NVMe в серверах, сумбур в головах

23.03.2020 | Сервери

Виробники SSD завжди вказують їх призначення: в клієнтські пристрої, сервери, системи зберігання або під специфічні завдання (наприклад, з розширеним діапазоном робочих температур для використання на транспорті або під інтенсивну запис протягом довгих років безперервної експлуатації). Клієнтські SSD не ставлять в сервери на це є безлічі причин - через швидку деградацію продуктивності під навантаженнями, великих затримок відгуку, швидкого зносу осередків, незахищеності перед погрозами цілісності та достовірності даних.

А споживач читає огляди «Кращий ігровий гаджет - 2020» і вибирає по ним компоненти для домашнього ПК. Це його приватна справа, але, приходячи на роботу, він переносить свої побутові звички і критерії на покупку серверів.

Живі і мертві

У клієнтських ПК і ноутбуках SATA SSD зустрічаються все рідше. Їх тіснять M.2 NVMe SSD - куди більш продуктивні, в ту ж ціну. У серверах ж сьогодні уживаються три інтерфейси SSD: SATA, SAS, NVMe. Форматів виконання NVMe SSD теж три: AIC, M.2, U.2. Карт AIC в слоті PCIe майже не зустріти, M.2 SSD зазвичай використовуються під завантаження, а U.2 SSD - як основні носії під критичні до продуктивності додатки.

Результат SATA SSD з серверів почався давно:

NVMe в серверах, сумбур в головах

Але вони поки з нами. Як і SAS SSD, яким теж начебто залишилося недовго. Але 12Гбіт SAS - усталений індустріальний стандарт систем зберігання. SAS дозволяє досить просто масштабувати сховища, обслуговує в серверах велика кількість накопичувачів з гарячою заміною (включаючи поєднання SSD / HDD), забезпечує полнодуплексную передачу даних, а в двухконтроллерних системах зберігання - дублювання шляхів до даних через Двопортовий підключення накопичувачів.

6Гбіт SATA мало чим може блиснути - напівдуплексний протокол з невеликою глибиною черги команд і стелею швидкості обмінів нижче 600МБ / сек. В багатодискових платформах з експандери SAS туннелирование SATA-команд в SAS збільшує затримки.

Зате SATA SSD звичні і недорогі.

SATA SSD

На корпоративний ринок їх поставляє не так багато компаній. На слуху Intel, Kioxia (колишня Toshiba), Kingston, Micron, Samsung. Стандартний формат накопичувачів 2.5 "простий у використанні. У серверах початкового рівня є від 6 і більше портів SATA - можна обходитися без SAS RAID/HBA і домагатися прийнятної продуктивності введення/виведення малою кров'ю. По правді кажучи, навантажень додатків молодших серверів далеко до обмежень SATA. Тому їх користувачам нема чого мудрувати. Досить визначитися з ємністю і передбачуваним ресурсом SATA SSD (0.8-3 DWPD), не відволікаючись на «магію» NVMe.

SAS SSD

Їх випускають троє: Kioxia, Samsung, Western Digital (спадщина HGST).

Kioxia ще в бутність Toshiba вирішила відмовитися від виробництва SATA SSD (хоча відвантажують до цього дня), випустивши замість серію RM5 бюджетних SAS SSD. Компанія порахувала нелогічним пов'язувати користувачів обмеженнями протоколу: взяли і зрівняли ціни своїх SATA і SAS SSD близького цільового призначення. Все одно ж сервери рівня Dell EMC PowerEdge R640 або HPE ProLiant DL325 Gen10 поставляються на ринок з SAS HBA / RAID (PERC або SmartArray). На них і курс.

Samsung орієнтується на масштабовані системи зберігання і пропонує серію PM1643 ємністю до 30TB.

Western Digital зі своїм, уже шостим поколінням SAS SSD, Ultrastar DC S540, підійшла до межі їх еволюції і має намір увійти в 2021-й з портфелем з одних тільки накопичувачів NVMe (але це не точно).

M.2 NVMe SSD

Ось він, формат спокуси клієнтськими SSD. Від одного виду їх паспортних показників послідовного читання 5000 Мб / сек (як у NVMe PCIe Gen 4) легко втратити голову. Треба тримати себе в руках. Такі не ставлять в сервери через принципово іншого профілю навантажень, ніж в ПК. Навіщо щось же виробники SSD розносять свої продукти за категоріями і лінійок, спочатку проектуючи їх під різні типи навантажень? Чи не тому, що маркетологи так придумали. Запити введення / виведення геймера або відеоблогера - однопоточні послідовні читання / запис. У специфічних серверах (аналітики або мовлення) такі теж є. Але, як правило, сервери обслуговують довгі черги запитів випадкового доступу, з високою часткою операцій записи. Мова не тільки про базах даних. Будь-яка віртуалізація перемелює дисковий I/O в кришиво рандомних звернень - «убивць» SSD.

Подивимося, які M.2 NVMe SSD пропонують для установки в сервери виробники, як їх позиціонують. Перший стовпець з типовим SATA SSD наведено для порівняння.

NVMe в серверах, сумбур в головах

Intel P4511: прискорення додатків в великому діапазоні хмарних навантажень. Ємності 1TB і 2TB.

Kingston DC1000B: завантаження ОС, журнали додатків, кешування. 240-480GB.

Kioxia XD5: хмарні додатки, бази даних NoSQL, аналітика великих даних, мовлення. 1.92-3.84TB.

Micron 7300: потокові додатки, критичні до затримок, малобюджетні сервери. 480-960-1920-3840GB.

Samsung 983 DCT: під мережі доставки контенту (CDN), великі дані, додатки з штучним інтелектом AI і IoT. 960-1920GB.

Western Digital CL SN720: завантаження ОС і додатків, хмарні сервіси, доставка контенту, аналітика, IoT. 256-512-1024-2048GB.

Всі як один обмежують можливість застосування M.2 NVMe SSD додатками з переважанням читання. Про це говорить не дуже великий рейтинг зносостійкості 0.4-1 DWPD, скромні показники затримок і продуктивності випадкового запису - на рівні пересічних SATA SSD.

На серверних платах всього один або два слота M.2 PCIe. Типові ролі M.2 SSD перераховані вище. Немає нічого про сховища віртуальних машин, бази даних SQL, запис випадкового доступу. Якщо коротко, основний доля M.2 в серверах - розміщення завантажувальних томів. Не варто спокушатися фантомними показниками і ганятися за химерами. Всьому своє місце.

Осторонь від стовпової дороги NAND SSD варто интеловский лінійка Optane SSD на пам'яті 3D XPoint - принципово інша по архітектурі, показниками, ціною. Такі є і в форматі M.2 PCIe, наприклад, 375GB по захмарною ціною $ 1200. Зате у них 550 KIOPS з читання / запису, із затримкою 10-12 μs і ресурсом 60 DWPD.

U.2 NVMe SSD

U.2 (2.5 "NVMe SSD) - формат« вищої ліги »зберігання. Йому випало забезпечити поступовий перехід від серверів на дисках SAS / SATA до світлого NVMe-майбутньому і тому його адаптували під типові дискові кошики. Для U.2 SSD потрібна додаткова оснастка платформ.

Такі SSD ставлять під додатки, критичні до продуктивності під змішаної навантаженням: в сервери SQL, гіперконвергентние системи VMware VSAN і Microsoft Azure Stack, під VDI і ротацію роздається контенту.

Їх пропонують Intel, Kioxia, Micron, Samsung, Western Digital, покриваючи різними серіями обсяги від 800GB до 15TB. Окремо і тут стоять Intel Optane SSD - по продуктивності в випадковому доступі і ресурсу перезапису. Якщо порівняти схожі ємності 1.6TB Intel P4610 з 1.5TB Intel P4800X, Optane майже вдесятеро дорожче:

NVMe в серверах, сумбур в головах

Що далі?

Все йде до витіснення посередників на шині PCIe між CPU і накопичувачами: RAID-стеків SAS, AHCI, апаратних контролерів RAID і SAS HBA. У масштабі дата-центрів коли-небудь настане час компонований інфраструктури з відділенням обчислювачів від сховищ і програмно-переобумовленої логікою їх взаємодії. Поки до цього не дійшло, в продуктивних серверах і системах зберігання на флеш-пам'яті стандарту залишаються U.2 SSD.

Сьогодні ціни SATA SSD і U.2 SSD приблизно одного ресурсу можна порівняти. Коли Intel P4610 1.6TB U.2 SSD продається дешевше Intel S4610 1.92TB SATA SSD, забудовникам нових серверів пора відмовлятися від SATA на користь U.2.

Що їм заважає? Нічого, крім старих звичок і малого пропозиції платформ U.2-ready. Коло замикається: U.2 SSD не питають, бо їх нікуди ставити, платформи не возять, тому що в них нічого ставити. Приклад платформи перехідного періоду: 1U / 12 відсіків 2.5 "- які можна начинити і SATA SSD, і U.2 SSD. Таких буде все більше, спасибі AMD за EPYC, з його підтримкою 128 ліній PCIe з процесора.

Не все так просто з самим стандартом U.2. Його може змінити «трехмодовий» U.3, побудований на тому ж типі роз'єму SFF-8639, але з іншого сигнальної логікою. Під U.2 потрібна окрема схемотехніка під кожен протокол. U.3 підтримує SAS, SATA і NVMe через один бекплейн / один мідплейн / один (tri-mode) контролер. Але ще не зрозуміло, що станеться раніше: індустрія перейде на U.3 або з серверів остаточно підуть SAS і SATA SSD, позбавивши U.3 сенсу. Tri-mode RAID-контролери - така ж зникаюча натура, як і стандартні SAS / SATA RAID- контролери. Туди ж може відправитися U.3, що не злетівши.

У молодших серверах все більш-менш передбачувано: що буде дешевше - то і будуть ставити. У старших же до вимирання SATA і SAS SSD додається невизначеність з облаштуванням продуктивного зберігання в цілому.

Попандопуло сказав би, «чує моє серце, шо ми напередодні грандіозного шухеру».