Инновации в СХД

Глобального падения спроса на NVМe не будет

Хотелось бы привести прогнозы развития рынка, которые ещё не так давно давали крупные исследовательские компании, такие, как IDC. Однако именно сейчас, из-за шаткого положения экономики в разных странах, все прежние кривые роста любой отрасли или технологии, которые строились на 5-7 лет вперёд, не выглядят актуальными. Это не значит, что они неправдоподобны. Просто мы пока не знаем, как поведет себя рынок в эпоху «постапокалипсиса».

Впрочем, какого-то глобального падения спроса на NVМe ждать вряд ли стоит. Да, цена высока, и даже до коронокризиса многие компании не торопились полностью перейти на новую технологию. Но, с другой стороны, те, кто всё-таки решался обновить свой парк машин и установить SSD с протоколом NVМe, решились на это именно с мыслью о сокращении. Об этом свидетельствует, в том числе, опрос, проведенный год назад американской компанией Techtarget. Согласно ему, 25% респондентов решили покупать SSD с новым протоколом именно для того, чтобы уменьшить совокупную стоимость владения ИТ-системами.

Как такое может быть? NVMe — важная областью интересов корпоративных покупателей, которые сейчас находятся на стадии изучения преимуществ технологии. Вполне ожидаемо, что вскоре большинство поставщиков флэш-накопителей будут поддерживать NVMe в качестве стандартного протокола передачи данных. А это значит, что предыдущие версии протоколов морально устареют.

Цены на SSD в принципе падают со временем. Стоимость более медленных твердотельных накопителей, например, упала до своего исторического минимума в 2018 г. Ценовые барьеры внедрения NVMe также со временем снизятся. Но даже сейчас можно найти точки экономии. Количество серверов и лицензий на работающие копии баз данных на предприятии может уменьшиться после внедрения систем на NVMe именно за счет высокой производительности последней. Давайте сравним. Видно, что цифры почти несравнимые: если SATA и SAS использовали только одну очередь для передачи данных в процессор, то NVMe делает это через 65 536 параллельных очередей. Ускоряя пропускную способность, мы, в потенциале, экономим на инвестициях в ресурсы CPU и GPU.

Производительность — это ещё не всё!

Несмотря на то, что цифры выглядят внушительно, сомневающиеся нашлись. Так, в июне 2019 года Марк Штеймер (Marc Staimer), президент компании Dragon Slayer Consulting у себя в блоге написал: «NVMe и NVM-oF — это очень важные технологии для систем хранения. Но у их производительности есть обратная сторона. NVM перегружает центральный процессор». Он вспомнил, что закон Мура уже не так точен, как был когда-то. Оказалось, что существуют ограничения на удвоение размещаемых на кристалле интегральной схемы транзисторов каждые 18-24 месяца. «Новейшие процессоры Intel x86 имеют до 48 полос PCIe, поддерживающих до 24 флэш-накопителей NVMe. Последние совместимые процессоры AMD с архитектурой x86 включают до 128 линий PCIe, поддерживающих до 32 встроенных флэш-накопителей. Если же понадобится поставить ещё больше накопителей, то всё вспомогательное оборудование усложнится. То есть процессоров понадобится больше, и не только их. Станет больше дисков, свитчей, адаптеров, сетевых приемопередатчиков. Кабелей, в конце концов!»

По его словам, разумеется, есть системы, которые имеют много накопителей на базе NVMe или NVM-oF, с высокопроизводительным хранилищем, которое при этом занимает немного места. Но вот беда. Эти системы предлагают довольно заметное снижение предельной доходности. Аппаратное обеспечение накапливается гораздо быстрее, чем прирост производительности. Это происходит независимо от того, сколько процессоров или флэш-накопителей NVMe добавлено. В конце концов, большее количество оборудования означает отрицательную отдачу от общей производительности.

«Основной причиной этой проблемы с производительностью NVMe является даже не столько аппаратное обеспечение, — пишет Марк Штеймер, — сколько программное обеспечение для хранения данных, которое не было разработано под высокоэффективный процессор. Зачем было беспокоиться об эффективности, когда производительность процессора удваивалась каждые 18–24 месяца? Такие функции, как дедупликация, сжатие, моментальные снимки, клоны, репликация, распределение по уровням, обнаружение и исправление ошибок, постоянно добавлялись в программное обеспечение системы хранения. И многие из этих функций были и есть довольно ресурсоемкими. Когда ПО хранилища потребляет мощности процессора, он уже не будет так оперативно справляться с передачей данных из памяти к месту их обработки».

Скрестим шпаги

Компания Hitachi Vantara встала на защиту технологии и ответила на критику со всей серьёзностью. Когда дисковые накопители с механическими задержками являлись узким местом для роста производительности, программное обеспечение для хранения данных не должно было быть эффективным. Но теперь твердотельные накопители и NVMe устранили узкое место. Однако вендоры не пропустили этот вызов. Чтобы исправить ситуацию, было необходимо перестроить контроллер хранилища и переписать его программное обеспечение. «Мы в Hitachi Vantara делаем это всё ещё до выпуска наших систем хранения NVMe, переписывая, в том числе, операционную систему виртуализации хранения, — заявили в компании. — И результаты налицо, особенно если сравнить их с сопоставимыми системами хранения NVMe от наших конкурентов».

Ниже приведено сравнение аппаратного обеспечения 5 систем хранения NVMe среднего уровня, показывающее количество контроллеров, ядер, кэш-памяти и максимальное количество дисков NVMe. Также показаны максимальные значения IOP и IOPS на ядро ​и минимальная задержка в микросекундах.

Операционная система для СХД позволяет VSP E990 от Hitachi Vantara обеспечивать наивысший уровень количества операций ввода-вывода в секунду (IOPS) в своем классе с наименьшим количеством процессорных ядер и наименьшим кешем. Хотя конкуренты имеют доступ к аналогичным многоядерным процессорам и используют тот же самый набор команд с низкой задержкой для NVMe, а также имеют несколько очередей на устройство для быстрого параллельного ввода-вывода, именно E990 отличается эффективностью своего программного обеспечения. Имея всего 2 контроллера с 56 ядрами и 1 ТБ кэш-памяти, VSP E990 дает наименьшую задержку и удваивает максимальные значения IOPS среди остальных пяти поставщиков. Меньше ядер и памяти также снижает энергопотребление, охлаждение и стоимость. В дополнение к оптимизации производительности самого NVMe, операционная система СХД была также оптимизирована для других функций хранения, таких как дедупликация и сжатие в контроллере.

Чтобы справиться с постоянно растущими потребностями в производительности и емкости, центры обработки данных используют флэш-технологии с технологиями уменьшения объема данных. Но многие организации не видят преимуществ, на которые они надеялись, поскольку производительность и / или снижение данных не соответствуют тому шуму, который был поднят вокруг темы. В Hitachi Vantara посчитали нужны подчеркнуть: системы флэш-памяти общего назначения не предназначены для одновременной обработки данных и уменьшения объема операций ввода-вывода. В этом вся соль.