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ビジネスクリティカルなワークロードに
必要なパフォーマンス、信頼性、拡張性
を備えたFAS8080 EX
Steven Miller
Steven Miller
シニア テクニカル ディレクター兼プラットフォーム アーキテクト

FAS8000:エンタープライズ向けスケールアウト ストレージ数カ月前にNetApp® FAS8000がリリースされた際、読者の皆様の多くは、この先まだ何かが控えているのでは、と感じられたのではないでしょうか。その「何か」が、ネットアップ史上最もパワフルで高機能なFASストレージ システム、FAS8080 EXです。

ネットアップは、この新しい主力製品であるFASシステムの設計にあたって、ユーザ数の多いパブリック クラウド環境やプライベート クラウド環境、Oracle®データベースやSAPのようなビジネス クリティカルなアプリケーション ワークロードをはじめとする、極めて要件の厳しいストレージ タスクに対応できるだけの物理CPUキャパシティ、卓越したI/Oスループット、傑出した信頼性を組み込みました。

FAS8080 EXは、他のFAS8000ファミリー製品と同様にNetApp® clustered Data ONTAP®オペレーティング システムを実行し、clustered Data ONTAPのすべての機能(ノンストップ オペレーション、先進的なStorage Efficiency、統合データ プロテクション)を提供します。また、設計が最適化されているため、オールフラッシュ構成、ハイブリッド ストレージ構成のいずれにおいても、超高速パフォーマンスでSSDのI/O要件を満たします。後ほどご紹介する、FAS8080 EXが達成している数値をご覧いただけば、それ以上の説明はいらないでしょう。 高い物理パフォーマンス、可用性、ネットアップの実績のあるデータ管理機能を兼ね備えているFAS8080 EXは、極めてクリティカルなワークロードをサポートします。数百万IOPS、数十ペタバイトまでスケールアウトできるため、多様なストレージ ワークロードを並行して大量に処理できます。

FAS8080 EXは、ユニファイド スケールアウト アーキテクチャ、NetApp FlexArray" ソフトウェアを使用した他社製ストレージ アレイの仮想化機能など、先行して発売されたFAS8000シリーズと共通の機能を多数搭載しています。FAS8080 EXの全体像をお知りになりたい場合は、私が執筆したFAS8000に関する記事をどうぞご覧ください。この記事では、FAS8080 EXを他に類を見ないストレージにしている要素を取り上げたいと思います。

FAS8080 EXの設計

昨今のデータセンターでは、ストレージ システムにますます多くの要件が課されるようになっています。その背景には、ドライブ数が増えたり、SSDのような高速ドライブが出現していることがありますが、それだけではありません。圧縮などのストレージ効率化テクノロジや、レプリケーション、バックアップなどのバックエンド ワークロードも負荷の増大の一因となっています。ストレージ システムには、ますます多くが求められ、こうした要求にCPUやI/Oチャネルが対応しきれなくなっていることもあります。

実は、私はネットアップ社内で、「人目を引くのはCPUだが、肝心なのはI/O(ゴルフの観衆の目を引くのはドライバー ショットのうまい選手だが、最終的に賞金を手にするのはパッティングのうまい選手、のもじり)」を持論としていることで知られていますが、FAS8080 EXの場合、圧倒的なCPUキャパシティとI/Oを兼ね備えており、現代のデータセンターの要件を満たすことができます。FAS8080 EXの設計チームは、前世代のFASでユーザの皆様から好評だったすべての機能とFAS8000シリーズの機能を次の次元に高めるという方針の下、FAS8080 EXを設計しました。以下にご紹介するリソースを追加したことによって、FAS8080 EXは、業界をリードする優れたパフォーマンスを提供し、負荷の下でも一貫したパフォーマンスを提供できるストレージ システムとなりました。

Ivy Bridgeプロセッサ

FAS8080 EXとFAS6290や他のFAS8000モデルとの大きな違いは、まずCPUの設計にあります。FAS8080 EXは、他のFAS8000モデルで採用しているIntel® Sandy Bridgeプロセッサではなく、Intelの最新のIvy Bridgeプロセッサを搭載しています(このことが、FAS8080 EXを同時にリリースできなかった理由の1つとなりました)。Ivy Bridgeプロセッサは、コアあたりのパフォーマンスが約10%向上しています。

また、設計チームは、FAS8080 EXのコア数を増やしてコントローラあたり20コアを搭載し(HAペアあたり40コア、FAS8060のコア数より25%増)、クロック レートも2.1GHzから2.8GHzに上げました(33%増)。その結果、FAS8080 EXの物理演算能力は、FAS8060やFAS6290より50%以上向上しました。この物理演算能力をストレージの処理能力にどれだけ転換できるかどうかは、ワークロードによって異なりますが、このあとすぐにご紹介するように、総合的なパフォーマンスは大きく向上します。

メモリ

メモリの搭載量とパフォーマンスも大幅に拡張しました。FAS8080 EXは、コントローラあたり128GBのメモリ(HAペアあたり256GB)を搭載し、コントローラあたりのメモリ帯域幅は約100GB/秒です。これは、FAS8060が搭載するメモリの2倍で、FAS6290からは33%増えています。

新しいNVRAM設計

NVRAMは、FASの書き込みパフォーマンスに重要な役割を果たしています。低速なHDD構成であっても極めて低いレイテンシで書き込みを実行できるのは、NVRAMの存在があるからです。FAS8000シリーズに採用されている新しいNVRAM9アーキテクチャは、NVRAM8の2倍の帯域幅を提供します。FAS8080 EXは、HAペアあたり32GBのNVRAMを搭載しています。これは、FAS8060の搭載量の2倍に当たります。NVRAM9はマザーボードに組み込まれるため、拡張スロットを一切消費しません。

NVRAMが増えたことによって、特にラージ シーケンシャル ライトのパフォーマンスが大きく向上します。シーケンシャル ライトは、ランダムI/Oの多くにも要素の一部として含まれており、たとえばOLTPの場合、ログの記録はシーケンシャル ライトです。大量のシーケンシャル ライトが発生するアプリケーションとしては、ほかに、バックアップ、メディア アプリケーション、衛星通信データの取得、地殻解析処理があります。

表1)FAS8080 EXと他のFAS8000モデル、FAS6290との比較(数値はHAペアのものです)

FAS8080 EX FAS8060 FAS8040 FAS8020 FAS6290
最大物理容量 5,760TB 4,800TB 2,880TB 1,920TB 5,760TB
最大ドライブ数 1,440 1,200 720 480 1,440
メモリ 256GB 128GB 64GB 48GB 192GB
コア 40(Ivy Bridge) 32(Sandy Bridge) 16(Sandy Bridge) 12(Sandy Bridge) 24(Westmere)
Flash Cacheの最大容量 24TB 8TB 4TB 3TB 16TB
Flash Poolの最大容量 36TB 18TB 12TB 6TB 24TB
ハイブリッド
フラッシュの
総容量
36TB 36TB 12TB 6TB 24TB
NVRAM 32GB 16GB 16GB 8GB 8GB
PCIe拡張スロット 24 8 8 4 24
オンボードI/O:UTA2 8 8 8 4 非対応
オンボードI/O:10GbE 8 8 8 4 8
オンボードI/O:6Gb SAS 8 8 8 4 0~24

I/O

FAS8080 EXでは、FAS8060と同じ柔軟なオンボードI/O構成が可能です。10GbE、UTA2、GbE、6Gb SASポートはそれぞれ8つ搭載されています。UTA2ポートは、10GbE(データセンター ブリッジングによりFCoEをサポート)または16Gb/秒のファイバチャネル(FC)ポートとして柔軟に構成できます(必要に応じて8Gb、4Gb FCとして構成することもできます)。ほぼどのような尺度から見ても、幅広いI/Oに対応していると言っていいでしょう。

FAS8080 EXコントローラの背面。オンボードI/Oと4つのPCIe拡張スロットを確認できます。また、I/O拡張モジュール(IOXM)が別途組み込まれており、コントローラあたりPCIeスロットをさらに8つ利用できます。

図1)FAS8080 EXコントローラの背面。オンボードI/Oと4つのPCIe拡張スロットを確認できます。また、I/O拡張モジュール(IOXM)が別途組み込まれており、コントローラあたりPCIeスロットをさらに8つ利用できます。

FAS8000は全モデルにPCIe Gen3を採用し、提供可能な内部I/O帯域幅を強化しています。FAS8080 EXは、80 Gen3レーンで、2倍の帯域幅を実現しています。

極めて大規模なシステム構成にも対応するために、設計チームでは、各FAS8080 EXコントローラにI/O拡張モジュール(IOXM)を組み込みました。したがって、2台のコントローラと2つのIOXMで構成されるHAペアでは、拡張スロットが合計で24となります。FAS6290も24スロットを搭載していましたが、FAS8080 EXのスロットは、PCIe Gen3を採用しているため、2倍の帯域幅を提供します。また、オンボード ポートの数が多いため、スロットを他の目的に使用できます。このため、さらなる拡張や帯域幅の拡大によって、今後登場する40GbEや32Gb/秒FCをはじめ、あらゆる種類の接続に対応できます。

FAS8080 EXの拡張スロットは、ホストやクライアントへのフロントサイド インターコネクト、ストレージへのバックエンド接続、NetApp® Flash Cache I/Oカードに使用できます。FAS8080 EXは、前世代のどのFASモデルよりもはるかに大容量のFlash Cache(24TB)に対応します。

フラッシュ

フラッシュのサポートについて詳しく説明しましょう。ハイブリッド ストレージ構成のFAS8080 EXは、HAペアあたり36TBのフラッシュをサポートします(ハイブリッド ストレージ構成では、Flash Cache™とFlash Pool™インテリジェント キャッシングからなるネットアップのバーチャル ストレージ ティア テクノロジによって、ホット データがフラッシュに自動的にキャッシュされます)。これは、FAS6290のハイブリッド ストレージ構成用フラッシュの1.5倍、FAS8060の2倍にあたります。このためより多くのフラッシュを使用して、重要なワークロードのパフォーマンスをいっそう柔軟に高められます。スケールアウト構成では、最大で400TBを超えるハイブリッド フラッシュを利用できます。

オールフラッシュ構成の場合、FAS8080 EXは、HAペアあたり最大で384TB、スケールアウト構成では最大で4.6PBのSSDを搭載できます。NVRAMを使用して書き込みを行うData ONTAP独自の方法により、SSDのパフォーマンスが最大限に引き出されます。また、オールフラッシュ構成では、ネットアップがハードディスク向けに開発してきた高度なデータ整合性機能とエラー検出機能をすべて利用できます。オールフラッシュ アレイ ベンダーの中には、フラッシュのメリットを最大限に引き出すために「1から設計」したことを売りにしているベンダーも存在しますが、FAS8080 EXは、競合システムよりも性能面で優れている上、20年の歴史を持つData ONTAPならではの堅牢なデータ保護機能も備えています。

スケールアップとスケールアウト

FAS8080 EXは、スケールアップとスケールアウトの両方に対応するよう設計されています。必要に応じて容量を追加したり、種類の異なるメディアを追加したり、あるいはFlash Cacheインテリジェント キャッシングや拡張用のインターフェイス カードを実装するなどしてスケールアップし、要件に的確に応えるストレージを実現できます。

また、他のすべてのFAS8000システムと同様に、FAS8080 EXは、NAS構成の場合24ノード(コントローラ)まで、SAN構成の場合8ノードまでスケールアウトできます。このため、表2に示しているように、目を見張るような最大値を提供します。また、FAS8080 EXでは、最大6つの10GbEネットワークをクラスタ インターコネクトとして使用するように設定して、最高レベルのクラスタ間帯域幅を実現することもできます。

表2)FAS8000シリーズのNASスケールアウトとSANスケールアウトの最大値

FAS8080 EX FAS8060 FAS8040 FAS8020
NASスケールアウト 1~24ノード(HAペア×12)
最大ドライブ数 17,280 14,400 8,640 5,760
最大物理容量 69PB 57PB 34.5PB 23PB
ハイブリッド構成時の
フラッシュの最大容量
432TB 216TB 144TB 72TB
最大メモリ容量 3,072GB 1,536GB 768GB 576GB
SANスケールアウト 1~8ノード(HAペア×4)
最大ドライブ数 5,760 4,800 2,880 1,920
最大物理容量 23PB 19PB 11.5PB 7.7PB
ハイブリッド構成時の
フラッシュの最大容量
144TB 72TB 48TB 24TB
最大メモリ容量 1,024GB 512GB 256GB 192GB
クラスタ インターコネクト 10GbE×2、
4、または6
10GbE×2
または4
10GbE×2
または4
10GbE×2

FAS8080 EXのパフォーマンス

ハイブリッド ストレージ構成時のスケールアウト パフォーマンス

以前提出したベンチマークから、FAS8080 EXは、ノードを追加するにつれて、パフォーマンスが極めてリニアに拡張することが実証されています。また、ネットアップ社内のテストで、ハイブリッド ストレージ構成を最大限にスケールアウトした場合(24ノード)に、NFSワークロードに対して約400万IOPSのパフォーマンスを記録しました。FAS8060も260万IOPSという優れたパフォーマンスを提供しますが、FAS8080 EXは、そのパフォーマンスの次元をさらに高め、約50%の向上を実現しています。この数字は、先ほどご紹介したアーキテクチャの拡張によってパフォーマンスが向上していることを証明しています。

オールフラッシュのパフォーマンス

ネットアップでは、オールフラッシュが使用されることの多いVDI、OLTPなどのワークロードについても、FAS8060とFAS8080 EXシステムの社内テストを実施しており、どちらについても良好な結果を得ています(以下の図の社内テストの数値はHAペアのものです。また、前出のセクションと異なり、最大限のスケールアウト構成時の数値ではありません)。

FAS8020(3U)とFAS8040 / 8060(6U)のコントローラ

図2)オールフラッシュFAS8000と競合製品のVDIパフォーマンス

FAS8060、FAS8080 EXのいずれも、有名他社の公開値と比較して、書き込み処理が大量に発生するVDIワークロードに極めて優れたパフォーマンスを発揮しました。FAS8060は、競合他社と同等のパフォーマンスを記録し、FAS8080 EXは競合他社のパフォーマンスを33%上回っています。デスクトップあたりのコストは、FAS8060の場合55ドル/デスクトップ、Pure Storageなどの主要な競合他社は100ドル/デスクトップです。 VDIに関する詳細については、公開されたばかりのリファレンス アーキテクチャ(TR-4307『NetApp All-Flash FAS Solution for VMware Horizon View』をご覧ください。 また、ネットアップは、FAS8080 EXが読み取り処理の多いOLTPワークロードに優れたパフォーマンスを提供するとみています。競合他社と肩を並べるパフォーマンスをFAS8060がすでに記録していますが、暫定テストから、FAS8080 EXは他社を大幅に上回るパフォーマンスを発揮するとみられます(FAS8080 EXのデータベース パフォーマンスについては、オールフラッシュFASに関する今後の記事で詳しく取り上げる予定です。どうぞお楽しみに)。

FAS8080 EXの信頼性と可用性

信頼性と可用性が重要なことは、言うまでもありません。FAS8080 EXがその用途として想定しているビジネスクリティカルなワークロードであればなおさらです。FAS8000シリーズの信頼性と可用性機能については、以前の記事で触れましたので、今回は、以前に取り上げていなかったトピックである製品テストについて簡単に触れたいと思います。製品テストは、全般的な信頼性と同じくらい重要な要素です。

ネットアップは、FASを刷新するにあたって、FAS8080 EXだけでなく、FAS8000とFAS2500の全システムについても、いっそう厳密なテスト プロセスを実施しました。テストの範囲は、各製品の設計に留まらず、製品の寿命テストやコンポーネントのテストにも及んでいます。

ネットアップが徹底した品質保証テストを実施するのは、最良の製品を提供するためにできることをすべてしたいと考えているからです。他のベンダーの多くは、わずか数千システム時間のテストを実施するだけですが、一部の問題は1万時間をはるかに超えないと出現しないことがあります。テスト時間を十分にとらないと、問題を見つけられないのです。FAS8000シリーズは、50万時間のテストを経て初めて出荷されました。これまでのところ、FAS8000シリーズの年間のコンポーネント交換率は、すでに高い信頼性を誇っていた前世代のシステムの半分未満です。

新興企業は、このようなテストを実施していないか、実施する余裕がないかのどちらかです。多くの場合、新興企業は、こうしたテストのための費用を捻出できません。そして、どのハードウェア企業も、学習曲線をたどりながら、ハードウェア設計に対するアプローチを成熟させていくものです。私の考えでは、エンタープライズクラスのシステムとそうではないシステムの違いを生み出している大きな要素の1つがテストです。

ビジネスクリティカルなワークロードを支える実績のあるソリューション

パフォーマンス、信頼性、拡張性、実績に裏打ちされたアーキテクチャ — ビジネスクリティカルなティア1ワークロードに使用するストレージ プラットフォームには、このすべてが欠かせません。そして、FAS8080はこれらすべてを備えています。昨今、ハイブリッド ストレージやオールフラッシュ ストレージを急いで採用しようとするあまり、「テクノロジばかりに目が行く」ことがあたりまえとなって、信頼性や企業としての成熟度が重要であることや、安定した企業でなければ製品をサポートできないことが見過ごされがちになっています。

FAS8080 EXは、パフォーマンスにおいて「革新的」ですが、そのアーキテクチャは、数千台に上るシステムに導入され、数十年にわたる開発努力を経て進化を遂げてきたものです。実績のあるアーキテクチャによって発揮される高いパフォーマンス、成熟したデータ管理機能、パートナー ソリューションとの緊密な統合性に加え、万全なサポートを提供できる企業によって提供されているFAS8080 EXは、あらゆる条件を満たすストレージです。

FAS8020(3U)とFAS8040 / 8060(6U)のコントローラ

図3)必要な機能をすべて備えているFAS8080 EX

NetAppは、本ドキュメントで提供されるいかなる情報または推奨事項の正確性、信頼性、有用性についても、または本ドキュメントで提供されるいかなる情報の使用または推奨事項の順守による結果についても、表明または保証は一切行いません。本ドキュメントの情報は現状のまま提供され、本ドキュメントの情報の使用または推奨内容や手法の実施は、お客様の評価および業務環境への統合能力に基づいて、お客様の責任で行われるものとします。本ドキュメントおよびここに記載の情報は、本ドキュメントに記載のNetApp製品のみに関連して使用できるものとします。

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Steven Miller
ネットアップ
シニア テクニカル ディレクター兼プラットフォーム アーキテクト

Stevenは、6年以上にわたってネットアップのプラットフォーム アーキテクトを務めており、FAS3100、FAS3200、FAS6200、FAS2200、FAS2500、FAS8000のほか、Performance Acceleration Module(PAM)とFlash Cacheの開発に携わってきました。また、ネットアップのエンジニアリング部門において、国家安全保障局、国家地球空間情報局、中央情報局との交渉役も担っており、現在、複数のIEEE団体と業界団体にも参加しています。ストレージとハイパフォーマンス コンピューティングの分野で39件の特許を取得した実績があり、現在も16件の特許を出願中です。

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