SSD池化的必然趨勢
AI 、大數(shù)據(jù)及云業(yè)務(wù)的快速普及，導(dǎo)致數(shù)據(jù)呈井噴式增長。為了滿足社會智能化發(fā)展的需要，企業(yè)對其IT基礎(chǔ)設(shè)施的算力和存儲性能的需求日益提高，其表現(xiàn)為在服務(wù)器層面，一個重要的需求就是內(nèi)存提供更大的容量來處理需要分析的數(shù)據(jù)， 其數(shù)據(jù)容量動輒幾百GB乃至上TB級的容量；但是在一臺服務(wù)器上對于內(nèi)存的無限增加無論從可行性上還是成本上都是個難題。隨著NVMe SSD的性能越來越高，容量越來越大，成本日趨合理。為了應(yīng)對遠(yuǎn)大于內(nèi)存容量上限的上TB級數(shù)據(jù)的處理，越來越多的用戶選擇把NVMe SSD用于充當(dāng)內(nèi)存的Cache，存儲那些體量大，但不需要頻繁修改的數(shù)據(jù)。因此，配置NVMe SSD成為了高性能計算服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)配置。
SSD池化的瓶頸效應(yīng)
NVMe SSD相比傳統(tǒng)的機械硬盤，IO處理能力不管是在小文件傳輸、還是大文件傳輸上都有了數(shù)量級的提高；但是，相比于內(nèi)存的IO處理能力而言，還是有著非常大的差距（如下圖所示），這也成為了制約NVMe SSD應(yīng)用和在高性能計算平臺普及的一個重要因素。
當(dāng)然，為了解決NVMe SSD傳輸?shù)男阅芷款i，可以在每個服務(wù)器上配置多塊SSD做Raid0，這樣可以提高SSD的性能。但是， 這樣做會明顯推高單臺服務(wù)器上SSD的配置成本，而且SSD的容量浪費會變得異常明顯。
圖1 ：A代表配置一塊NVMe SSD的服務(wù)器，B代表配置多塊NVMe SSD的服務(wù)器，C代表采用了InfiniBand網(wǎng)絡(luò)NVMe over Fabric的SSD池化方案， 多臺服務(wù)器共享NVMe SSD,在配置NVMe SSD的服務(wù)器上配置高性能并行文件系統(tǒng)，將SSD共享給每一臺計算服務(wù)器，實現(xiàn)高IO訪問同時，SSD 容量利用率也得到了大幅提高
高性能網(wǎng)絡(luò)SSD池化最佳融合實踐
因此，NVIDIA網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部聯(lián)合西部數(shù)據(jù)公司和北京極客天成科技有限公司，針對這一問題開展了基于InfiniBand網(wǎng)絡(luò)的NVMe Over Fabric的高性能并行文件系統(tǒng)的嘗試，將NVMe SSD池化，然后通過網(wǎng)絡(luò)共享給對應(yīng)的計算節(jié)點。在低成本和高性能中給出了最佳的融合實踐。
該實踐是在兩臺服務(wù)器上部署并完成測試的，其中一臺服務(wù)器作為存儲節(jié)點配置了12塊西部數(shù) 據(jù)Ultrastar DC SN840 6.4TB的NVMe SSD，單SSD盤的4K隨機讀IO性能高達每秒780K，隨機 寫IO性能高達每秒253K，128K文件的隨機寫帶寬高達3.2GBps，128K文件的隨機讀帶寬高達 3.47GBps，高性能且速率穩(wěn)定的SSD保證了整體測試的質(zhì)量。另外一臺服務(wù)器配置為計算節(jié)點，兩臺服務(wù)器均配置NVIDIA Mellanox的最新200GbpsHDR InfiniBand網(wǎng)卡，通過HDR交換機連接，InfiniBand網(wǎng)絡(luò)的超高轉(zhuǎn)發(fā)速率，且不丟包的特性對于高性能Cache池的應(yīng)用至關(guān)重要，讓用戶不必?fù)?dān)心在頻繁的數(shù)據(jù)交換過程中由于突發(fā)的報文丟包而造成轉(zhuǎn)發(fā)性能下降；同時，將 12塊NVMe SSD通過極客天成的高性能并行文件系統(tǒng)整合成一張性能和容量超大的共享網(wǎng)盤，共享給計算節(jié)點使用，并通過文件系統(tǒng)將所有的SSD盤管理起來，實現(xiàn)了高性能和高性價比的兼顧，構(gòu)建出池化方案的基本輪廓。
實踐數(shù)據(jù)如下：
圖2：4K FIO測試數(shù)據(jù) 在 12塊NVMe SSD的情況下，隨機讀性能為1.97MIOPS，隨機寫性能為4.16MIOPS，隨機讀+隨機寫的性能為 3.55MIOPS
圖3：128K FIO測試數(shù)據(jù) 在6塊NVMe SSD盤的情況下，隨機讀的性能為 19GBps，隨機寫的性能為26.2GBps，隨機讀+隨機寫的性能為30.4GBps
總結(jié)
通過測試數(shù)據(jù)對比NVMe SSD池化方案與本地內(nèi)存采用Ramdisk方案的數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，基于InfiniBand網(wǎng)絡(luò)的NVMe SSD池作為Cache的性能已經(jīng)明顯得到優(yōu)化，達到了接近內(nèi)存的效果。
從以上的測試結(jié)果不難看出，基于InfiniBand網(wǎng)絡(luò)的SSD池化方案，可以經(jīng)濟地實現(xiàn)超高性能的Cache池來加速應(yīng)用，成 為一種新型數(shù)據(jù)中心高性能Cache池的通用架構(gòu)。
注：一兆字節(jié)等于一百萬字節(jié)，一千兆字節(jié)等于十億字節(jié)，一百萬兆字節(jié)等于一萬億字節(jié)，由于操作環(huán)境的原因，實際用戶容量可能略少。
關(guān)于NVIDIA
NVIDIA（納斯達克股票代碼：NVDA）1999年發(fā)明的GPU驅(qū)動了PC游戲市場的增長，并重新定義了現(xiàn)代計算機圖形、高性能計算和人工智能。NVIDIA在加速計算和AI領(lǐng)域的創(chuàng)舉正在重塑交通，醫(yī)療健康和制造業(yè)等價值數(shù)萬億美元的產(chǎn)業(yè)，并推動了許多其他產(chǎn)業(yè)的增長。
關(guān)于西部數(shù)據(jù)公司
西部數(shù)據(jù)公司作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)者，為用戶提供創(chuàng)新的存儲技術(shù)和解決方案，幫助用戶獲取、保存、訪問和轉(zhuǎn)換日益多樣化的數(shù)據(jù)。從高級數(shù)據(jù)中心、移動傳感器到個人設(shè)備，數(shù)據(jù)無所不在，西部數(shù)據(jù)提供業(yè)界領(lǐng)先的解決方案來探索數(shù)據(jù)的可能性。西部數(shù)據(jù)公司以數(shù)據(jù)為中心的解決方案由Western Digital TM（西部數(shù)據(jù)）、SanDisk TM（閃迪）、WDTM（西數(shù)）、WD_BLACK TM 品牌組成。
關(guān)于北京極客天成科技有限公司
北京極客天成科技有限公司以高通量分布式集群存儲為先鋒，圍繞軟件定義、智能化、安全可靠，NVMe Over Fabric構(gòu)建了完全自主可控的分布式存儲產(chǎn)品線和解決方案，主要解決用戶海量數(shù)據(jù)下的高性能低時延數(shù)據(jù)讀寫難題，可為用戶的數(shù)據(jù)中心提供創(chuàng)新和高效的存儲及數(shù)據(jù)管理方案
