IBMFlashSystem产品及解决方案介绍-V1

©2013IBMCorporation1IBMFlashSystem旗舰级的全闪存阵列齐会勇系统与科技事业部[e-mail]©2013IBMCorporation2前言：过去十年间，IT技术发生了多大进步:CPUPerformance8-10xDRAMSpeed7-9xNetworkSpeed100xBusSpeed20xDiskSpeed1.2X…大家都在等你，亲！Source:IBMandIndustryEstimates摩尔定律不适用于机械运动部件©2013IBMCorporation3存储迟缓的代价有多大？全球最大的电子商务网站亚马逊，I/O每1毫秒的额外延迟，会造成总额达480万美金的订单损失Source:RichardIrvingCapacityMagazine对华尔街的一些从事高频交易的金融机构来说，每1毫秒I/O响应时间的提升，可以给他们带来平均每年1亿美金的增收©2013IBMCorporation4TapeHDDFormFactorSSDPCIeSSDSeconds5-15milliseconds~1milliseconds1second（秒）=1,000milliseconds（ms,毫秒）=1,000,000microseconds（μs,微秒）向低延迟迈进之路1millisecond100microseconds(μs)IBMFlashSystem©2013IBMCorporation5研讨内容1IBMFlashSystem是什么2IBMFlashSystem的战略地位3解决方案和成功案例©2013IBMCorporation6研讨内容1IBMFlashSystem是什么2IBMFlashSystem的战略地位3解决方案和成功案例©2013IBMCorporation7IBMFlashSystem系列:全闪存储eMLCFlashSLCFlashModel710720810820可用容量1-5TB5or10TB2-10TB10or20TB延迟(读/写)100/60μs100/25μs110/60μs110/25μsIOPS570K525K550K525K带宽5GB/s5GB/s5GB/s5GB/s接口4x8GbFC或4x40GbIB4x8GbFC或4x40GbIB1U机架高度,少于400W功耗©2013IBMCorporation8FlashSystem840架构冗余电源*冗余风扇12闪存模块*(10+1+1)2U机箱N+1电池冗余管理控制处理器冗余RAID控制器TwoDual-Ported8Gb/sFC或40Gb/sQDRIB接口*为可热更换部件©2013IBMCorporation9Series-7FlashController™2perBoard4perModuleeMLCFlashChips20perFlashController40perBoard,80perModuleInterfaceProcessorDualportstobackplanePrimaryFlashBoardExpansionFlashBoardFlashModule绝不是SSD！FlashModule结构——FlashSystem-840为例：©2013IBMCorporation10FlashSystem840优化数据中心的利器最低延迟Write90µsRead135µs最大IOPS4KBRead(100%,random)1,100,000Read/write(70%/30%,random)775,000Write(100%,random)600,000最大带宽256KBRead(100%,sequential)8GB/sWrite(100%,sequential)4GB/s容量选项Flashmodule配置2x2TB4x2TB4x4TB8x2TB12x2TB8x4TB12x4TB裸容量5TB11TB21TB21TB32TB42TB65TBRAID0可用容量4TB8TBN/A16TB24TB32TB48TBRAID5可用容量N/A4TB8TB12TB20TB24TB40TB性能一览表数据中心存储优化：极速性能、灵活容量配置，全部的数据保护©2014IBMCorporation11IBMFlashSystem840:逻辑视图•硬件数据通道实现极低延迟–基于可定制的FPGA可使数据迁移相对于软件控制具有更快的响应时间，实现极低延迟•分布式的out-of-data-pathCPU处理•极致性能（高IOPS），超大带宽FCFCoEIBFCFCoEIBCPUs(18)接口控制器管理模块RAID控制器闪存模块(12)FPGA©2014IBMCorporation12IBMFlashSystem840:闪存模块,逻辑视图FPGA网关接口I/O接口及直接存储通路PPC及DRAM控制OutofDatapath操作垃圾数据收集，错误处理，系统健康，耗损平衡，统计等。闪存芯片每个闪存控制器控制20个闪存芯片每个模块由40个或80个闪存芯片组成XOR校验数据主板(2TB)副板(2TB)–可选FPGAFPGAFPGAFPGAFPGAFPGAFPGA闪存控制器-FPGA每个模块2个或者4个控制器数据通道，硬件I/O逻辑模块LookupTables及写缓存每个控制器控制20个闪存芯片扩展性及并行性：7,680个并行flash操作及1,600个并行DMA操作思考时刻：在大多数混合式或基于固态硬盘的解决方案中，大多数的操作是由软件层控制的，这是影响延迟现象最根本的原因。©2014IBMCorporation1313IBMFlashSystem840:闪存控制器设计闪存控制器-FPGA数据通道，硬件I/O逻辑模块LookupTables及写缓存每个控制器控制20个闪存芯片LookupTablesDRAMPPC及DRAM控制Outofdatapath操作垃圾数据收集，错误处理，系统健康，耗损平衡，统计等。DRAM写缓存GatewayInterfaceFPGAFPGA网关接口I/OandDirectMemoryAccess(DMA)NAND闪存FPGAFPGA©2013IBMCorporation14MicroLatencyTM,微延时:-提供微妙级的响应时间，比传统磁盘存储系统的延迟降低1~2个数量级。ExtremePerformance,卓越的性能:-传统顶级企业级存储系统的高IO性能。MacroEfficiency,超强的效能:-远超传统磁盘存储的性能密度和容量密度，实现电力、冷却、体积和成本的超高效益。EnterpriseReliability,企业级可靠性:-耐用和可靠的设计、企业级闪存元件和专利数据保护技术，满足企业级可靠性要求。闪存时代已经到来！与磁盘技术相比，闪存在性能、成本效益、体积、能量损耗以及部署速度上更优越。IBMFlashSystem：颠覆传统存储的四大优势©2013IBMCorporation15IBMFlashSystem颠覆传统存储的四大优势•MicroLatencyTM–微延时•ExtremePerformance•MacroEfficiency•EnterpriseReliability©2013IBMCorporation16IO延时的组成I/OTimeNetworkTimeCPUTimeI/OTimeNetworkTimeCPUTimeI/OTimeNetworkTimeCPUTime从应用程序的角度看，每个客户端请求需要消耗哪些时间…采用更新更好的CPU呢…如果，能够减少IO的时间消耗…TimeRecoveredQueryTime©2013IBMCorporation17传统硬盘和Flash的延时1seconds=1000milliseconds=1,000,000microseconds–15krpmHDDgives：180-200IOPS@5-6ms–10krpmHDDgives：130-140IOPS@7-8ms–7.2krpmHDDgives：80-100IOPS@10-12msIBMFlashgives200microsecond(μs)=0.2ms©2013IBMCorporation18减少延时对性能的改善TimeI/OServicedbyDisk1.IssueI/Orequest(~100μs)2.WaitforI/Otobeserviced(~5,000μs)3.ProcessI/O(~100μs)•1个IO操作的总耗时=100μs+5,000μs+100μs=5,200μs•CPU利用率=Waittime/Processingtime=200/5,200=~4%Processing~100µs~100µsWaiting~5000µsCPUState1I/ORequest©2013IBMCorporation19TimeI/OServicedbyIBMFlashSystem1.IssueI/Orequest(~100μs)2.WaitforI/Otobeserviced(~200μs)3.ProcessI/O(~100μs)•1个IO操作的总耗时=100μs+200μs+100μs=400μs•CPU利用率=Waittime/Processingtime=200/400=~50%Processing~100µs~100µsWaiting~200µsCPUState1I/ORequest减少延时对性能的改善5200/400=13x!13X的延时改善！！©2013IBMCorporation20CPU利用率timeI/OServicedbyDiskIssue/ProcessI/Orequest~100+100μsWaitforI/Otobeserviced~5,000μsWaitingforI/OWorkWaitingforI/OWorkWaitingforI/OWorkCPUUtilization=~4%LessWork,MoreWaitCPU利用率timeI/OServicedbyFlashSystemIssue/ProcessI/Orequest~100+100μsWaitforI/Otobeserviced~200μsCPUUtilization=~50%MOREWork,LESSWaitFlashSystemWorkWaitWorkWaitWorkWaitWorkWaitWorkWaitWorkWait减少延时对性能的改善：从主机CPU的角度50%/4%≈12x!只改变了存储的latency，就提升了12X的应用性能！！©2013IBMCorporation21IBMFlashSystem颠覆传统存储的四大优势•MicroLatencyTM–微延时•ExtremePerformance–卓越的性能•MacroEfficiency•EnterpriseReliability©2013IBMCorporation22IBMFlashSystem为什么快端到端完整的架构设计，均来自TMS的专利技术，而非组合“大拼盘”FlashSystem系统提供硬件数据路径基于FPGA基础的数据移动相比软件实现的存储控制器算法大大减少了延迟时间分布式CPU独立处理路径相比于所有竞争厂商更低的延迟度不管是直连PCIe卡，还是SAN网络SSD阵列“OurSymmetrix-VMAXEnginuityconsistsofmillionsoflinesofcode.”RAIDControllersIOModulesFlashModules12x“Youcannotincreaseperformancebyaddinglinesofcode.”端到端的硬件加速©2013IBMCorporation23基于软件的设计:软件控制数据路径（传统存储中运行SSD）Flash存储基于硬件和软件的设计对比FrontEndDirectorsBackEndDirectorsOSCPUOutsi