Maximaliseer NVMe SSD's met de Pliops Extreme Data Processor (XDP)

Moderne serverontwerpen profiteren van een groeiende wereld van acceleratorkaarten om nieuwe of verbeterde mogelijkheden mogelijk te maken. Terwijl velen direct naar GPU's gaan als ze aan acceleratie denken, is er een nieuw soort processors die niet alleen gericht zijn op prestaties, maar ook op gegevensbescherming en economie. De Pliops Extreme Data Processor (XDP) is een van deze versnellers, die klanten helpt te profiteren van de unieke mix van prestaties, capaciteit en economie dankzij QLC-gebaseerde enterprise SSD's.

Moderne serverontwerpen profiteren van een groeiende wereld van acceleratorkaarten om nieuwe of verbeterde mogelijkheden mogelijk te maken. Terwijl velen direct naar GPU's gaan als ze aan acceleratie denken, is er een nieuw soort processors die niet alleen gericht zijn op prestaties, maar ook op gegevensbescherming en economie. De Pliops Extreme Data Processor (XDP) is een van deze versnellers, die klanten helpt te profiteren van de unieke mix van prestaties, capaciteit en economie dankzij QLC-gebaseerde enterprise SSD's.

Een beknopt overzicht van de impact van Flash in het datacenter

NVMe SSD's hadden een aanzienlijke invloed op de server- en opslagprestaties, vooral wanneer ze Gen4-snelheden bereikten. Deze voordelen zetten echter andere delen van het systeem onder druk, wat betekende dat traditionele RAID-kaartarchitecturen in de weg stonden. Het flash-opslagspel veranderde opnieuw met de introductie van QLC-flash. Er zijn nieuwe oplossingen nodig voor servers om effectief gebruik te maken van deze moderne technologieën.

Intel, nu Solidigm, was de eerste die een hoogwaardige QLC SSD op de markt bracht. De Solidigma P5316 is nu de defacto standaard als het gaat om betaalbare, enterprise SSD's met hoge capaciteit. We hebben in het verleden veel tijd met deze schijven doorgebracht, niet alleen in onze beoordelingen, maar ook in bedrijfs- en cloudimplementaties die goed gebruik kunnen maken van de schijven.

Wat bedoelen we met correct gebruik? Nou, QLC SSD's zijn van oudsher erg goed als het gaat om leesprestaties, maar bij het schrijven naar de schijven moeten systemen iets intelligenter zijn. In onze P5316-recensie hebben we het een beetje gehad over een term die indirection unit (IU) wordt genoemd. Dit is min of meer de blokgrootte waarnaar een schijf wil worden geschreven. Met de P5316 is de IU 64K. Hoewel je in 4K-blokken naar de schijf kunt schrijven, is het enorm inefficiënt in termen van prestaties en schrijfversterking.

Duiken in SSD-details is belangrijk om ten minste één van de belangrijkste redenen te begrijpen waarom de Pliops XDP bestaat. In één aspect fungeert het als een RAID-kaart voor de server door de SSD's te aggregeren en te beheren. De XDP wordt ook ondersteund door on-board DRAM en stroombeveiliging, zodat het de schrijfbewerkingen die naar de schijven komen, kan samenvoegen om prestaties en capaciteitsgebruik te garanderen die beter zijn dan software-RAID.

Vraag naar IoT-apparaten op applicaties

Het verzamelen van gegevens blijft in een ongelooflijk tempo groeien. De noodzaak om die gegevens en de bijbehorende applicaties direct beschikbaar te hebben, is nog duidelijker, vooral gezien het belang van het verzamelen van inzichten aan de edge en de ontwikkeling van AI/ML-applicaties.

Ondernemingen omarmen SSD-technologie volledig, gezien de voortdurende capaciteitsgroei, terwijl ze nog kosteneffectiever worden. Er is een brede acceptatie van NVMe-schijven die meer dan 1,000 keer sneller kunnen werken dan harde schijven (HDD's). Datacenters implementeren netwerken met 400 Gbps om deze opslagapparaten bij te houden, terwijl efficiënte protocollen zoals NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) de grenzen van systemen en infrastructuren verleggen.

Applicaties zijn ook efficiënter geworden doordat de vraag naar IoT-apparaten ongekend snel blijft groeien. Meer servers, storage en switches voegen complexiteit toe aan een toch al complexe omgeving. En laten we niet vergeten hoe belangrijk het is om al deze gegevens efficiënt en veilig te back-uppen.

Het lijkt erop dat het installeren van NVMe SSD's de prestatieproblemen waarmee ondernemingen tegenwoordig worden geconfronteerd, zou oplossen. Maar die NVMe SSD's worden niet effectief gebruikt. De wet van Moore loopt achter met CPU-prestaties die elke 20 jaar verdubbelen in plaats van elke twee jaar. Het toevoegen van meer kernen lost het prestatieprobleem niet op, aangezien die kernen hetzelfde geheugen en dezelfde I/O delen. Door meer servers toe te voegen, zou het oude gezegde dat meer is beter werken, maar het is een erg dure oplossing en niet goed voor het milieu.

Met al deze gegevens die op deze supersnelle SSD's zijn opgeslagen, is het een nachtmerrie geworden om de overbelasting van de CPU met rekenintensieve opslagtaken te verwerken en te beheren. Servers kunnen niet voldoen aan de eisen van de gebruikersgemeenschap, noch aan de behoefte om betrouwbare bescherming te bieden in het geval van een schijfstoring, vooral als het gaat om hogere prestaties en capaciteit.

De Pliops Extreme Data Processor (XDP) kan de oplossing bieden voor veel van de prestatie-eisen voor SSD-gebaseerde opslag en bescherming. De Pliops XDP is de nieuwe maatstaf voor applicatieversnelling, waardoor de effectiviteit van uw investeringen in datacenterinfrastructuur wordt vergroot.

Net zoals GPU's verwerkingsinefficiënties overwinnen om AI- en analyseprestaties te versnellen, overwint de Pliops XDP opslaginefficiënties om de prestaties enorm te versnellen en de infrastructuurkosten voor de moderne applicaties van vandaag drastisch te verlagen. De Pliops XDP vereenvoudigt de manier waarop gegevens worden verwerkt en SSD-opslag wordt beheerd. Geleverd op een eenvoudig te implementeren HHHL (half height, half length) PCIe-kaart, verhoogt Pliops XDP radicaal de prestaties, betrouwbaarheid, capaciteit en efficiëntie voor een diverse reeks data-intensieve workloads.

Pliops Extreme Data Processor-architectuur

De Pliops XDP is ontworpen met twee interfaces voor hosts om er toegang toe te krijgen, de sleutel tot het leveren van betere prestaties.
De eerste is een standaard blokinterface, die de breedste acceptatie heeft, waarbij de XDP eruitziet als elk opslagapparaat in het systeem. Zodra de XDP is geïnstalleerd, wordt deze eenvoudig weergegeven.

De tweede hostinterface is de RocksDB-compatibele Key-Value Library API. Er is een opkomende NVMe-KV-standaard die ook wordt ondersteund. Deze interface is de meest efficiënte manier voor applicaties om direct toegang te krijgen tot XDP en nog betere prestaties te behalen. De XDP behandelt blokken als een speciaal type sleutel-waardepaar, dus alles loopt op dezelfde manier door de engine.

Superieure prestaties in de Pliops XDP kunnen worden toegeschreven aan het uitvoeren van de meeste functies in hardware. Line-rate compressie wordt uitgevoerd met behulp van een snelle, efficiënte hardware-versnelde engine. De engine voor het opslaan van sleutelwaarden is ook hardwaregebaseerd. Pliops vergelijkt dit met RocksDB op een chip. De key-value-engine is het echte werkpaard van XDP en voert veel van de magie uit om echte prestatievoordelen te leveren.

Simpel gezegd, wanneer een blok wordt gecomprimeerd, creëert het een object van willekeurige grootte. Flash heeft vaste blokgroottes, dus dit zou problemen opleveren met betrekking tot capaciteitsbeheer. Dit wordt verholpen door gecomprimeerde blokken samen te voegen, ze allemaal samen te pakken, te sorteren en te indexeren om ze snel terug te vinden, en vervolgens op te ruimen. Terwijl er updates worden gemaakt, worden de blokken uitgepakt en begint het proces opnieuw. Dit is wat schrijfversterker, leesversterker en ruimteversterker aandrijft in op software gebaseerde oplossingen. Vanuit een CPU-perspectief sluit de host compromissen zodat hij niet alle verwerkingskracht verbruikt.

Pliops heeft uiterst efficiënte algoritmen en datastructuren geïmplementeerd die rekenintensief zijn. XDP levert bijvoorbeeld het equivalent van vijfhonderd Xeon Gold Cores of RocksDB-prestaties.

Betrouwbaarheid

Traditionele oplossingen voor gegevensbescherming vereisen compromissen op het gebied van zowel prestaties als capaciteit. Maar Pliops XDP elimineert
deze compromissen met geavanceerde bescherming tegen schijfstoringen die een constante gegevensbeschikbaarheid handhaaft en elimineert
gegevensverlies en downtime. XDP ondersteunt meerdere enkele schijfstoringen en heeft virtuele hot capacity (VHC), waardoor er geen hot spare nodig is. Omdat XDP de gegevens beheert, worden alleen daadwerkelijke gegevens opnieuw opgebouwd, in tegenstelling tot op RAID gebaseerde oplossingen. Met andere woorden, gebruikers krijgen gegevensbescherming met de snelheid van flitsen met NUL prestatieverlies.

In het geval van een plotselinge stroomuitval, bewaart XDP metadata en gebruikersgegevens tijdens de vlucht door deze automatisch naar het niet-vluchtige geheugen te spoelen. Herstel is automatisch en begint onmiddellijk wanneer de stroom wordt hersteld met behulp van beschikbare VHC-capaciteit zonder de bruikbare capaciteit te verminderen.

Inhoud

Pliops XDP ondersteunt alle command flash-technologieën, TLC, QLC, Intel Optane en SSD's van elke leverancier. De in-line compressie van de XDP implementeert meerdere engines om knelpunten te voorkomen, waardoor de CPU van deze last wordt bevrijd. Compressie, minimale overhead voor bescherming tegen schijfstoringen en bijna volledig gebruik van de schijf (95%) vergroten de bruikbare capaciteit tot wel 6x. Deze toename in bruikbare capaciteit levert een substantiële verlaging van de kosten/TB op.

SSD's hebben een eindig uithoudingsvermogen, wat zich vertaalt naar de hoeveelheid gegevens die kan worden geschreven en gewist voordat het apparaat verslijt en gegevens niet langer veilig kan opslaan. Naarmate de industrie QLC SSD's en meer adopteert, neemt het uithoudingsvermogen af. Aangezien XDP alle willekeurige schrijfbewerkingen omzet in sequentiële schrijfbewerkingen, elimineert het dit probleem, wat resulteert in een tot 7x hogere duurzaamheid.

Opgemerkt moet worden dat Pliops XDP vanaf vandaag 128 TB aan gebruikersgegevens per kaart ondersteunt. Voor use-cases waar meer opslag nodig is, is het mogelijk om meerdere XDP-kaarten binnen een hostsysteem te gebruiken.

Efficiënt

XDP is compact en toch krachtig en haalt meer uit de bestaande infrastructuurvoetafdruk om de datagroei van de organisatie en de acceptatie van applicaties bij te houden. Bovendien is het eenvoudig te implementeren in een volledig datacenter. Pliops XDP kan tot 80 procent zuiniger zijn voor een groot aantal werklasten.

Momenteel maakt Pliops gebruik van een CLI-interface voor hun XDP-software-installatie.

De interface is eenvoudig en to the point. Het is eenvoudig om XDP te configureren en door de arraystatus te navigeren als dat nodig is.

Geavanceerde functies

De geavanceerde functies van Pliops XDP omvatten:

• Standaard blokapparaat met hoge en consistente prestaties
• Geen compromissen Drive Fail Protection (DFP) beschermt tegen meerdere schijfstoringen
• Breidt de bruikbare capaciteit uit met compressie, hoge schijfvulling en minimale DFP-overhead
• Virtual Hot Capacity elimineert de behoefte aan een speciale hot spare
• Verminderde schrijfversterker verlengt de gebruiksduur van TLC- en QLC SSD's
• Snel herstel door alleen gebruikersgegevens opnieuw op te bouwen naar toegewezen Virtual Hot Capacity
• Door de gebruiker te configureren herstelsnelheid om de prestaties in evenwicht te brengen
• Totale bescherming van gegevens en metagegevens in het geval van een plotselinge stroomonderbreking
• Brengt overprovisioning in evenwicht en verbetert de prestaties

Pliops XDP biedt het volledige potentieel van flashopslag door bedrijfs- en cloudapplicaties in staat te stellen tot 1,000 keer sneller toegang te krijgen tot gegevens, met slechts een fractie van de traditionele rekenkracht en belasting.

Specificaties Pliops Extreme-gegevensprocessor

Prestatie

De Pliops XDP helpt bij het bereiken van verbeterde prestaties tot 10x hoger voor databases, analyses, AI/ML en meer.
De baanbrekende datastructuren en algoritmen leveren het equivalent van honderden kernen hostsoftware. XDP verschijnt als een blokapparaat in het systeem en versnelt elke applicatie. Met databases zoals MySQL, MongoDB en Cassandra levert Pliops XDP een hogere instantiedichtheid terwijl de latentie voor databases zoals MySQL, MongoDB en Cassandra wordt verminderd.

We hebben de prestaties van de Pliops XDP in ons laboratorium getest in een Dell PowerEdge R750 en vier Solidigm P5316 30.72TB QLC SSD's. We hebben de prestaties van software RAID0 met behulp van mdadm vergeleken met de XDP met een RAID5-configuratie, beide met een 64K chunk-grootte. Dit zette meer werk op de XDP-kaart en was bedoeld om de best presterende configuratie van software-RAID te tonen. De mdadm is een opdracht die wordt gebruikt voor het bouwen, beheren en bewaken van Linux md-apparaten (ook wel RAID-arrays genoemd). Merk op dat mdadm niet vooraf is geïnstalleerd op Linux-systemen.

Voor preconditionering werden drie 128K 10TB sequentiële schrijfvullingen uitgevoerd voorafgaand aan het meten van sequentiële lees- en schrijfprestaties. Voor de willekeurige lees- en schrijftests werden drie 128K 10TB willekeurige vullingen uitgevoerd. De tests zelf werden vervolgens getest met een voetafdruk van 10 TB voor meerdere wachtrijdieptes over meerdere blokgroottes, met elk interval van 120 seconden.

Met willekeurige 4K-overdrachten kwam de Pliops XDP iets onder software RAID0 uit, met 2.6 miljoen IOP's in vergelijking met 3.7 miljoen IOPS. Als we echter naar willekeurige schrijfprestaties kijken, was er een enorme winst van 832%, gaande van SW RAID0 met 135 IOPS tot maar liefst 1.3 miljoen IOPS van XDP. Zowel de willekeurige lees- als de willekeurige schrijfbelasting werden getest op een niveau van 8 threads/128 wachtrijen.

 

Door de blokgrootte te vergroten tot 16K, kon de Pliops XDP de software RAID0-nummers leiden in zowel lees- als schrijfwerklasten. We hebben 16K willekeurige uitlezing gemeten van 1.9 miljoen IOPS van XDP versus 1.7 miljoen IOPS van SW RAID0. Bij 16K willekeurig schrijven was het verschil 370K IOPS van XDP tot 131k IOPS van SW RAID0. Zowel de willekeurige lees- als de willekeurige schrijfbelasting werden getest op een niveau van 8 threads/128 wachtrijen.

 

Met een combinatie van willekeurige lees- en schrijfactiviteiten hebben we de overdrachtsgrootten van 4K naar 16K blokgroottes opgewerkt. Over de hele linie had Pliops XDP enorme winsten. In 4K 70/30 biedt het een enorme winst van 561%, met metingen van 2.8 miljoen IOPS tot 422 K IOPS vanaf SW RAID0. Bij de 8K-blokgrootte waren de winsten net iets minder met 348%, met een meting van 1.9 miljoen IOPS tot 428K IOPS in SW RAID0. Bij de overdrachtsgrootte van 16K werd de kloof kleiner, maar er was nog steeds een grote verbetering van 157% ten opzichte van SW RAID0. Hier hebben we 1.1 miljoen IOPS gemeten van XDP versus 427K IOPS van SW RAID0.

 

Terwijl de vorige workloads gericht waren op willekeurige overdrachten, richt onze laatste test zich op sequentiële overdrachtssnelheden van grote blokken. Hier bleef Pliops XDP aanzienlijke winsten laten zien, vooral wat betreft schrijfprestaties. Beginnend met leesbandbreedte, maten we 48 GB/s van XDP vergeleken met 27 GB/s van SW RAID0. Bij het schrijven had de XDP een voorsprong van 184% met 6.3 GB/s vergeleken met 2.2 GB van SW RAID0.

 

Hoewel prestaties onder optimale omstandigheden altijd het sterkste punt zijn van elk opslagplatform, is inzicht in hoe lang revisieactiviteiten duren een belangrijk gegeven naarmate de schijfcapaciteit toeneemt. Met onze XDP-array met 4 schijven en Solidigm P5316 30.72TB SSD's hebben we een schijffout gesimuleerd en opnieuw opgebouwd. Het herbouwproces duurde 450 minuten met achtergrondverkeer. Door FIO te gebruiken om een ​​8K 70/30-workload aan te sturen met 905 MB/s aan gecombineerd verkeer, handhaafde de herbouwsnelheid van de array nog steeds een herbouwtempo van 14.65 min/TB.

Conclusie

Moderne zakelijke QLC SSD's, zoals de Solidigm P5316 die in deze tests is gebruikt, hebben het potentieel om een ​​geweldige mix van prestaties en capaciteit te leveren. Moderne infrastructuren hebben echter nieuwe tools nodig om flash te beheren. RAID-kaarten van weleer zijn omslachtig, terwijl basissoftware-RAID veel prestaties op tafel laat liggen. Deze realiteit heeft de deur geopend voor creatieve oplossingen zoals de Pliops Extreme Data Processor.

We wilden de prestaties van de XDP-versneller evalueren in vergelijking met software-RAID. We hebben vier P30.72's van 5316 TB in een Dell PowerEdge R750 laten vallen, waarbij we de prestaties van Pliops XDP vergeleken met software-RAID. Verder hebben we de software-RAID een vliegende start gegeven door deze in RAID0 te configureren, terwijl de XDP was ingesteld op RAID5.

Als we snel naar de resultaten kijken, zien we over de hele linie enorme winsten. Vooral met 4K willekeurige schrijfprestaties zagen we een verbetering van 832%, hoewel de leesprestaties bij de 4K-blokgrootte een hit kregen. Door de blokgrootte te verhogen, toonde Pliops XDP echter zijn kracht in zowel willekeurige als sequentiële overdrachtsscenario's. Zelfs in onze willekeurige gemengde werklast met een 70/30 lezen/schrijven-verdeling, had de Pliops XDP 560% tot 156% verbeteringen van 4K naar 16K overdrachtsgroottes ten opzichte van SW RAID0.

Over het algemeen is de Pliops-kaart eenvoudig operationeel te krijgen. Hoe graag we ook werken met de QLC SSD's met hoge capaciteit, het is soms moeilijk om systemen te vinden die de media goed kunnen benutten. Met de Pliops Extreme Data Processor verandert de hele wiskunde als het gaat om serverprestaties op basis van kosten per terabyte. Het is ook gemakkelijk genoeg om het zelf te proberen; klik op onderstaande link om aan de slag te gaan met een PoC.

Pliops XDP – Vraag een demo aan

Pliops-infographic

Pliops sponsort dit rapport. Alle standpunten en meningen in dit rapport zijn gebaseerd op onze onbevooroordeelde kijk op het (de) product(en) in kwestie.

Neem contact op met StorageReview

Nieuwsbrief | YouTube | Podcast iTunes/Spotify | Instagram | Twitter | Facebook | RSS Feed