con compressione, elevato riempimento dell'unità e minimo sovraccarico DFP
• Virtual Hot Capacità elimina la necessità di un hot spare dedicato
• L'amplificatore di scrittura ridotto prolunga la vita utile degli SSD TLC e QLC
• Ripristino rapido ricostruendo solo i dati utente nella Virtual Hot Capacità allocata
• Velocità di ricostruzione configurabile dall'utente per bilanciare le prestazioni
• Protezione totale di dati e metadati in caso di spegnimento improvviso
• Bilancia il provisioning eccessivo e migliora le prestazioni

Pliops XDP offre tutto il potenziale dello storage flash consentendo alle applicazioni aziendali e cloud di accedere ai dati fino a 1,000 volte più velocemente, utilizzando solo una frazione del carico e della potenza di calcolo tradizionali.

Specifiche del processore dati Pliops Extreme

Performance

Pliops XDP contribuirà a ottenere prestazioni migliorate fino a 10 volte superiori per database, analisi, AI/ML e altro ancora.
Le strutture dati e gli algoritmi innovativi forniscono l'equivalente di centinaia di core di software host. XDP appare come un dispositivo a blocchi nel sistema e accelera qualsiasi applicazione. Con database come MySQL, MongoDB e Cassandra, Pliops XDP offre una maggiore densità di istanze riducendo al contempo la latenza per database come MySQL, MongoDB e Cassandra.

Abbiamo testato le prestazioni del Pliops XDP nel nostro laboratorio all'interno di un Dell PowerEdge R750 e quattro SSD QLC Solidigm P5316 da 30.72 TB. Abbiamo confrontato le prestazioni del software RAID0 utilizzando mdadm rispetto a XDP con una configurazione RAID5, entrambi utilizzando una dimensione del blocco di 64 KB. Ciò ha richiesto più lavoro sulla scheda XDP e mirava a mostrare la configurazione con le prestazioni più elevate del RAID software. mdadm è un comando utilizzato per creare, gestire e monitorare i dispositivi md Linux (ovvero gli array RAID). Tieni presente che mdadm non è preinstallato con i sistemi Linux.

Per il precondizionamento, sono stati eseguiti tre riempimenti di scrittura sequenziale da 128 e 10 TB prima di misurare le prestazioni di lettura e scrittura sequenziale. Per i test di lettura e scrittura casuale, sono stati eseguiti tre riempimenti casuali da 128 10 TB. I test stessi sono stati poi testati con un ingombro di 10 TB per più profondità di coda su più dimensioni di blocco, con ciascun intervallo che misurava 120 secondi.

Con trasferimenti 4K casuali, Pliops XDP è arrivato leggermente al di sotto del RAID0 software, misurando 2.6 milioni di IOPS rispetto a 3.7 milioni di IOPS. Osservando le prestazioni in scrittura casuale, tuttavia, si è verificato un enorme guadagno dell'832%, passando da SW RAID0 con 135 IOPS all'enorme 1.3 milioni di IOPS da XDP. Entrambi i carichi di lavoro di lettura e scrittura casuale sono stati testati a un livello di 8 thread/128 code.

 

Aumentando la dimensione del blocco a 16K, il Pliops XDP è stato in grado di guidare i numeri RAID0 del software sia nei carichi di lavoro di lettura che di scrittura. Abbiamo misurato 16 letture casuali di 1.9 milioni di IOPS da XDP rispetto a 1.7 milioni di IOPS di SW RAID0. Nella scrittura casuale a 16, la differenza era di 370 IOPS da XDP a 131 IOPS da SW RAID0. Entrambi i carichi di lavoro di lettura e scrittura casuale sono stati testati a un livello di 8 thread/128 code.

 

Con un misto di attività di lettura e scrittura casuali insieme, abbiamo elaborato le dimensioni di trasferimento da 4K a 16K. Nel complesso, Pliops XDP ha ottenuto enormi guadagni. In 4K 70/30 offre un enorme guadagno del 561%, misurando da 2.8 milioni di IOPS a 422 IOPS da SW RAID0. Con blocchi da 8K, i guadagni sono stati leggermente inferiori al 348%, misurando da 1.9 milioni di IOPS a 428K IOPS in SW RAID0. Alla dimensione di trasferimento di 16K il divario si è ridotto, ma ha comunque avuto un ampio miglioramento del 157% rispetto a SW RAID0. Qui abbiamo misurato 1.1 milioni di IOPS da XDP rispetto a 427 IOPS di SW RAID0.

 

Mentre i carichi di lavoro precedenti si concentravano su trasferimenti casuali, il nostro test finale si concentra sulle velocità di trasferimento sequenziale di blocchi di grandi dimensioni. Qui Pliops XDP ha continuato a mostrare miglioramenti sostanziali, soprattutto nelle prestazioni di scrittura. Partendo dalla larghezza di banda in lettura, abbiamo misurato 48 GB/s da XDP rispetto ai 27 GB/s da SW RAID0. In scrittura, l'XDP aveva un vantaggio del 184% con 6.3 GB/s rispetto ai 2.2 GB del SW RAID0.

 

Sebbene le prestazioni in condizioni ottimali siano sempre il punto di forza di qualsiasi piattaforma di storage, comprendere quanto tempo richiedono le attività di ricostruzione è un punto dati importante man mano che aumentano le capacità delle unità. Con il nostro array XDP a 4 unità che utilizza SSD Solidigm P5316 da 30.72 TB, abbiamo simulato un guasto dell'unità e ricostruito. Il processo di ricostruzione ha richiesto 450 minuti con l'applicazione del traffico in background. Utilizzando FIO per gestire un carico di lavoro 8K 70/30 con 905 MB/s di traffico combinato, la velocità di ricostruzione dell'array ha comunque mantenuto un ritmo di ricostruzione pari a 14.65 Min/TB.

Considerazioni finali

I moderni SSD QLC aziendali, come il Solidigm P5316 utilizzato in questo test, hanno il potenziale per offrire un'eccezionale combinazione di prestazioni e capacità. Le infrastrutture moderne, tuttavia, richiedono nuovi strumenti per gestire la flash. Le vecchie schede RAID sono ingombranti, mentre il software RAID di base lascia molte prestazioni sul tavolo. Questa realtà ha aperto la porta a soluzioni creative come il Pliops Extreme Data Processor.

Abbiamo deciso di valutare le prestazioni dell'acceleratore XDP rispetto al RAID software. Abbiamo inserito quattro P30.72 da 5316 TB in un Dell PowerEdge R750, confrontando le prestazioni di Pliops XDP con il RAID software. Inoltre, abbiamo avviato il software RAID, configurandolo in RAID0, mentre XDP è stato impostato su RAID5.

Dando una rapida occhiata ai risultati, abbiamo notato enormi guadagni su tutta la linea. Con le prestazioni in scrittura casuale 4K, in particolare, abbiamo riscontrato un miglioramento dell'832%, anche se le prestazioni in lettura con dimensioni del blocco 4K hanno subito un duro colpo. Aumentando la dimensione del blocco, tuttavia, Pliops XDP ha mostrato la sua forza sia negli scenari di trasferimento casuale che sequenziale. Anche nel nostro carico di lavoro misto casuale con una suddivisione in lettura/scrittura 70/30, il Pliops XDP ha ottenuto miglioramenti dal 560% al 156% dalle dimensioni di trasferimento da 4K a 16K su SW RAID0.

Nel complesso, la carta Pliops è semplice da rendere operativa. Per quanto amiamo lavorare con gli SSD QLC ad alta capacità, a volte è difficile trovare sistemi in grado di sfruttare adeguatamente i supporti. Con Pliops Extreme Data Processor, i conti cambiano completamente quando si tratta di prestazioni del server in base al costo per terabyte. È abbastanza facile provare anche te stesso; fare clic sul collegamento in basso per iniziare con un PoC.

Pliops XDP – Richiedi una demo

Infografica Pliops

Pliops sponsorizza questo rapporto. Tutti i pareri e le opinioni espressi in questo rapporto si basano sulla nostra visione imparziale dei prodotti in esame.

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