Os designs de servidor modernos estão aproveitando um mundo em expansão de placas aceleradoras para habilitar recursos novos ou aprimorados. Enquanto muitos vão direto para as GPUs quando pensam em aceleração, há uma nova geração de processadores que não abordam apenas o desempenho, mas também a proteção de dados e a economia. O Pliops Extreme Data Processor (XDP) é um desses aceleradores, ajudando os clientes a aproveitar a combinação única de desempenho, capacidade e economia graças aos SSDs empresariais baseados em QLC.
Os designs de servidor modernos estão aproveitando um mundo em expansão de placas aceleradoras para habilitar recursos novos ou aprimorados. Enquanto muitos vão direto para as GPUs quando pensam em aceleração, há uma nova geração de processadores que não abordam apenas o desempenho, mas também a proteção de dados e a economia. O Pliops Extreme Data Processor (XDP) é um desses aceleradores, ajudando os clientes a aproveitar a combinação única de desempenho, capacidade e economia graças aos SSDs empresariais baseados em QLC.
Uma Breve Visão sobre o Impacto do Flash no Data Center
Os SSDs NVMe afetaram significativamente o desempenho do servidor e do armazenamento, especialmente quando atingiram velocidades Gen4. No entanto, esses ganhos sobrecarregam outras partes do sistema, o que significa que as arquiteturas de placa RAID tradicionais estavam atrapalhando. O jogo de armazenamento flash mudou novamente com a introdução do flash QLC. Novas soluções são necessárias para que os servidores aproveitem efetivamente essas tecnologias modernas.
A Intel, agora Solidigm, foi a primeira a comercializar um QLC SSD de alta qualidade. O Solidigm P5316 é agora o padrão de fato quando se trata de SSDs empresariais acessíveis e de alta capacidade. Passamos muito tempo com essas unidades no passado, não apenas em nossas análises, mas em implantações corporativas e em nuvem que podem fazer uso adequado das unidades.
O que queremos dizer com uso adequado? Bem, os SSDs QLC são tradicionalmente muito bons quando se trata de desempenho de leitura, mas ao gravar nas unidades, os sistemas precisam ser um pouco mais inteligentes. Em nossa revisão do P5316, falamos um pouco sobre um termo chamado unidade de indireção (UI). Este é mais ou menos o tamanho do bloco em que uma unidade deseja ser gravada. Com o P5316, sua IU é de 64K. Embora você possa gravar em blocos de 4K na unidade, é extremamente ineficiente em termos de desempenho e amplificação de gravação.
Mergulhar nas minúcias do SSD é importante para entender pelo menos uma das principais razões pelas quais o Pliops XDP existe. Em um aspecto, ele atua como uma placa RAID para o servidor, agregando e gerenciando os SSDs. O XDP também é apoiado por DRAM integrada e proteção de energia para que possa unir as gravações que chegam às unidades para garantir desempenho e utilização de capacidade melhores do que o RAID por software.
Demanda de dispositivos IoT em aplicativos
A coleta de dados continua a crescer a uma taxa incrível. A exigência de ter esses dados e os aplicativos associados prontamente disponíveis é ainda mais evidente, dramaticamente com a importância de coletar insights na borda e no desenvolvimento de aplicativos AI/ML.
As empresas adotam totalmente a tecnologia SSD, devido ao crescimento contínuo da capacidade, tornando-se ainda mais econômicas. Há uma ampla adoção de unidades NVMe que são capazes de executar mais de 1,000 vezes mais rápido do que as unidades de disco rígido (HDDs). Os datacenters estão implantando redes executando 400 Gbps para acompanhar esses dispositivos de armazenamento, enquanto protocolos eficientes como NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) ultrapassam os limites de sistemas e infraestruturas.
Os aplicativos também se tornaram mais eficientes com as demandas de dispositivos IoT continuando a crescer a taxas sem precedentes. Mais servidores, armazenamento e switches adicionam complexidade a um ambiente já complexo. E não vamos esquecer a importância de fazer backup de todos esses dados de forma eficiente e segura.
Parece que a instalação de SSDs NVMe resolveria os problemas de desempenho enfrentados pelas empresas atualmente. Mas esses SSDs NVMe não estão sendo utilizados de forma eficaz. A Lei de Moore está ficando para trás com o desempenho da CPU dobrando a cada 20 anos em vez de a cada dois anos. Adicionar mais núcleos não resolve o problema de desempenho, pois esses núcleos compartilham a mesma memória e E/S. Ao adicionar mais servidores, o velho ditado de que mais é melhor funcionaria, mas é uma solução muito cara e não é boa para o meio ambiente.
Com todos esses dados armazenados nesses SSDs de alta velocidade, tornou-se um pesadelo processar e gerenciar a sobrecarga da CPU com tarefas de armazenamento com uso intensivo de computação. Os servidores não conseguem atender às demandas da comunidade de usuários nem à necessidade de fornecer proteção confiável em caso de falha do drive, especialmente ao lidar com maior desempenho e capacidade.
O Pliops Extreme Data Processor (XDP) pode fornecer a solução para muitas das demandas de desempenho para armazenamento e proteção baseados em SSD. O Pliops XDP é a nova referência para aceleração de aplicativos, aumentando a eficácia de seus investimentos em infraestrutura de data center.
Assim como as GPUs superam as ineficiências de processamento para acelerar o desempenho de IA e análise, o Pliops XDP supera as ineficiências de armazenamento para acelerar massivamente o desempenho e reduzir drasticamente os custos de infraestrutura para os aplicativos modernos de hoje. O Pliops XDP simplifica como os dados são processados e o armazenamento SSD é gerenciado. Fornecido em uma placa PCIe HHHL (meia altura, meio comprimento) fácil de implantar, o Pliops XDP aumenta radicalmente o desempenho, a confiabilidade, a capacidade e a eficiência em um conjunto diversificado de cargas de trabalho com uso intensivo de dados.
Arquitetura do Processador de Dados Pliops Extreme
O Pliops XDP foi projetado com duas interfaces para que os hosts possam acessá-lo, a chave para oferecer maior desempenho.
A primeira é uma interface de bloco padrão, que tem a adoção mais ampla, com o XDP se parecendo com qualquer dispositivo de armazenamento do sistema. Depois que o XDP é instalado, ele simplesmente aparece.
A segunda interface de host é a API de biblioteca de valor-chave compatível com RocksDB. Há um padrão NVMe-KV emergente que também é suportado. Essa interface é a maneira mais eficiente para que os aplicativos tenham acesso direto ao XDP e obtenham desempenho ainda maior. O XDP trata os blocos como um tipo especial de par Chave-Valor, portanto, tudo é executado no mecanismo da mesma maneira.
O desempenho superior do Pliops XDP pode ser atribuído à execução da maioria das funções no hardware. A compactação de taxa de linha é executada usando um mecanismo acelerado por hardware rápido e eficiente. O mecanismo de armazenamento de valor-chave também é baseado em hardware. Pliops compara isso ao RocksDB em um chip. O mecanismo de valor-chave é o verdadeiro burro de carga do XDP, realizando grande parte da mágica para oferecer benefícios reais de desempenho.
Simplificando, quando um bloco é compactado, ele cria um objeto de tamanho arbitrário. O Flash tem tamanhos de bloco fixos, portanto, isso apresentaria problemas relacionados ao gerenciamento de capacidade. Isso é resolvido pela fusão de blocos compactados, empacotando-os todos juntos, classificando-os e indexando-os para recuperação rápida e, em seguida, coleta de lixo. À medida que as atualizações são feitas, os blocos são descompactados e o processo é reiniciado. Isso é o que impulsiona o amplificador de gravação, o amplificador de leitura e o amplificador de espaço em soluções baseadas em software. Do ponto de vista da CPU, o host faz concessões para não consumir todo o poder de processamento.
Pliops implementou algoritmos extremamente eficientes e estruturas de dados que são computacionalmente intensivos. Por exemplo, o XDP oferece o equivalente a quinhentos Xeon Gold Cores de desempenho do RocksDB.
Confiabilidade
As soluções tradicionais de proteção de dados exigem compensações em desempenho e capacidade. Mas o Pliops XDP elimina
essas compensações com proteção avançada contra falhas de unidade que mantém a disponibilidade de dados constante e elimina
perda de dados e tempo de inatividade. O XDP oferece suporte a várias falhas de unidade única e tem capacidade virtual quente (VHC), eliminando a necessidade de um hot spare. Como o XDP gerencia os dados, apenas os dados reais são reconstruídos, ao contrário das soluções baseadas em RAID. Em outras palavras, os usuários obtêm proteção de dados na velocidade do flash com penalidade de desempenho ZERO.
No caso de uma perda repentina de energia, o XDP preserva os metadados e os dados dos usuários em trânsito, liberando-os automaticamente para a memória não volátil. A recuperação é automática e começa imediatamente quando a energia é restaurada usando a capacidade VHC disponível sem reduzir a capacidade utilizável.
Capacidade
O Pliops XDP oferece suporte a todas as tecnologias flash de comando, TLC, QLC, Intel Optane e SSDs de qualquer fornecedor. A compactação em linha do XDP implementa vários mecanismos para evitar gargalos, o que libera a CPU dessa carga. A compactação, sobrecarga mínima de proteção contra falhas de unidade e utilização quase total da unidade (95%) expandem a capacidade utilizável em até 6 vezes. Esse aumento na capacidade utilizável proporciona uma redução substancial no custo/TB.
Os SSDs têm resistência finita, o que se traduz na quantidade de dados que podem ser gravados e apagados antes que o dispositivo se desgaste e não possa mais armazenar dados com segurança. À medida que a indústria adota SSDs QLC e além, o nível de resistência diminui. Como o XDP transforma todas as gravações aleatórias em sequenciais, ele elimina esse problema, resultando em resistência até 7x maior.
Deve-se notar que, a partir de hoje, o Pliops XDP suporta 128 TB de dados do usuário por cartão. Para casos de uso em que é necessário mais armazenamento, é possível aproveitar vários cartões XDP em um sistema host.
Eficiência
Compacto, mas poderoso, o XDP aproveita ao máximo a infraestrutura existente para acompanhar o crescimento dos dados organizacionais e a adoção de aplicativos. Além disso, é fácil de implantar em um data center inteiro. O Pliops XDP pode oferecer economia até 80% melhor em uma variedade de cargas de trabalho.
Atualmente, a Pliops utiliza uma interface CLI para a instalação do software XDP.
A interface é direta e direta. É fácil configurar o XDP e navegar pelo status do array, se necessário.
Recursos avançados
Os recursos avançados do Pliops XDP incluem:
- Dispositivo de bloco padrão com desempenho alto e consistente
- Proteção contra falhas de unidade (DFP) sem compromisso protege contra várias falhas de unidade única
- Expande a capacidade utilizável com compactação, alto preenchimento de unidade e sobrecarga mínima do DFP
- Virtual Hot Capacity elimina a necessidade de um hot spare dedicado
- O amplificador de gravação reduzido estende a vida útil dos SSDs TLC e QLC
- Recuperação rápida reconstruindo apenas os dados do usuário para o Virtual Hot Capacity alocado
- Taxa de reconstrução configurável pelo usuário para equilibrar o desempenho
- Proteção total de dados e metadados em caso de desligamento repentino
- Equilibra o excesso de provisionamento e melhora o desempenho
O Pliops XDP oferece todo o potencial do armazenamento flash, permitindo que aplicativos corporativos e em nuvem acessem dados até 1,000 vezes mais rápido, usando apenas uma fração da carga e energia computacional tradicional.
Especificações do Processador de Dados Pliops Extreme
| Desempenho | 3.2 M IOPS RR, 1.2 M IOPS RW, 30 GB/s SR, 6.4 GB/s SW |
| Atomicidade de gravação | Suporte para gravações atômicas de até 64 KB para eliminação de gravação dupla explícita ou transparente |
| Capacidade | 128 TB de dados do usuário em 128 TB de disco físico com proteção por paridade |
| API do host | • Dispositivo de bloco padrão • API da Biblioteca KV |
| Compressão | Hardware acelerado |
| Suporte SSD | • Interface: PCIe Gen 3/4/5 NVMe, NVMe-oF • Tipos: TLC SSD, QLC SSD, Intel® Optane™ |
| Dirigir fornecedores | Samsung, WD, Micron, Intel, Kioxia, Hynix, Seagate e outros suportados |
| Dimensões físicas | HHHL de baixo perfil (6.6" X 2.536") - suporte alto e curto |
| Ambiente | Todas as variantes do Linux |
| Servidores suportados | Dell, HPE, Lenovo, Supermicro, Quanta, Wywinn, Inspur, Sugon, Fujitsu, Hitachi – todos os servidores 1U / 2U padrão |
| Proteção contra falha de energia | Todos os dados são protegidos contra falhas repentinas de energia |
| Temperatura de Operação | 10-52°C a 250 LFM |
| Temperatura de armazenamento | 5°C a 35°C, < 90% sem condensação |
| Energia | Típico <25W, Max 45W, +12Vdc através do adaptador PCIe |
| Garantia | 3 anos, suporte técnico avançado gratuito, opção de substituição avançada |
| Certificações regulatórias | AS/NZS CISPR 22, ICES -003, Classe B, EN55022/EN55024, VCCI V-3, RRA nº 2013-24 e 25, compatível com RoHS, EN/IEC/UL 60950, CNS 13438, FCC 47 CFR parte 15 Subparte B , classe B, WEEE |
| MTBF | Até 4.5 milhões de horas |
Desempenho
O Pliops XDP ajudará a obter um desempenho aprimorado até 10 vezes maior para bancos de dados, análises, AI/ML e muito mais.
As estruturas de dados e algoritmos inovadores fornecem o equivalente a centenas de núcleos de software host. O XDP aparece como um dispositivo de bloco no sistema e acelera qualquer aplicativo. Com bancos de dados como MySQL, MongoDB e Cassandra, o Pliops XDP oferece maior densidade de instâncias enquanto reduz a latência para bancos de dados como MySQL, MongoDB e Cassandra.
Testamos o desempenho do Pliops XDP em nosso laboratório dentro de um Dell PowerEdge R750 e quatro SSDs QLC Solidigm P5316 de 30.72 TB. Comparamos o desempenho do software RAID0 usando mdadm contra o XDP com uma configuração RAID5, ambos usando um tamanho de bloco de 64K. Isso colocou mais trabalho no cartão XDP e teve como objetivo mostrar a configuração de mais alto desempenho do software RAID. O mdadm é um comando usado para construir, gerenciar e monitorar dispositivos Linux md (também conhecidos como arrays RAID). Observe que mdadm não é pré-instalado com sistemas Linux.
Para pré-condicionamento, três preenchimentos de gravação sequencial de 128K 10TB foram realizados antes de medir o desempenho de leitura e gravação sequencial. Para os testes aleatórios de leitura e gravação, foram realizados três preenchimentos aleatórios de 128K 10TB. Os próprios testes foram então testados com um espaço de 10 TB para várias profundidades de fila em vários tamanhos de bloco, com cada intervalo medindo 120 segundos.
Com transferências aleatórias de 4K, o Pliops XDP ficou um pouco abaixo do software RAID0, medindo 2.6 milhões de IOPs em comparação com 3.7 milhões de IOPS. Olhando para o desempenho de gravação aleatória, no entanto, houve um enorme ganho de 832%, passando de SW RAID0 com 135k IOPS para incríveis 1.3M IOPS do XDP. As cargas de trabalho de leitura aleatória e gravação aleatória foram testadas em um nível de 8 threads/128 filas.
Aumentando o tamanho do bloco para 16K, o Pliops XDP foi capaz de liderar os números de software RAID0 em cargas de trabalho de leitura e gravação. Medimos leitura aleatória de 16K de 1.9M IOPS de XDP versus 1.7M IOPS de SW RAID0. Na gravação aleatória de 16K, a diferença foi de 370K IOPS do XDP para 131k IOPS do SW RAID0. As cargas de trabalho de leitura aleatória e gravação aleatória foram testadas em um nível de 8 threads/128 filas.
Com uma mistura de atividades aleatórias de leitura e gravação juntas, trabalhamos nos tamanhos de transferência de 4K para 16K de tamanho de bloco. Em geral, o Pliops XDP teve ganhos enormes. Em 4K 70/30, oferece um enorme ganho de 561%, medindo 2.8 milhões de IOPS a 422 mil IOPS de SW RAID0. No tamanho de bloco de 8K, os ganhos foram ligeiramente menores em 348%, medindo 1.9M IOPS a 428K IOPS em SW RAID0. No tamanho de transferência de 16K, a diferença diminuiu, mas ainda teve uma grande melhoria de 157% em relação ao SW RAID0. Aqui, medimos 1.1 milhão de IOPS do XDP versus 427 mil IOPS do SW RAID0.
Enquanto as cargas de trabalho anteriores se concentravam em transferências aleatórias, nosso teste final se concentra em velocidades sequenciais de transferência de blocos grandes. Aqui o Pliops XDP continuou a mostrar ganhos substanciais, especialmente no desempenho de gravação. Começando com a largura de banda de leitura, medimos 48 GB/s do XDP em comparação com 27 GB/s do SW RAID0. Na gravação, o XDP teve uma vantagem de 184% com 6.3 GB/s em comparação com 2.2 GB do SW RAID0.
Embora o desempenho em condições ideais seja sempre o ponto forte de qualquer plataforma de armazenamento, entender quanto tempo as atividades de reconstrução levam é um ponto de dados importante à medida que as capacidades da unidade aumentam. Com nosso array XDP de 4 unidades usando SSDs Solidigm P5316 de 30.72 TB, simulamos uma falha de unidade e reconstruímos. O processo de reconstrução levou 450 minutos com o tráfego em segundo plano aplicado. Usando FIO para conduzir uma carga de trabalho 8K 70/30 com 905 MB/s de tráfego combinado, a velocidade de reconstrução do array ainda manteve um ritmo de reconstrução de 14.65 min/TB.
Considerações Finais
Os SSDs QLC corporativos modernos, como o Solidigm P5316 usado neste teste, têm o potencial de oferecer uma excelente combinação de desempenho e capacidade. As infraestruturas modernas, no entanto, exigem novas ferramentas para gerenciar o flash. As placas RAID antigas são complicadas, enquanto o RAID de software básico deixa muito desempenho em cima da mesa. Essa realidade abriu as portas para soluções criativas como o Pliops Extreme Data Processor.
Propusemo-nos avaliar o desempenho do acelerador XDP quando comparado ao RAID por software. Descartamos quatro P30.72 de 5316 TB em um Dell PowerEdge R750, comparando o desempenho do Pliops XDP com o RAID de software. Além disso, iniciamos o software RAID, configurando-o em RAID0, enquanto o XDP foi definido como RAID5.
Olhando rapidamente para os resultados, vimos ganhos enormes em toda a linha. Com o desempenho de gravação aleatória de 4K, em particular, vimos uma melhoria de 832%, embora o desempenho de leitura no tamanho do bloco de 4K tenha sido afetado. Subindo no tamanho do bloco, porém, o Pliops XDP mostrou sua força em cenários de transferência aleatória e sequencial. Mesmo em nossa carga de trabalho mista aleatória com uma divisão de leitura/gravação de 70/30, o Pliops XDP apresentou melhorias de 560% a 156% de tamanhos de transferência de 4K para 16K em relação ao SW RAID0.
No geral, o cartão Pliops é fácil de operar. Por mais que gostemos de trabalhar com os SSDs QLC de alta capacidade, às vezes é difícil encontrar sistemas que possam aproveitar adequadamente a mídia. Com o Pliops Extreme Data Processor, toda a matemática muda quando se trata de desempenho do servidor com base no custo por terabyte. Também é fácil tentar você mesmo; clique no link abaixo para começar a usar uma PoC.
Pliops XDP – Solicite uma Demonstração
A Pliops patrocina este relatório. Todas as visões e opiniões expressas neste relatório são baseadas em nossa visão imparcial do(s) produto(s) em consideração.
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