Dlaczego efektywność energetyczna ma znaczenie w przypadku dysków SSD NVMe® klasy Enterprise?

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na pamięć masową, efektywność energetyczna staje się równie ważna jak wydajność. Ten wpis na blogu wyjaśnia, w jaki sposób dyski SSD NVMe® klasy Enterprise mogą poprawić zużycie energii, wspierać cele zrównoważonego rozwoju i pomóc projektantom zmaksymalizować gęstość szaf w nowoczesnych centrach danych.

W miarę jak centra danych klasy Enterprise ewoluują, aby obsługiwać coraz bardziej wymagające obciążenia - zwłaszcza w kontekście szybkiego rozwoju sztucznej inteligencji - dyskusja wykracza poza samą wydajność. Przepustowość, opóźnienia i IOPS pozostają kluczowe, ale efektywność energetyczna stała się równie strategicznym priorytetem. W związku z coraz większą kontrolą kosztów energii i celów zrównoważonego rozwoju, uwaga skupia się obecnie na dyskach SSD jako kluczowym narzędziu optymalizacji zużycia energii przy jednoczesnym ciągłym zwiększaniu pojemności pamięci masowej i zestawów funkcji.

Efektywność energetyczna w dyskach SSD NVMe® klasy Enterprise to zdolność do zapewnienia wymaganej wydajności - przepustowości, IOPS i QoS - przy jednoczesnym zużyciu jak najmniejszej ilości energii elektrycznej. Najistotniejszym miernikiem jest użyteczna praca wykonana na wat, taka jak GB/s na wat lub IOPS na wat, a nie samo niskie zużycie energii. Ma to znaczenie, ponieważ dyski SSD klasy korporacyjnej muszą spełniać wysokie wymagania dotyczące przepustowości i stałej responsywności, pracując w ramach ścisłych ograniczeń dotyczących zasilania, temperatury i gęstości szafy. Wraz ze wzrostem pojemności pamięci masowej i szybszymi interfejsami PCIe®, minimalizacja zużycia energii stała się kluczowym celem projektowania.

Wyzwanie jest szczególnie istotne, ponieważ dyski SSD klasy korporacyjnej rzadko pracują nieprzerwanie z maksymalną wydajnością. Dyski mogą spędzać znaczne okresy w trybie gotowości, przetwarzania w tle lub przy niewielkim obciążeniu. Poprawa wydajności w tych okresach bezczynności i bliskich bezczynności może zmniejszyć całkowite zużycie energii, wymagania dotyczące chłodzenia i koszty operacyjne w całej flocie pamięci masowej.

Dlaczego niższe zużycie energii ma znaczenie

Optymalizacja zużycia energii na poziomie dysków SSD przynosi korzyści w całym centrum danych.

• Niższe koszty operacyjne: Energia jest bezpośrednim kosztem operacyjnym. W przypadku wdrożeń na dużą skalę w przedsiębiorstwach nawet niewielkie zmniejszenie zużycia energii na dysk może przynieść znaczące oszczędności, po przemnożeniu przez setki lub tysiące dysków SSD. Na przykład, dynamicznie wyłączając nieużywane funkcje, można osiągnąć redukcję zużycia energii od 10 do 50%. Niższe zużycie energii przez urządzenia pomaga również zmniejszyć zapotrzebowanie na energię przez infrastrukturę pomocniczą, w tym systemy zasilania i chłodzenia.
• Niższe zapotrzebowanie na chłodzenie: Energia pobierana przez dysk SSD ostatecznie zamienia się w ciepło. Zmniejszenie zużycia energii przez dysk SSD zmniejsza zatem ilość ciepła wytwarzanego wewnątrz serwerów i systemów pamięci masowej. To bezpośrednio zmniejsza zapotrzebowanie na zasoby chłodzące - zarówno chłodzenie elektryczne, jak i wodne – zmniejszając obciążenie układu chłodzenia, poprawiając ogólną wydajność systemu i przyczyniając się do obniżenia całkowitych kosztów operacyjnych. Lepsze wykorzystanie energii na poziomie szafy serwerowej: Serwery i platformy pamięci masowej działają w określonych zakresach mocy. Bardziej wydajne dyski SSD dają projektantom systemów większą elastyczność w zakresie równoważenia wydajności, pojemności i liczby dysków bez przekraczania limitów na poziomie platformy lub szafy. Jest to szczególnie ważne w przypadku systemów korporacyjnych o wysokiej gęstości i środowisk hiperskalowalnych, w których dostępność energii może ograniczać liczbę dysków zainstalowanych na każdym serwerze.
• Większa stabilność: Infrastruktura pamięci masowej ma znaczący wpływ na całkowite zużycie energii w centrum danych. Poprawa wydajności dysków SSD wspiera szersze inicjatywy na rzecz zrównoważonego rozwoju poprzez zmniejszenie zużycia energii i związanego z tym wpływu na emisję dwutlenku węgla związanego z eksploatacją flot pamięci masowych.
• Wyższa wydajność w stanie spoczynku: Pobór mocy w stanie spoczynku jest ważnym wskaźnikiem dla dysków SSD klasy korporacyjnej, ponieważ dyski często spędzają znaczną ilość czasu poza szczytową aktywnością. Dysk może oczekiwać na nowe żądania, wykonywać operacje w tle lub obsługiwać obciążenie, które wykorzystuje jedynie ułamek dostępnych zasobów. Optymalizacja tych stanów może mieć znaczący wpływ na całkowite zużycie energii w całym okresie eksploatacji urządzenia. Flashtec® NVMe 5016 pokazuje, jak programowalny kontroler NVMe może równoważyć wydajność i pobór mocy poprzez dynamiczne zarządzanie zasobami wewnętrznymi, w tym rdzeniami procesora, interfejsami aplikacji i częstotliwościami taktowania.

Flashtec NVMe 5016

Kontroler Flashtec NVMe 5016 został zaprojektowany do obsługi aplikacji korporacyjnych, takich jak przetwarzanie transakcji online, przetwarzanie danych finansowych, eksploracja baz danych i inne aplikacje wrażliwe na opóźnienia i wydajność. Ponadto zaspokaja rosnące potrzeby AI dzięki wyższej przepustowości do odczytu i zapisu dużych zestawów danych używanych w szkoleniu modeli i przetwarzaniu wnioskowania oraz zapewnia wysoką przepustowość niezbędną do szybkiego przenoszenia dużych wolumenów danych między zasobami pamięci masowej a zasobami obliczeniowymi. Przy wydajności odczytu sekwencyjnego przekraczającej 14 GB na sekundę kontroler NVMe 5016 maksymalizuje wykorzystanie cennych zasobów obliczeniowych w tradycyjnych i akcelerowanych przez AI serwerach przy wymagających obciążeniach.

Oprócz obsługi najnowszego standardowego interfejsu hosta NVMe, kontroler NVMe 5016 jest zaprojektowany do wysokiej losowej wydajności odczytu 3,5 mln IO na sekundę i profilu zasilania skoncentrowanego na potrzebach centrów danych wrażliwych na zużycie energii, dostarczając ponad 2,5 GB danych na wat. Kontroler NVMe 5016 wykorzystuje zaawansowane technologie węzłów i obejmuje funkcje zarządzania energią, takie jak automatyczne wyłączanie rdzeni procesora i autonomiczne możliwości redukcji mocy. Aby obsługiwać najnowszą pamięć Flash, w tym technologie Quad-Level Cell (QLC), Triple-Level Cell (TLC) i Multi-Level Cell (MLC) NAND, kontroler NVMe 5016 zapewnia silny kod korekcji błędów (ECC). Wszystkie operacje zarządzania pamięcią Flash są wykonywane na chipie, zużywając pomijalne zasoby przetwarzania hosta i pamięci.

Elastyczność i skalowalność kontrolera NVMe 5016 pomagają obniżyć całkowity koszt posiadania, ponieważ zaawansowane możliwości wirtualizacji, takie jak wirtualizacja pojedynczego wejścia/wyjścia (SR-IOV), wiele funkcji fizycznych i wiele funkcji wirtualnych na funkcję fizyczną, maksymalizują wykorzystanie zasobów PCIe. Spójna, programowalna platforma daje deweloperom, którzy planują wykorzystać elastyczne umieszczanie danych (FDP) na swoich dyskach SSD, kontrolę w celu maksymalizacji wydajności, efektywności i niezawodności zasobów Flash na dysku SSD. W połączeniu z silnikiem kredytowym Microchip do dynamicznego przydzielania zasobów kontroler NVMe 5016 umożliwia niezawodne usługi w chmurze na żądanie.

Wraz ze wzrostem objętości pamięci masowej danych odpowiednio wzrasta ryzyko zagrożeń bezpieczeństwa, co podkreśla konieczność stosowania solidnych i niezawodnych środków bezpieczeństwa. Kontroler Flashtec NVMe 5016 został zaprojektowany w celu zapewnienia integralności i niezawodności na poziomie przedsiębiorstwa z kompleksową ochroną danych, nieprzerwanymi operacjami i ochroną poufnych informacji.

Funkcje bezpieczeństwa zostały zintegrowane z kontrolerem NVMe 5016, aby pomóc zachować integralność zarówno oprogramowania układowego, jak i danych przez cały cykl życia - od uruchomienia fabrycznego do wycofania. Funkcje te obejmują Secure Boot ze sprzętowym Root-of-Trust, uwierzytelnianie podwójnym podpisem w celu ułatwienia weryfikacji OEM systemu, lub użytkownika końcowego, obsługę różnych standardów bezpieczeństwa za pomocą różnych algorytmów uwierzytelniania, ochronę danych użytkownika za pomocą szyfrowania zarówno danych w tranzycie (poziom łącza), jak i danych w spoczynku (poziom nośnika) oraz zaawansowane praktyki zarządzania kluczami. Praktyki te są zgodne z rygorystycznymi protokołami bezpieczeństwa, w tym standardami Federal Information Processing Standard (FIPS) 140-3 Level 2 i Trusted Computing Group (TCG) Opal.

Pod względem integralności i niezawodności danych kontroler oferuje nakładającą się kompleksową ochronę danych z NVMe Protection Information (NVMe PI) i korekcją pojedynczego błędu i wykrywaniem podwójnego błędu (SECDED) ECC oraz zaawansowaną korekcję błędów za pomocą Adaptive LDPC. Obejmuje również mechanizmy odzyskiwania po awarii wykorzystujące techniki Redundant Array of Independent Disk (RAID), co dodatkowo wzmacnia odporność systemu pamięci masowej.

Narzędzia programistyczne

Kontroler dysku SSD Flashtec NVMe 5016 PCIe Gen 5 obsługiwany jest przez ekosystem narzędzi, w tym płyty ewaluacyjne PM35160-KIT i PMT35161-KIT w różnych opcjach NAND, zestaw SDK (Software Development Kit) z oprogramowaniem układowym front-end zgodnym ze standardem PCIe, narzędzie ChipLink firmy Microchip do zaawansowanego debugowania i wiele innych.

Źródło: Microchip Technology Inc. Tłumaczenie: Gamma Sp. z o.o.

Gamma Sp. z o.o. jest autoryzowanym dystrybutorem rozwiązań firmy Microchip Technology Inc. w Polsce. Zachęcamy do kontaktu z naszym działem handlowym.