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FAS8080 EX 具備優異效能、可靠度及擴充性,為業務關鍵工作負載的理想首選
Steven Miller
資深技術主管暨平台結構設計師

當我們在幾個月前推出 NetApp® FAS8000 時,我相信很多人意識到某項產品正蓄勢待發。這個神秘武器就是 FAS8080 EX,堪稱 NetApp 有史以來功能最強大的 FAS 儲存系統。

FAS8080EX

我們在全新旗艦級 FAS 系統上設計了寬裕的 CPU 原始容量、龐大的 I/O 處理能力和極高的可靠度,足以處理最具挑戰的儲存工作,包括繁忙的公有雲端和私有雲端環境,以及關鍵型商業應用程式工作負載,例如 Oracle® 資料庫和 SAP 等。

如同 FAS8000 系列的其他產品,FAS8080 EX 是專門為了執行 NetApp® 叢集式 Data ONTAP® 軟體而設計,能夠充分發揮叢集式 Data ONTAP 的不中斷營運、進階儲存效率,以及整合式資料保護的完整效益。我們將 FAS8080 EX 最佳化,使其擁有如閃電般的高速效能,同時滿足 All Flash 和混合式儲存組態中的 SSD I/O 需求。如您所見,其所能達到的效果就是最佳證明。

FAS8080 EX 結合了強大的效能、可用度,以及獲證實的 NetApp 資料管理功能,足可支援最關鍵的工作負載。它可橫向擴充至數百萬 IOPS 和數十 PB 容量,以平行支援大量的多元儲存工作負載。

FAS8080 EX 在許多方面和同系列中其他產品類似,包括統一化、橫向擴充架構,以及能夠使用 NetApp FlexArray 軟體來虛擬化其他儲存陣列的功能。如果您尚未閱讀過我之前針對 FAS8000 所寫的文章,建議您檢閱以獲得全面的瞭解。我將在本文中著重說明此系統的獨到之處。

FAS8080 EX 簡介

現代資料中心對儲存系統的要求越來越高,這不僅來自於 SSD 這類越來越普遍且越快速的裝置,也因為壓縮等儲存效率技術,以及複寫和備份等後端工作負載所導致。現在我們就是對儲存系統抱持更高的要求,而這些要求可能會讓 CPU 和 I/O 通道難以承受。

在 NetApp 內部我經常說:「CPU 只是用來炫耀,I/O 才是真材實料」,但對於 FAS8080 EX 來說,它同時具備龐大的 CPU 容量和 I/O 能力,足以滿足現代資料中心的嚴苛需求。我們的設計理念是將使用者對前幾代 FAS(包括 FAS8000 本身)所喜愛的全部優點提升到另一個層次。以下這些額外的資源讓我們能在負載下穩定地提供最高水準的效能。

Ivy Bridge 處理器

相對於 FAS6290 和其他 FAS8000 機型,FAS8080 EX 的首要改變是 CPU 設計。和其他 FAS8000 機型所採用的 Intel® Sandy Bridge 處理器不同,FAS8080 EX 搭載最新的 Intel Ivy Bridge 處理器(這是此機型推出時間比其他機型晚的原因之一),此處理器本身的每核心效能約提升 10%。

此外,我們將 FAS8080 EX 的核心數提高至每個控制器 20 個(每個 HA 配對共 40 個核心;相較於 FAS8060,核心數增加 25%),也將時脈速率從 2.1GHz 提升至 2.8GHz(增加 33%)。FAS8080 EX 的整體效益比起 FAS8060 和 FAS6290,原始運算能力高出 50% 以上。將此原始運算能力轉化成儲存功效的能力取決於您的工作負載,但(正如您馬上會看到的)我們確實發現整體效能有顯著的提升。

記憶體

我們也大幅強化了記憶體的數量和效能。FAS8080 EX 提供每個控制器 128GB 的記憶體(每個 HA 配對共 256GB),約等於每個控制器擁有 100GB/秒的記憶體頻寬。此記憶體數據是 FAS8060 的兩倍,也比 FAS6290 多出 33%。

全新 NVRAM 設計

NVRAM 是 FAS 寫入效能中非常重要的環節,即使是未加速的硬碟組態,也能藉此在執行寫入作業時達到極低的延遲。FAS8000 中所用的全新 NVRAM9 架構可提供兩倍於 NVRAM8 的頻寬,FAS8080 EX 則為每個 HA 配對提供高達 32GB 的 NVRAM,此數據同樣又是 FAS8060 的兩倍。NVRAM9 已整合至主機板,因此不會佔用任何擴充插槽。

額外的 NVRAM 特別有助於提升大型循序寫入作業的效能。許多隨機 I/O 工作負載也有循序寫入元件,例如,使用 OLTP 時,記錄活動就是採循序寫入方式。其他會產生大量循序寫入活動的應用程式還包括備份、媒體應用程式、衛星資料擷取和震測處理。

表 1)FAS8080 EX 與其他 FAS8000 機型和 FAS6290 的比較(所顯示的數據以每個 HA 配對為基準)。

  FAS8080 EX FAS8060 FAS8040 FAS8020 FAS6290
最大的原始容量 5760TB 4,800TB 2,880TB 1,920TB 5760TB
磁碟機數量上限 1440 1,200 720 480 1440
記憶體 256GB 128GB 64GB 48GB 192GB
核心 40
(Ivy Bridge)
32
(Sandy Bridge)
16
(Sandy Bridge)
12
(Sandy Bridge)
24
(Westmere)
Flash Cache 上限 24TB 8TB 4TB 3TB 16TB
Flash Pool 上限 36TB 18TB 12TB 6TB 24TB
混合式 Flash 合併總容量 36TB 18TB 12TB 6TB 24TB
NVRAM 32GB 16GB 16GB 8GB 8GB
PCIe 擴充插槽 24 8 8 4 24
內建 I/O:UTA2 8 8 8 4
內建 I/O:10GbE 8 8 8 4 8
內建 I/O:GbE 8 8 8 4 8
內建 I/O:6Gb SAS 8 8 8 4 0 到 24

I/O

FAS8080 EX 的內建 I/O 組態和 FAS8060 同樣靈活,其中 10GbE、UTA2、GbE 及 6Gb SAS 各有 8 個連接埠。UTA2 連接埠可彈性設定為 10GbE(支援 FCoE 資料中心橋接)或 16Gb/秒光纖通道 (FC) 連接埠(如有需要,可彈性設定為 8Gb 和 4Gb FC)。幾乎不論採用何種標準,都能達到很可觀的 I/O 量。

FAS8080 EX 控制器後視圖,顯示內建 I/O 和 4 個 PCIe 擴充插槽。個別的 I/O 擴充模組 (IOXM) 提供每個控制器 8
                                個額外的 PCIe 插槽。

圖 1)FAS8080 EX 控制器後視圖,顯示內建 I/O 和 4 個 PCIe 擴充插槽。個別的 I/O 擴充模組 (IOXM) 提供每個控制器 8 個額外的 PCIe 插槽。

所有 FAS8000 機型都使用 PCIe Gen3,增強了可用的內部 I/O 頻寬。FAS8080 EX 共有 80 條 Gen3 通道可使頻寬加倍。

為了支援更大的系統組態,我們也為每個 FAS8080 EX 控制器配對一個 I/O 擴充模組 (IOXM)。一個 HA 配對具備兩個控制器和兩個 IOXM,總共 24 個擴充插槽。雖然 FAS6290 也有 24 個插槽,但因為 FAS8080 EX 插槽為 PCIe Gen3,所以可提供兩倍的頻寬。大量的內建連接埠可節省插槽,這意味著有更多擴充插槽和更大頻寬可用於各種連線,包括未來的 40GbE 和 32Gb/秒 FC(若可用)。

FAS8080 EX 上的擴充插槽可用於前端互連至主機和用戶端、後端連線至儲存設備,以及用於 NetApp® Flash Cache I/O 介面卡。FAS8080 EX 比先前任何的 FAS 機型都支援更多的 Flash Cache (24TB)。

Flash

在 Flash 支援方面明確來說,FAS8080 EX 針對混合式儲存組態已可支援 36TB Flash(每個 HA 配對),但該組態必須使用我們的虛擬儲存層技術(Flash Cache™ 和 Flash Pool™ 智慧型快取),才能自動在 Flash 中快取常用資料。這比我們在 FAS6290 上對於混合式儲存組態所提供的 Flash 多出 50%,更是 FAS8060 所支援的兩倍。這將提供您更多的 Flash,帶給您更大的靈活度以加速重要工作負載。在橫向擴充組態中,這可轉化為容量上限超過 400TB 的混合式 Flash 組態。

對於 All Flash 組態,FAS8080 EX 可提供每個 HA 配對最多 384TB 容量,或在橫向擴充組態中提供最多 4.6TB SSD 容量。Data ONTAP 使用 NVRAM 執行寫入的方式可充分發揮 SSD 效能。NetApp 為傳統硬碟所開發的所有進階資料完整性和錯誤偵測功能,現在都可在我們的 All Flash 組態中獲得。雖然有些 All Flash 陣列廠商說必須「從頭開始全新建置」才能獲得 Flash 的最大效益,但如您所見,FAS8080 EX 的效能不但勝過其他競爭系統,同時伴隨著 Data ONTAP 發展 20 年的強化功能。

垂直擴充或橫向擴充

FAS8080 EX 在設計上可進行垂直擴充和橫向擴充。您可以根據本身的確切儲存需求,適時增加容量、增加不同類型的媒體,或是安裝 Flash Cache 智慧型快取或其他介面卡,以進行垂直擴充。

如同所有 FAS8000 系統,FAS8080 EX 對於 NAS 組態可橫向擴充至 24 個節點(控制器),對於 SAN 組態則可橫向擴充至最多 8 個節點。如表 2 所示,這產生一些非常亮眼的最大效能數據。請注意,FAS8080 EX 可設定為使用最多 6 個 10GbE 網路做為叢集互連,以取得最大的叢集內頻寬。

表 2)FAS8000 橫向擴充 NAS 和 SAN 的最大效能數據。

  FAS8080 EX FAS8060 FAS8040 FAS8020
NAS 橫向擴充 1 到 24 個節點(12 個 HA 配對)
磁碟機數量上限 17280 14400 8640 5760
最大系統容量 69PB 57PB 34.5PB 23PB
混合式 Flash 容量上限 432TB 216TB 144TB 72TB
最大記憶體容量 3072GB 1536GB 768GB 576GB
SAN 橫向擴充 1 到 8 個節點(4 個 HA 配對)
磁碟機數量上限 5760 4800 2880 1920
最大系統容量 23PB 19PB 11.5PB 7.7PB
混合式 Flash 容量上限 144TB 72TB 48TB 24TB
最大記憶體容量 1024GB 512GB 256GB 192GB
叢集互連 2、4 或 6 個 10GbE 2 或 4 個 10GbE 2 或 4 個 10GbE 2 個 10GbE

FAS8080 EX 效能

混合式儲存設備的橫向擴充效能

根據先前提交的基準測試,隨著節點增加,FAS8080 EX 展現出極為線性的擴充效能。而根據我們的內部測試,在橫向擴充至最大規模(24 個節點)並使用混合式儲存設備時,NFS 工作負載的效能將近 4 百萬 IOPS。FAS8060 可達到 260 萬 IOPS 的出色效能,FAS8080 EX 的效能則更進一步提高約 50%,將前述的架構強化實際轉變成效能提升。

All Flash 效能

我們也針對熱門的 All Flash 工作負載(例如 VDI 和 OLTP),在 FAS8060 和 FAS8080 EX 系統上進行內部測試,結果同樣令人讚嘆(請注意,下圖中的 NetApp 數據以 HA 配對為基準,而非上一節我所談論的完整橫向擴充組態)。

All Flash FAS8000 VDI 效能與競爭產品的比較。

圖 2)All Flash FAS8000 VDI 效能與競爭產品的比較。

相較於知名競爭對手的公開數據,FAS8060 和 FAS8080 EX 在密集寫入 VDI 工作負載上都表現的非常好。FAS8060 的效能表現與對手不相上下,FAS8080 EX 的效能則高出 33%。FAS8060 的成本只需每桌面 55 美元,像是 Pure Storage 等主要競爭對手則需要每桌面 100 元。

如需 VDI 的詳細資訊,請參閱近期發佈的參考架構:《TR-4307 適用於 VMware Horizon View 的 NetApp All Flash FAS 解決方案》(英文)。

我們預期 FAS8080 EX 在密集讀取 OLTP 工作負載上也會有同樣出色的表現。FAS8060 已和競爭對手的表現不分軒輊,而從初步測試看來,FAS8080 EX 的表現應該會好上很多(如需 FAS8080 EX 資料庫效能的詳細資訊,請注意未來針對 All Flash FAS 系統所發表的文章)。

FAS8080 EX 可靠度和可用度

可靠度和可用度的重要不言而喻,尤其當牽涉到 FAS8080 EX 在設計上特別注重的業務關鍵工作負載類型時,更是如此。我在先前發表的文章 中已經討論過 FAS8000 的可靠度和可用度功能,這次我想加以闡述之前尚未觸及的主題,也就是產品測試,它對整體可靠度而言同等重要。

藉由這次 FAS 更新,我們在測試流程上更為嚴格,不只針對 FAS8080 EX 而已,同樣也針對所有 FAS8000 和 FAS2500 系統。我們除了測試各產品的設計,更進行延長使用壽命和元件測試。

我們進行十分詳盡的品質保證測試,竭盡一切所能來確保提供最好的產品。在許多情況下,廠商只會執行數千小時的系統測試;然而有些問題通常是在遠超過 10,000 小時之後才顯現出來,沒有足夠的測試時數,就找不出這些問題。FAS8000 經過 50 萬小時的測試時間之後,才開始出貨單一機組。到目前為止,FAS8000 系列元件的年替換率,還不到我們可靠舊系統的一半。

這樣的測試是新生代公司不願意做,也做不來的。在許多情況下,他們負擔不起,而且每家硬體公司都必須經歷學習曲線才能讓自己的硬體設計方式漸趨成熟。我認為,測試是讓企業級產品與眾不同的關鍵要素之一。

獲證實適用於業務關鍵工作負載的解決方案

效能、可靠度、擴充性及獲證實的架構,都是適用於業務關鍵和層級 1 工作負載之儲存平台的特點,而 FAS8080 EX 集這些優點於一身。近來,人們在倉促採用混合式和 All Flash 儲存設備的情況下,太常「被技術所蒙蔽」,而忽視了可靠度、成熟度,以及是否有穩健營運的公司作為所販售產品的堅強後盾。

雖然 FAS8080 EX 在效能上是劃時代的突破,但其架構卻是從數千部安裝機組和數十年工程研究演進而來。FAS8080 EX 帶給您的是一套整體方案:以獲證實的架構提供絕佳效能,並具備成熟的資料管理功能和領先業界的合作夥伴整合,尤其是背後的公司有著承擔一切的支援能力。

FAS8080 EX 提供全套功能。

圖 3)FAS8080 EX 提供全套功能。

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Steven Miller | NetApp 資深主管暨平台架構設計師

Steven 在 NetApp 擔任平台架構設計師已超過 6 年時間,主要負責產品包括 FAS3100、FAS3200、FAS6200、FAS2200、FAS2500 和 FAS8000,以及 Performance Acceleration Module (PAM) 和 Flash Cache。他同時也是 NetApp 工程部與美國國家安全局、美國國家地理空間情報局,以及美國中央情報局的聯繫窗口。Steven 目前身為數個 IEEE 和企業團體的成員。他在儲存和高效能運算領域中,擁有 39 項專利授權,另有 16 項專利正在申請中。

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