En la fase de preparación de datos se recomienda el almacenamiento Flash para un mayor rendimiento de lectura/escritura aleatoria. Después, por motivos de instrucción e inferencia, los datos deben enviarse desde la ubicación de almacenamiento, requiriendo un mayor rendimiento y una baja latencia para garantizar una respuesta rápida. Los SSDs NVMe compatibles con PCIe 4.0 cumplen estos requisitos, superando los límites del PCIe 3.0. Los últimos SSDs ofrecen un mayor ahorro de energía, de OPEX, y ofrecen nuevos formatos con una mayor densidad de almacenamiento en el servidor.
El estándar PCIe 4.0 existe desde 2017, pero suele pasar un tiempo hasta que la interfaz está disponible para servidores y almacenamiento. La migración a una nueva tecnología debe coincidir con los planes de actualización del centro de datos. En comparación con PCIe 3.0, PCIe 4.0 ha doblado la tasa de transferencia de 8,0 GT/s to 16,0 GT/s, permitiendo transferir datos a unos dos gigabytes por carril en vez de un gigabyte por carril. Las pruebas han demostrado que con los SSDs con PCIe 4.0 se puede lograr el doble de rendimiento que con las de PCIe 3.0, las IOPS han aumentado hasta un 87 % (Figura 1) y la latencia de escritura también ha disminuido un 67 %.
La actualización a PCIe 4.0 también ofrece ventajas en entornos hiperescala, en la nube y en servidores de uso general. Los servidores web, el procesamiento transaccional en línea (OLTP) y el comercio electrónico dependen en gran medida de los sistemas de gestión de bases de datos relacionales (RDBMS) como MySQL, donde se pueden lograr mejoras considerables en el rendimiento y la latencia.
Para analizar específicamente las posibles transacciones por minuto (TPM) y la latencia, se probó un servidor AMD QCT S5K con SSDs con PCIe 3.0 y con PCIe 4.0[i]. Emulando un entorno de base de datos OLTP MySQL y utilizando un esquema de prueba basado en el banco de pruebas TPC-C. El entorno se configuró para 64 usuarios virtuales con 5000 almacenes de datos cargados y 400 GB de capacidad de almacenamiento en el servidor. El tiempo de respuesta a la consulta se configuró a 1 milisegundo (ms). Empleando HammerDB, una solución líder de evaluación comparativa y de pruebas de carga para bases de datos, se realizaron evaluaciones comparativas de TPM y de latencia.
Empleando transacciones aleatorias de nuevo orden intercaladas con transacciones adicionales, el uso de SSDs con PCIe 4.0 de la serie CD6 de KIOXIA logró más de 1 000 000 TPM, suponiendo una mejora del 89,9 % con respecto a SSDs con PCIe 3.0. La latencia también mejoró notablemente. La serie CD6 alcanzó una latencia de lectura promedio de solo 0,16 ms y una latencia de escritura promedio de 0,73 ms. Esto es una mejora del 66 % y del 90 %, respectivamente.
Con las mejoras del PCle 4.0, los costes de infraestructura se reducen. La cantidad de DRAM necesaria para los servidores es menor, ofreciendo una mejora del rendimiento a los clientes. Por ejemplo, tras limitar el uso de DRAM a 32 GB en MySQL, el servidor de serie CD6 con PCIe 4.0 logró más de 600 000 TPM bajo las mismas condiciones de prueba. La implementación con PCIe 3.0, con MySQL configurado con 64 GB de DRAM, solo logró unos 560 000 TPM.
El OPEX es clave en la definición de un servidor. Los SSDs ofrecen ahorros de energía y un menor coste de sustitución de las unidades. Según la UE, se espera que el consumo de energía anual de los productos de almacenamiento de energía alcance 30 TWh en 2030, o 47 TWh, al incluir la infraestructura (como las fuentes de alimentación ininterrumpida y los sistemas de refrigeración)[ii]. Esto se traduce directamente en gastos finales para los operadores de centro de datos, por lo que sustituir SSDs por versiones con menor consumo es importante.
La familia CD6-R NVMe 1.4 con formato de 2,5 pulgadas de KIOXIA requiere 19,0 W en estado activo (capacidad de 15 360 GB) y 5,0 W en estado de alerta. El firmware de la unidad admite seis modos de alimentación y cumple la normativa UE 2019/424 sobre diseño ecológico para servidores y productos de almacenamiento de datos[iii].
Con un valor de MTTF (Mean Time to Failure) de 2 500 000 horas, se puede planificar cuantos SSDs hay que tener en stock local para posibles sustituciones. Aunque la sustitución de las unidades no es un gran problema, la necesidad de recrear el almacenamiento es un reto. Por lo que es vital utilizar unidades que faciliten el mantenimiento de los servidores, manteniendo la capacidad de almacenamiento disponible en los niveles mas altos posibles.
Gracias a los esfuerzos de la Storage Networking Industry Association (SNIA), se ha reconocido que la refrigeración de los SSDs se puede implementar más eficientemente utilizando formatos que se ajustan mejor a la memoria Flash de estado sólido. Las últimas unidades SSD NVMe de la familia XD6 de KIOXIA se ofrecen en un formato de SSD empresarial y de centro de datos (EDSFF). Al proporcionarse en un E1.S asimétrico, permite a los centros de datos implementar un almacenamiento más denso , mejorando la refrigeración y reduciendo OPEX.
El almacenamiento desagregado también se beneficiará de la migración a las unidades SSD PCIe 4.0. NVMe over Fabrics, o NVMe-oF, ofrece una mayor capacidad de utilización y disponibilidad de almacenamiento a la vez que mejora la eficiencia. KumoScale, la solución NVMe-oF de KIOXIA, gestiona el almacenamiento de la misma forma que Kubernetes® gestiona aplicaciones basadas en contenedores. KumoScale en Linux soporta cualquier SSD compatible con NVMe™ y cualquier cliente compatible con NVMe-oF. Al ignorar por completo la pila de E/S del sistema operativo Linux, es posible transmitir al cliente todo el rendimiento de la interfaz PCIe 4.0.
Gracias a un mejor TPM, es posible reducir los requisitos de DRAM en los servidores de bases de datos MySQL y, a su vez, mejorar el rendimiento. Los SSDs NVMe con PCIe 4.0 se benefician de los últimos formatos definidos en EDSFF, permitiendo mayores ahorros de OPEX gracias un almacenamiento de mayor densidad y una mejor gestión térmica.
[i] https://business.kioxia.com/content/dam/kioxia/shared/business/ssd/doc/KIOXIA_MySQL_CD6_Application_Brief_v1_1a.pdf
[ii] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?qid=1553786820621&uri=CELEX%3A32019R0424
Persona de contacto en KIOXIA
[email protected] à Iberia Sales Manager at KIOXIA Europe GmbH