Prodigy-Storage Für schnelle HDDs und SSDs geeignet

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Das europäische Projekt Tachyum arbeitet an einem hochleistungsfähigen Prozessor-Allrounder. Als weiterer Umsetzungsschritt wurde jetzt das Storage-Konzept für „Prodigy“-Umgebungen vorgestellt.

Europa versucht sich bei Chips und Elektronik von den großen Rivalen in der weltweiten Coopetition, China und USA, unabhängiger zu machen. Ein Baustein dieser Bestrebungen ist das Tachyum-Konzept. Der geplante Prozessor wird „Prodigy“ heißen.

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Prodigy soll als erster Prozessor weltweit als eierlegende Wollmilchsau für alle Aufgaben funktionieren, die hohe Rechenleistung erfordern. Der Universalprozessor soll also als GPU, CPU, GPGPU und TPU fungieren können, und zwar als monolithisches Device.

Anleihen werden beispielsweise bei RISC-V genommen. Viel wird aber vor allem an mehreren Standorten in Europa selbst entwickelt. Eine Übersicht über die bisherige Entwicklung finden Sie hier.

Inzwischen sind weitere Fortschritte in Gang gekommen. So präsentierte Tachyum jüngst seine Storage-Strategie für Prodigy-Umgebungen. Sie setzt, wie nicht anders zu erwarten, auf hohe Flexibilität sowie bezahlbare und schnelle Speichermedien.

Geclusterte Storage

Die Storage-Hardware-Lösung, die Tachyum vorschlägt, setzt auf eine Clustering-Strategie mit Storage-Servern und JBoDs (Just a Bunch of Disks) als Elementen. Für Backup und Archivierung können beliebige Medien angeschlossen werden.

Doch zurück zur Primär-Storage: Sie wird bei Prodigy-Umgebungen in einem 52 U hohen Standard-Storage-Rack untergebracht. Tachyum setzt auf eine Strategie, bei der HPC-Umgebungen einschließlich der Storage Rack für Rack ausgebaut werden können.

Für zwei typische Größenordnungen, 4.000 und 6.000 Quadratfuß (372 beziehungsweise 557 Quadratmeter), hat Tachyum Blueprints für die Aufstellung von Servern, Storage und Kühleinheiten erarbeitet. Auf die kleinere Fläche passen dabei 16 Storage-Racks.

Festplattenvorschlag: Doppelaktuator von Seagate

Als Musterfestplatte für die JBoDs schlägt Tachyum aktuell Seagates Doppelaktuatormodell Exos 2X18 vor. Sie fasst 18 Terabyte, kommt mit SAS oder SATA und bringt in der SAS-Version optional Verschlüsselungsfunktionen mit.

Für die Zukunft stehen weitere Geschwindigkeits- und Kapazitätswachstumspfade offen. So arbeitet Seagate bereits an einer Variante mit vier Aktuatoren. Außerdem wird an HDDs mit PCIe-Anbindung/NVMe geforscht, die den Markt bereits 2024 erreichen könnten. Eine erste Demonstration, dass PCIe mit HDDs funktionieren könnte, sei bereits gelungen, schreibt Tachyum in seinem Whitepaper zur Prodigy-Storage-Infrastruktur.

84 Festplatten passen in einen 5-U-JBoD. Dieser braucht inklusive 2U-Storage-Server 7 U. Damit passen in ein 52-U-Rack bei 14-TB-Festplatten sieben derartige Cluster, entsprechend gut 10,5 Petabyte. Verwendet man kapazitätsstärkere Festplatten, wird es mehr.

Bald SSD statt HDD?

Schon bald allerdings könnte es die weit sinnvollere Option sein, auf SSDs zu setzen. Dies gilt, wenn ihr Preisverfall weiter voranschreitet und sie Preisparität zu HDDs erreichen. Dies könnte schon im laufenden Jahr der Fall sein, meinen Marktauguren. Dann könnte, so meinen viele Marktkenner, der HDD-Markt einen plötzlichen Absturz erleben.

Die Preise für SATA-SSDs lagen im Juli 2022 laut Tachyum bei 0,01 bis 0,015 US-Dollar pro Gigabyte, die für NVMe-SSDs mit PCIe 3 genauso hoch und die für PCIe 4 bei 0,012 bis 0,02 US-Dollar pro Gigabyte, was gegenüber HDDs maximal noch einen Preisunterschied um den Faktor 2 ausmacht – Tendenz, wie gesagt, stark fallend.

Zudem bringen NVMe-SSDs den Vorteil vieler gleichzeitiger Zugriffsmöglichkeiten: Sie unterstützen gemäß der SSD-Spezifikation bis zu mehr als 65.000 Warteschlangen mit genauso vielen Einträgen. Zudem steigt die Speicherdichte pro Zelle weiter an. Während QLCs (Quad Level Cells), die vier Bits und damit 32 Status abbilden, gerade den Markt erreichen, sind solche mit fünf Leveln (PLCs) bereits in der Entwicklung.

Kapazitäten im Petabyte-Bereich

Für eine SSD-Bestückung des Storage-Racks macht Tachyum ebenfalls Angaben: Bei der Verwendung von 2-U-Storage-Servern mit 48 SSDs mit je 15,6 Terabyte Kapazität passen in das Rack knapp 18 Petabyte. Verwendet man 2-U-Storage-Server mit 24 2,5-Zoll-NVMe-SSDs mit je 15,36 TB Fassungsvermögen, passen knapp 9 PB hinein. Bei 1-U-Storage-Servern mit je 32 7,6-TB-E1.S-NVMe-SSDs fasst das Rack rund 11,7 PB.

Die Verwendung von SSDs hätte auch erhebliche energetische und damit im Zeitalter unberechenbarer Energiemärkte unmittelbare Kostenvorteile: Da SSDs ohne mechanisch bewegte Teile auskommen, brauchen sie nur zwei bis fünf Watt Leistung, HDDs dagegen 6 bis 15 Watt und damit deutlich mehr je nach Qualität der gewählten Speichermedien. Bei konsequentem SSD-Einsatz könnte sich der Stromverbrauch für die Datenspeicher auf nur ein Prozent des Gesamtstromverbrauchs reduzieren.

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Redundant angebundene Storage-Server

Der Dual-Socket-Storage-Server werden redundant über zwei 200-GbE-Ports an zwei unterschiedliche TOR-Switche im NTC (Network Termination Cabinet), einer separaten Einheit, angebunden. Mit der Weiterentwicklung von Broadcoms HBA-Switches soll sich diese Geschwindigkeit auf 400 Gbit/s steigern.

Der Server bietet unterschiedliche Optimierungsmöglichkeiten. So kann er über Netzwerkadapter mit anderen Switchen am Standort verbunden werden. Das NTC-Konzept garantiert relativ bruchlose Skalierbarkeit der Gesamtanwendung. Denn wenn neue Storage hinzukommt, muss an der übrigen Installation wenig verändert werden.

Ceph als Betriebssystem

Als Betriebssystem und verteiltes Filesystem hat Tachyum das Open-Source-Produkt Ceph gewählt. Ceph läuft auf Tachyum-Compute-Nodes nativ als Client. Damit können File-, Block- und Object-Storage angebunden werden.

Weitere Pluspunkte von Ceph aus der Sicht von Tachyum sind die Unterstützung der Posix-Semantik, nahtlose Skalierung von einem bis Tausende von Knoten, Hochverfügbarkeit und Zuverlässigkeit, beliebig häufige Replikation der Daten über die Storage-Knoten hinweg und die schnelle Wiederherstellung, wenn Knoten ausfallen.

Ceph balanciert automatisch Daten und Leistung neu aus, wenn Knoten ausfallen oder hinzugefügt werden. Der dazu verwendete Algorithmus heißt „CRUSH“ (Controlled Replication Under Scalable Hashing).

Ein weiterer Vorteil: Das Management von Daten und Metadaten findet auf unterschiedlichen und voneinander unabhängigen Clustern statt. Metadaten und Storage-Nodes laufen dabei komplett als Daemons im User-Space. Nicht umsonst hat sich die leistungshungrige schweizerische Forschungsinstitution CERN ebenfalls für diese Lösung entschieden.

Doch wer unbedingt andere Betriebssysteme nutzen möchte, wird daran nicht gehindert. Denn NFS, CIFS/SAMBA, ZFS, GlusterFS, GFS2, PNFS und S3 werden ebenfalls unterstützt.

Fazit

Tachyum hält sich mit seinem Storage-Konzept offen für neue Entwicklungen. Die Kombination aus Storage-Servern/Clustern und einem eigenen Netzschrank, in dem die Verbindungen der einzelnen Storage-Einheiten redundant einlaufen und dann weiterverteilt werden, ermöglicht Anwendern große Skalierbarkeit bei wenig Aufwand.

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