Macierze "solid state" - demony prędkości (Część 2.1 - opis rozwiązania+TMS)

W poprzednim wpisie (Część 1) rozpocząłem temat macierzy "solid state" ale skupiłem się wyłącznie na opisaniu dysków SSD. Teraz przyszła kolej na macierze:

Macierze "Solid State":

Macierzami „Solid State” nazywamy rozwiązanie wykorzystujące tylko i wyłącznie dyski SSD. Macierze te dysponują o około klasę mniejszymi pojemnościami niż odpowiedniki z dyskami mechanicznymi, jednak deklasują je pod względem wydajności .

Potrzeba wykorzystania nośników odmiennych niż dyski mechaniczne jest związana z szybkim postępem technologii w innych obszarach takich jak moc procesorów czy przepustowości sieci.  Od roku 2000 wydajność tych "pozostałych" komponentów zwiększyła się od 15 do ponad 400 razy:

• Procesor rok 2000 (Pentium 4 1,5Ghz) , rok 2012(Octal 2,6 Ghz) około 30 razy szybszy
• Pamięć RAM rok 2000 (DDR1 PC-2100), rok 2012 (DDR3 PC3-17000) około 16 razy szybsze
• Sieć rok 2000 (100Mb Ethernet), rok 2012 (40GbE) - szybsze 400 razy.

Niestety jeżeli popatrzymy z podobnej perspektywy na prędkości dysków twardych (tradycyjnych), to będzie to dość przygnębiający widok:

• Dysk rok 2000 (15k RPM) , rok 2012 (15k RPM) - wzrost o 0%

Pozostające ciągle na tym samym poziomie wydajności mechaniczne dyski twarde przestają być nośnikiem mogącym zapewnić prawidłową wydajność systemu dyskowego i coraz częściej stają się wąskim gardłem wydajnościowym.

Obecnie wykorzystywane są różne rozwiązania niwelujące słabą wydajność podsystemów dyskowych takie jak: caching, automatyczny tierning czy skalowanie macierzy na wydajność (kupno dużej ilości nadmiarowych dysków), ale są to tylko pewne obejścia. Za rozwiązanie strukturalne dla najbardziej wymagających aplikacji powinno się uważać rezygnację z dysków mechanicznych i przejście całkowicie na dyski SSD oraz macierze „solid-state”.

Warto także zauważyć, że macierz "solid-state" to coś więcej niż tylko zwykła macierz, do której nie dodało się dysków tradycyjnych, a tylko SSD (taką konstrukcje ma np w swoim portfolio EMC: VNX5500-F).

Macierz "solid-state" w prawdziwym tego słowa znaczeniu to urządzenie od początku do końca zaprojektowane wyłącznie z myślą o dyskach SSD, z firmware-m zoptymalizowanym pod wymagania takich dysków.
Oczywistą sprawą jest, że macierze SSD są wielkokrotnie szybsze niż ich odpowiedniki z dyskami HDD, ale traci się na pojemności (choć pojawiają się już rozwiązania z deduplikacją w czasie rzeczywistym). Kolejną cechą, która odróżnia te dwa typy macierzy są dodatkowe możliwości zwiększające bezpieczeństwo - rozwiązania typu redundacja wszyskich komponentów (brak SPOFów), czy funkcjonalności związane z replikacją lokalną i zdalną są dużo bardziej dojrzałe w produktach tradycyjnych.

Na rynku istnieje w tej chwili kilka (lub kilkanaście) firm specjalizujących się w sektorze macierzy „solid state”. Dwie z nich: TMS i Violin są firmami o ugruntowanej pozycji i posiadające rozbudowaną sieć sprzedaży i partnerów także na terenie Polski. Pozostałe to tzw: Startup-y, zalożone w latach 2010 lub 2011, posiadające bardzo duży potencjał i innowacyjne rozwiąnia ale nie mogące zapewnić odpowiedniego wsparcia na terenie Polski. W tej chwili większość start-upów ma swoje centra w dolinie krzemowej.

Przyjrzyjmy się poszczegółnym firmom i ich ofertą:

TMS (Texas Memory System):
http://www.ramsan.com/


Jedna z dwóch "dużych" firm nakierowanych na macierze "solid state". Założona w 1978r, pierwsza macierz oparta na flashach (SAM 300) została wypuszczona na rynek w 1990r.
Macierze TMSa noszą nazwę RamSAN i można podzielić je na dwie linie:

Macierze oparte na dyskach SSD flash:
Czyli "tradycyjne" modele macierzy "solid-state" (choć tradycyjne dla tej kategorii produktów, brzmi nieco śmiesznie). W tej klasie dostępne obecnie są następujące rozwiązania:

Ramsan-810
Macierz oparta na dyskach SSD wykonanych w technologii eMLC (więcej o podziale dysków w poprzednim wpisie). Nie mamy wieć tutaj do czynienia z bardzo drogimi dyskami SLC, ale nie wykorzystuje się również "ekonomicznej" klasy MLC. Sama macierz ma wielkość 1U i dostarcza do 10TB przestrzeni. Dostępne interfejsy to FC i Infinband.

Ramsan-710
Podobnie jak 810 macierz wielkości 1U o identycznych dostępnych interfejsach: FC i Infiniband. Główna różnica to wykorzystanie dysków SLC, czyli szybszych, wytrzymalszych ale także o mniejszych pojemnościach, z tego powodu maksymalna pojemność pojedyńczej macierzy to 5TB

Ramsan-640
Nieco większy model macierzy opartej na SSD - wysokość 4U, w całości zbudowana na "enterprise"-owych pamieciach SLC. Sumarycznie może dostarczyć 500.000IOPS i to według specyfikacji producenta zarówno w zapisie jak i odczycie. Przestrzeń jedynie 8TB, no ale nie dla dużego capacity kupuje się macierze "solid state". RamSan-640 obsługuje także technologię FlashBrick dzięki której składające się na nią moduły (2TB każdy) mogą być wymieniane bez utraty znajdujących się na nich danych pomiędzy macierzami.

Ramsan-630
Macierz o wielkości 3U, pamięciach SLC i pojamności 10TB. Widać od razu, że jest to "upgradowany" jeżeli chodzi o gęstość danych model 640. Prawdziwym zaskoczeniem jest jednak jego wydajność - 1.000.000IOPS (czyt: MILION IOPS). Ile w tym marketingu nie wiem - niestety nie miałem okazji sprawdzić.

Ramsan-6300
A to już można powiedzieć powtarzając za skeczem wykonywanym przez popularny kabaret "chłyt małketingowy". Ta macierz to nic innego jak szafa wielkości 42U wyładowana od dołu do góry RamSan-ami-630 (zmieściło się ich 14).
Dzięki temu mamy urzadzenie które jest w stanie wygenerować 14.000.000IOPSów, zapewnia przepustowość 140GB/s i dostarcza 140TB przestrzeni.
Fajne wartości, można się chwalić w folderach i na prezentacjach :D

Ramsan-720
Jeżeli chodzi o ten model to przede wszyskim skupiono się tutaj na dostępności i zapewnieniu ciągłości działania. Pozostałe modele mają wbudowaną pewną redundancje (zasilanie, układ chłodzący) ale same kontrolery były SPOFem. W Ramsan-720 ilość punktów których uszkodzenie spowodowało by zatrzymanie macierzy zostało ograniczone do minimum.
Jeżeli chodzi o szczegóły techniczne to jest to macierz o wysokości 1U i oparta na pamięciach SLC, jak na tak małe wymiary bardzo imponująca jest pojemność - 12TB

Ramsan-820
Rozwiązanie pod względem architektury analogiczne do RamSan-720 z poświęceniem bardzo dużej uwagi kwestią ciągłości działania. Różnica polega na rodzaju wykorzystanych pamięci SSD, zamiast SLC użyto eMLC, które (kosztem trwałości i szybkości) zapewnia większą pojemność.
1U macierzy RamSan-820 to do 24TB przestrzeni.

Macierze oparte na dyskach SSD DRAM:


Superliga jeżeli chodzi o macierze "solid-state", tutaj zamiast pamięci flash do przechowywania danych wykorzystuje się kości DRAM - czasy odpowiedzi są "obłędne", nawet kilka razy mniejsze niż przy "zwykłych" macierzach SSD. Oczywiście ma to swoją cenę, po pierwsze tego rodzaju pamięć jest nieodporna na zanik zasilania, potrzeba więc stosować dodatkowe zabezpieczenia, po drugie pojemności tych urządzeń liczy się raczej w GB niż TB.
Próby liczenia kosztu jednostkowego dla tych urządzeń przyjmując dotychczasowe, najpopularniejsze metryki czyli TB/$ dają przeogromne ceny - wiadomo jednak, że przy tych urządzeniach nie to jest najważniejsze.

TMS oferuje następujące produkty z tej serii:

Ramsan-420
Zbudowana na kościach DDR2 macierz, zapewniająca 256GB przestrzeni. Wydajność to około 600.000IOPS, natomiast czasy odpowiedzi są poniżej 15milisekund (mili, nie mikro!).
Jak na zatrważającą przestrzeń ćwierci TB, macierz zajmuje "zaledwie" 4U - maleństwo :D


Ramsan-440
Model podobny do RamSan-420 ale dzięki lepszemu upakowaniu danych mieści 512GB. Pozostałe parametry bez zmian.


Ramsan-300
Mniejsza i bardziej ekonomiczna wersja od swoich większych braci z serii 4xx. Wielkościowo zmiana jest kosmetyczna (z 4 na 3U) ale pojemność spadała znacznie - do 32GB a ilość obsługiwanych na sekundę operacji wejścia/wyjścia do 200.000.
Jeżeli ktoś chce rozpocząć pracę z macierzami oprartymi na RAMie, a wystarczy mu 32GB przestrzeni to takie rozwiązanie jest pewnie bardzo dobre na start.

---

Nie chcę tego wpisu rozciągać dalej, a w sumie omówiliśmy dopiero pierwszego z kilku producentów oferujących macierze "solid-state" - dlatego też reszta będzie opisana następnym razem.