Warum ist CEPH auf ARM-Prozessoren eine Killer-Kombination für Storage?

Wie ARM64 traditionelle X86-Prozessoren in den Schatten stellt

Wer denkt, ein leistungsfähigerer Prozessor sei ein besserer Prozessor, irrt. Für Storagesysteme gilt das nicht. Ein Datenspeicher benötigt nur eine bestimmte, kleine Menge Rechenleistung. Konnektivität und die Effizienz von Ein- und Ausgabe sind für die Speicherung weitaus wichtiger als die Verarbeitungsleistung.

Tatsächlich kann zu viel Rechenaufwand negative Folgen für die Speicherung haben, beispielsweise durch die Erzeugung von überschüssiger Wärme, die sich wiederum auf die Betriebskosten und die Datenzuverlässigkeit auswirkt. In den meisten SDS-Anwendungen (Software Defined Storage) spielt 64-Bit-ARM (ARM64) eine wichtige Rolle bei der Optimierung der Speicherleistung.

Dieser Text untersucht, warum ARM64 so hervorragend für die Speicherung geeignet ist, warum Ceph und ARM eine Killer-Kombination sind und wo herkömmliche x86-Systeme zu kurz kommen. Ceph wird so zum echten Enterprise-Storage.

Abgesehen von einigen wenigen Ausnahmen eignet sich der ARM64-Prozessor im Vergleich zu einem herkömmlichen X86-Chip deutlich besser für Speichersysteme, da er Rechenleistung und Energieeffizienz in Einklang bringt. Im Gegensatz dazu konzentriert sich die X86-Architektur eher auf das Rechnen, was im Widerspruch zu den Anforderungen des Storagesystems steht. Wenn Sie zu viel Rechenleistung für die Speicherung verwenden, müssen Sie negative Kompromisse bei Kosten, Komplexität und Stromverbrauch eingehen.

Verglichen mit Storagesystemen, die auf einer X86-basierten Architektur aufbauen, bietet HyperDrive von SoftIron vier Hauptvorteile:

  • Erhöhte Zuverlässigkeit
  • Bessere Performance
  • Reduzierter Stromverbrauch
  • Niedrigere Kosten

Auf der Abbildung sehen Sie ein Beispiel dafür, wie sich der Prozessor eines Speichergeräts direkt auf die Leistung auswirkt. Die Ergebnisse stammen aus einem Vergleich von Drittanbietern mit der Leistung der SoftIron-Speicher-Appliance gegenüber einem Intel® Xeon® E5-basierten Server mit X 86-Dual-Socket.

Für den Cache-Zugriff zeigte die SoftIron-Appliance eine Leseleistung, die besonders für kleinere Objekte auffallend gut war. In diesem Zugriffsmuster hatte der SoftIron-Cluster eine maximale Lesebandbreite von 606 MB pro Sekunde und die Referenzplattform eine maximale Schreibbandbreite von 740 MB pro Sekunde.

Die SoftIron-Leseleistung war mit 3.300 MB pro Sekunde ebenfalls sehr hoch und lag weit über der maximalen Lesebandbreite der Referenzplattform von 2.294 MB pro Sekunde, was erstaunliche 44 Prozent schneller als das Referenzsystem ist. Besuchen Sie die Website von SoftIron, um weitere Informationen und alle Leistungsergebnisse zu erhalten.

ARM64 verfügt über einige einzigartige Eigenschaften, die es ideal für die Verwendung in Storagesystemen machen:

ARM verbraucht viel weniger Strom für die Speicherung von Daten

Herkömmliche x86-Chips weisen bei der Aggregation von Medien = Festplatten keine gute Leistung auf und glänzen nur bei geringer Konnektivität und im Streaming. Sie verfügen über mehr Rechenleistung als im Allgemeinen für die Speicherung erforderlich ist. Das erzeugt zusätzliche Wärme. Zu viel Wärme in einem Speichergerät erhöht die Stromkosten und senkt die Effizienz. Außerdem ist dies eine häufige Ursache für Datenunzuverlässigkeit aufgrund übermäßiger Hitzeeinwirkung auf das Speichermedium. Es ist ein Teufelskreis, der sich vor allem schlecht auf den Speicher auswirkt – und alles beginnt mit der Verwendung des falschen Siliziums für den Job.

ARM verwendet die sogenannte SoC-Architektur

ARM verwendet den SoC-Ansatz (System on a Chip), keinen Chipsatz wie X86. Ein SoC ist die gleiche Art von integrierter Schaltung, die auf dem Markt für mobile Computer verwendet wird. Integrationsvorteile führen zu einer besseren Ein- und Ausgabe und einem insgesamt aggregierten Durchsatz bei geringerer Wärmeentwicklung.

Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Motherboard-basierten Architekturen wie X86, bei denen die Komponenten nach Funktionen getrennt und über einen Aggregationspunkt verbunden sind. SoCs kombinieren alle Komponenten zu einer einzigen Maschine: das verbessert die Leistung und senkt den Stromverbrauch.

AMDs ARM64 glänzt im softwaredefinierten Speicher

Der ARM64-Serverchip von AMD, der als Opteron A1100 vermarktet wird, eignet sich sehr gut für die Speicherung, da er wenig Strom benötigt und gleichzeitig Rechenleistung und Energieeffizienz mit einer tief integrierten und großflächigen Medienkonnektivität in Einklang bringt. Der Prozessor führt I/O-intensive Workloads mit anwendungsoptimierter Leistung und geringem Stromverbrauch aus.

AMD hat ihn entwickelt, um skalierbare Speicheranwendungen mit minimalen Kosten und maximaler Energieeffizienz auszuführen. X86-Plattformen benötigen im Vergleich dazu viel Strom, was wiederum viel Wärme erzeugt und dann sowohl auf Appliance- als auch auf Rechenzentrumsebene eine enorme Menge an Kühlung benötigt.

Niedrigere Betriebstemperaturen senken nicht nur die Stromverbrauchskosten, sondern sie erhöhen vor allem die Datenzuverlässigkeit, die für die Speicherung von entscheidender Bedeutung ist. Höhere Innentemperaturen wirken sich ungünstig auf Datenausfallraten und MTBF (Mean Time Between Failure) für Festplatten aus. Der ARM64 von AMD verbraucht weniger Strom, ist also effizienter, kostengünstiger und zuverlässiger.

SoftIron HyperDrive kehrt außerdem den Luftstrom im Vergleich zu den üblichen Speichergeräten um, sodass das Speichermedium zuerst kühle Umgebungsluft erhält, bevor es über die Prozessoren geleitet wird. Dies verhindert, dass die Speichermedien von den Prozessoren „gekocht“ werden, wie dies bei herkömmlichen Systemen häufiger der Fall ist.

HyperDrive = Ceph auf ARM64

ARM64 spielt eine entscheidende Rolle für die Effizienz, die hervorragende Leistung und den geringen Stromverbrauch von HyperDrive – und das alles zu einem kostengünstigen Preis. Ceph ist die führende Open-Source-Plattform für softwaredefinierten Speicher. Daher war es eine logische Entscheidung, ARM mit Ceph zu koppeln, als SoftIron HyperDrive entwickelte. ARM64 ist entscheidend für die Nutzung der umfangreichen Funktionalität von Ceph auf folgende Weise:

  • Skalierbare Leistung:

    HyperDrive lässt sich mithilfe der verteilten Speicherfunktion von Ceph horizontal skalieren. Durch die Verteilung der Last erhalten Sie die bestmögliche Leistung. Je mehr HyperDrive-Appliances zum Ceph-Cluster hinzugefügt werden, desto exponentieller steigen die Lese- / Schreibleistung und die Skalierbarkeit.

  • Beispiellose Geschwindigkeit:

    Der Hersteller hat HyperDrive so konzipiert, dass Ceph-Elemente in der Hardware ausgeführt werden. Dies hat zwei Hauptvorteile: schnelle Geschwindigkeit und maximale Dichte. Da die Software und Hardware von HyperDrive vollständig integriert sind, bietet SoftIron ein unübertroffenes Maß an Kontrolle bei der Optimierung der Geschwindigkeit von HyperDrive. Dank des kompakten SoC von ARM verfügt HyperDrive über einen 1U-Formfaktor, der Platz im Rack und im Rechenzentrum spart.

  • Optimierte Speicherhardware:

    Sowohl die Software als auch die Hardware von HyperDrive sind von Grund auf so entwickelt und gebaut, dass eines sehr gut funktioniert: Speicher. Das Ergebnis ist eine Leistung mit Kabelgeschwindigkeit, die den branchenüblichen x86-Hardwarestandard für eine Speicher-Appliance übertrifft.

  • Am äußersten Ende des Spektrums ist ARM64 so stromsparend und dicht, dass mehrere Prozessoren pro 1U HyperDrive verwendet werden können, um Dichte und Leistung sowie den Gesamtspeicher direkt zu skalieren, und das alles mit direkter Konnektivität zu jedem Speichermedium.
    Im Gegensatz zu x86-Dual-Socket-Anordnungen skaliert SoftIron die direkte Konnektivität und Leistung, versucht jedoch nicht, eine einzelne Compute-Engine zu skalieren. Das unnötige Skalieren von Berechnungen ist nicht nur für die Speicherung sinnlos, sondern auch das Gegenteil dessen, was zum Erreichen performanter Ergebnisse erforderlich ist.

Wo x86 aber trotzdem glänzt?

Wir haben die Vorteile von ARM64-basierten Speichergeräten oben ausführlich behandelt. X86 verdient jedoch durchaus auch einen Platz in der Storage-Landschaft, jedoch nur einen sehr speziellen. X86-Geräte ergeben Sinn, wenn sie an sehr schnelle Medien wie NVMe angeschlossen sind und die Netzwerkinfrastruktur und die Anforderungen eine Geschwindigkeit von 40 GbE und mehr erfordern. SoftIron hat dies früh erkannt und sein Portfolio an HyperDrive Storage Appliances sorgfältig zusammengestellt, um ARM64 und x86 in den richtigen Rollen und Konfigurationen zu verwenden.

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