博客|美光9400NVMeSSD引领数据中心工作负载新时代

原创美光科技 2023-02-21 12:00

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这些生活中我们习以为常的便捷体验是由关键任务数据中心提供的。这些数据中心运行了多种人工智能（AI）工作负载，并针对特定任务进行了优化。例如，美国国家橄榄球联盟（NFL）正在使用 AI 技术打造名为“数字运动员”（Digital Athlete）的 NFL 虚拟球员代表。这是一种损伤防护和预测工具，用于增强球员的健康与安全，从而降低他们受伤的风险¹。此类工作负载能从海量数据中快速输出深度洞察。

如果人们希望利用 AI 提升生活质量，数据中心运营商就需要性能强大、响应迅速，同时可容纳海量数据集的存储。

近日，美光推出了 9400 NVMe™ 固态硬盘（SSD），为管理最严苛的数据中心工作负载而设计，单块 SSD 容量超过 30 TB，性能优于同类竞品²。此外，新产品的能效较上一代 SSD 大幅提升，可实现更高的每瓦读写操作次数（IOPS）。

客户需求推动 SSD 性能不断提升。由于人们的日常活动（例如看病和购物）产生了更多数据，因此对 SSD 的需求也不断提高。如今，存储需要占据更小的空间、获得更高的能效并提供更快的数据访问速度。美光新一代 SSD 不仅拥有亮眼的规格参数，还能为实际工作负载提供更高的性能。

美光 9400 SSD 是当今业界领先的 30.72TB U.2 规格硬盘，现已投入量产，也是目前针对数据中心存储密度最高的 2.5 英寸高性能 NVMe 固态硬盘³，所有容量规格（包括 30.72TB）均能实现一致的低延迟性能⁴。您能想象一台容纳了 18 台 2U 服务器，每台服务器都搭载了 24 个硬盘的 42U 机柜能实现多少存储空间吗？使用美光新一代 SSD，您可以在该机柜中存储超过 13 PB 的数据！

美光 9400 SSD 与上一代高性能 SSD 相比能效大幅提升，每瓦 IOPS 提高了 77%⁵。能效提升将助力数据中心以更低功耗获得更高性能，从而降低用电成本。由于数据中心无法为机柜提供额外电力，因此数据中心的能效优化变得愈发重要。

美光 9400 SSD 的 100% 随机读取达到了惊人的 1.6 M IOPS，混合 IO 性能同样优异，为PCIe® 4.0 存储树立了性能新标杆。混合 IO 是指混合随机读/写工作负载，可通过能够测量 SSD 性能的灵活 IO（FIO）复合基准测试工具进行模拟。在 90% 读取 / 10% 写入（90/10）工作负载测试中，美光 9400 SSD 的 IOPS 超过 100 万，比竞品高出 71%⁶；在 70% 读取 / 30% 写入（70/30）工作负载测试中，美光 9400 SSD的 IOPS 超过 80 万，比竞品高出 127%⁷；在80% 读取 / 20% 写入（80/20）工作负载测试中，美光 9400 SSD 的 IOPS 超过 100 万，比竞品高出 88%⁸。更重要的是，美光 9400 SSD 在实际应用中表现如何？

为此，我们对美光 9400 SSD 及其竞品进行了实际工作负载测试。

RocksDB

RocksDB 是一种高价值存储，广泛应用于 Meta SSD 中数据的持久化存储⁹，也常用于延迟敏感型和用户敏感型应用，如存储浏览记录和检测垃圾邮件等。RocksDB 数据库专为高性能存储设计，我们对美光 9400 SSD 和三款高性能 NVMe SSD 竞品，在以下三种场景中进行了对比测试：

● 随机读取数据库

● 随机读/写数据库（80% 读取/ 20% 写入）

● 随机读取数据库，同时写入数据库

RocksDB 测试结果表明，在全部三种场景中（多种队列深度，4K 和 16K 块大小），美光 9400 SSD 可提升高达 34% 的工作负载响应能力。

Aerospike 数据库

Aerospike 数据库是为闪存存储而优化的开源 NoSQL 数据库。它为时间关键型网络应用提供快速支持，例如欺诈检测、推荐引擎、实时支付处理和股票交易等。全球最大的在线转账、计费和支付系统 PayPal ，将旧的 NoSQL 数据库迁移到 Aerospike 后，能够在 200 毫秒内快速识别欺诈模式¹⁰。

我们使用 Aerospike 数据库与四种常见的工作负载，例如用于 Yahoo! 云服务基准测试（YCSB）的工作负载，对美光 9400 SSD 与三款高性能 NVMe SSD 竞品进行了对比测试。

Aerospike 测试结果表明，在“读取-修改-写入” 工作负载中，美光 9400 SSD 的峰值性能比竞品提高了 2.1 倍，实现了卓越的响应能力。其他三种工作负载也得到类似的测试结果。

Noisy Neighbor 测试

多租户云架构现已成为云计算的标准配置。在该架构中，独占存储空间、网络或计算等共享资源的租户被称为“Noisy Neighbor”。当 Noisy Neighbor 影响了其他租户的环境性能和工作负载性能时，就会引发问题。

在不同工作负载竞争同一个共享 SSD 资源（按名称空间划分）的场景中，我们对美光 9400 SSD 和其主要高性能 NVMe SSD 竞品进行了测试。

测试结果表明，美光 9400 SSD 的整体性能是竞品的两倍以上，响应时间较竞品缩短了 62%。其他容量规格的 9400 SSD（包括 30.72TB）预计也能缩短响应时间。

NVIDIA GDS 存储

NVIDIA® Magnum IO GPUDirect® 存储（GDS）可支持 GPU 内存和存储间建立直接内存访问（DMA）数据传输路径。该技术有助于避免在数据从存储系统传输到 CPU，再从 CPU 传输到 GPU 时产生额外消耗。通过建立直接传输路径，能够在增加系统带宽的同时降低 CPU 和 GPU 的延迟和利用负荷。

在 NVIDIA Magnum IO GDS 测试场景中，我们对美光 9400 NVMe SSD 和其主要高性能竞品在计算任务密集型系统中的表现进行了对比测试。

GDS 测试结果表明，9400 SSD 在计算任务密集型系统中实现了优于竞品 25% 的性能，这对于人工智能环境而言是一项关键提升。

综上所述，美光 9400 为管理关键工作负载而设计，例如数据库加速、人工智能和联机事务处理（OLTP）等，同时适用于企业内部服务器集群和多租户共享的云基础设施。美光 9400 NVMe SSD 是当前市场上最高性能的 PCIe 4.0 数据中心硬盘，具有卓越的混合工作负载性能，并能实现极低延迟。

美光 9400 NVMe SSD 拥有业界领先的存储容量、超凡的性能、快速的响应和卓越的能效，可满足最严苛的数据中心工作负载要求，为 PCIe 4.0 存储系统树立了新标杆。

¹ NFL 与 AWS 合作保障球员安全：https://www.nfl.com/playerhealthandsafety/equipment-and-innovation/aws-partnership/digital-athlete-spot

² 美光 9400 SSD 在混合工作负载中的性能优于同类数据中心 NVMe SSD 竞品 2.3 倍。竞品的选择依据 Forward Insights 2022 年第四季度发布的《SSD 供应商情况报告》中提到的数据中心市场份额数据。性能测试设置：7.68TB SSD、队列深度为 256、FIO 工作负载。更多有关 FIO 的详细信息，请参考：https://fio.readthedocs.io/en/latest/)

³ 截至产品发布时，2.5 英寸 30.72TB 容量的 SSD 拥有高性能 NVMe 数据中心 SSD 中最高的可用密度。

⁴ 美光 9400 SSD 具有 5x9s 延迟，4K 随机读取延迟小于 420 微秒。队列深度为 128 时，4K 随机读取的 IOPs 大于 1.2 M。

⁵ 7.68TB SSD：美光 9400 SSD 的 4K 随机读取为每瓦 94,117 IOPS；美光上一代 9300 NVMe SSD 的 4K 随机读取为每瓦 53,100 IOPS。

⁶ 最高提升 71% 的测试结果基于美光 9400 SSD 与三款竞品 SSD 的 FIO 混合工作负载性能测试（90% 读取/ 10% 写入，平均延迟）：美光 9400 在队列深度为 256 时 IOPS 为 1.06 M。

⁷ 最高提升 127% 的测试结果基于美光 9400 SSD 与三款竞品 SSD 的 FIO 混合工作负载性能测试（70% 读取/ 30% 写入，平均延迟）：美光 9400 在队列深度为 256 时 IOPS 为 802 K。

⁸ 最高提升 88% 的测试结果基于美光 9400 SSD 与三款竞品 SSD 的 FIO 混合工作负载性能测试（80% 读取/ 20% 写入，平均延迟），美光 9400 在队列深度为 256 时 IOPS 超过 1M。

⁹ 详细信息请参考 ELI5: RocksDB - Fast Data Storage (facebook.com)。

¹⁰详细信息请参考 PayPal 案例研究：aerospike.com/customers/paypal。