Womit sich Startups heute beschäftigen, Teil 14 Symbolic IO stellt Serverplattform für Computational-defined Storage vor

Der US-Hersteller Symbolic IO hat eine Server-Appliance namens IRIS vorgestellt. Diese arbeitet mit DRAMs, die das System 10 Mal schneller als 3D Xpoint machen, behauptet die Firmenwerbung. Firmengründer Brian Ignomirello sieht die Zukunft seiner "Wundermaschine" im Content Delivery Serving, in VDI-Infrastrukturen und im CAD/CAE-Segment.

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Der IRIS-Server ist nur eine Rack Unit (RU/HE) hoch, aber von beträchtlicher Tiefe, knapp einen Meter. Vorn hat er einen optischen Sensor in seiner Abdeckplatte, dem das System wohl seinen Namen verdankt: IRIS. Das Akronym steht indes für „Intensified RAM Intelligent Server“, denn hier sollen DRAM-Module auf „intelligente“ Weise so genutzt werden, dass sie die jeweilige Aufgabe optimal erfüllen.

Wie bei einer In-memory-Datenbank – beispielsweise SAP HANA – findet die Datenverarbeitung im Hauptspeicher statt. Dieser lässt sich durch Tiering auf vielfältige Weise konfigurieren, um der jeweiligen Aufgabe gerecht zu werden. Das Konzept nennt sich „Computational-defined Storage“ (CDS).

Dreistufiges Rack-Speichermodell

Im Tier-1-Memory der Appliance findet der Betrachter proprietäre „StorModules“, in denen Symbolic-IOs Geheimrezept steckt. Sie bestehen aus DDR4-Modulen mit einem IO von jeweils 68 GByte/s. Sie stecken in gewöhnlichen DIMM-Sockets. Diese Abteilung bildet zusammen mit nichtflüchtigen RAM-Komponenten das Modul IRIS Compute.

Auf Tier-2 ist IRIS Store angesiedelt. Wie der Name sagt, lassen sich hier die vom Kunden gewünschten Storage-Kapazitäten einbauen: weitere StorModules, mehr PCI-basierter Speicher, auf Tier-3 schließlich SSD und Festplatten. Nutzt man die maximale Kapazität einer Rack Unit aus, addieren sich 380 TByte Speicher im Gehäuse. In Kombination mit der Komponente IRIS Vault (2HE) können bis zu 1,8 PByte Speicher adressiert werden.

Spezielle Einsatzfelder

Noch sind solche massiven Speichermodelle ungewöhnlich.. "Doch AutoCAD kann so ohne GPU (Graphical Processing Unit) auskommen", sagte Brian Ignomirello kürzlich bei einer Pressevorführung in London. Weil der Datendurchsatz mit 68 GByte/s extrem schnell ist, brächte eine zusätzliche Beschleunigung durch GPUs keine Vorteile.

Auch Content Delivery ist deshalb kein Problem, denn der IRIS-Server unterstützt durch seine Virtualisierung eine große Anzahl von VMs, um beispielsweise Streaming-Filme zu liefern. In einem Test wurden 80 HD-Filme gleichzeitig über 80 IRIS-Rechenknoten gestreamt. Die CPU-Belastung lag unter 8 Prozent.

Nach Angaben von MetTel, ein New Yorker Testkunde mit einem der ersten Prototypen, die 2016 zur Verfügung gestellt wurden, benötigt das bislang genutzte kommerzielle System mehrere Minuten, um komplexe Datenbankabfragen auszuführen. IRIS erledigte die gleiche Aufgabe in wenigen Sekunden.

"Die IRIS-Lösung ist nicht nur das schnellste Produkt, das wir jemals verwendet haben", sagt Will Prince, Vice President für Operations beim Telekommunikationsdienstleister MetTel, "sondern beseitigt auch verschiedene Probleme, die unser Unternehmen gehabt hat, darunter die schleichende Verbreitung von Daten, die Datenduplikation – und IRIS erzeugt einen einheitlichen Ort für den Verwaltungsfluss."

Ein weiteres Einsatzgebiet ist eine Virtuelle Desktop Infrastruktur (VDI), die aufgrund der Sicherheitsmerkmale der Appliance ohne VPN auskommt. „Ein proprietäres Protokoll sorgt für mehrere Active Directories mit einem Connection Broker“, sagte Ignomirello. Da ist es fast unnötig zu erwähnen, dass sich auch Serverkonsolidierung anbietet.

Der Firmengründer, der zuvor die Position des CTO bei Hewlett-Packard bekleidete, brachte ein Beispiel, in dem ein Kunde seinen Serverpark von 175 auf 15 Server reduzieren konnte. Zudem bieten sich Aufgaben an, die man bislang aus Kostengründen in die Cloud auslagern musste, so etwa Genomsequenzierung oder die Erkennung von Mustern wie Stimme, Gesicht oder Gestik, die heute Deep-Learning-Netzwerke erfordern.

GPS und Selbstzerstörung inklusive

US-Militär und US-Regierung interessieren sich laut CEO nicht zuletzt auch wegen der eingebauten Sicherheitsmerkmale für IRIS. Zum einen sendet das Gerät ein nicht abschaltbares GPS-Signal, um seinen Standort zu melden, so dass es schwierig zu entwenden ist oder gar zu verbergen wäre.

Wer die Abdeckung dennoch unbefugt entfernen möchte, um an Komponenten heranzukommen, erlebt eine böse Überraschung: "Das Gerät zerstört sich selbst", deutet der Hersteller an. Wie es das macht, verriet er nicht, aber dass die Daten unzugänglich werden, dürfte wohl Zweck des Vorgangs sein.

Dass eine Backup-Software vorliegt, ist selbstverständlich, aber dass keinerlei Datenverschlüsselung stattfindet, halten Experten für bedenklich. Ignomirello und sein CTO Robert Peglar verweisen darauf, dass die gleiche patentierte Datenübertragungstechnik, die den hohen Datendurchsatz erlaubt, auch den Zugriff auf die Daten selbst verhindert.

Geheimrezepte zur Transferbeschleunigung

Ein Security-ASIC und eine Intel-x86-CPU arbeiten in IRIS mit den StorModules zusammen, in denen das proprietäre Betriebssystem SymCE die Befehle der Software an die Hardware weitergibt. SymCE verarbeitet patentierte Algorithmen, die der Umwandlung von Befehlen in eine andere Form dienen.

Das Patent, das Ignomirello 2014 beantragte, verrät, dass das von Symbolic IO verwendete Speicherverfahren, Rohdaten kodiert und die Codedaten verdichtet abgelegt werden. Es handelt sich jedoch nicht um Kompression, sondern um ein Bitmarker-Verfahren.

Beim erwähnten Kodiervorgang werden Dateien in Stücke zerlegt. Der Vorgang erzeugt Bitmarker-Tabellen, mit denen diese Stücke eindeutig beschrieben werden. Wenn der Bitmarker-Output kleiner ist als die Eingabe der Untereinheit, dann braucht man sowohl weniger Speicherplatz als auch weniger Zeit für den Datendurchsatz.

Ein zweiter Patentantrag wurde bereits genehmigt. Er besagt, dass die Rohdaten in Vektoren aufgeteilt werden. Diese Vektoren lassen sich verketten, bevor sie einem Bitmarker zugeteilt werden.

Darüber hinaus verfügt IRIS über eine Methode, mit der sie erkennen kann, dass das Fehlen einer Binär-Ziffer (1 oder 0) eine Null bedeutet. In Binärtabellen kann die Methode daher Zeichen weglassen, ohne eindeutige Bedeutungszeichen zu verlieren, und gleichzeitig Platz sparen.

Das Bitmarker-Patent erwähnt ein Beispiel: Das binäre Datenstück 11111101, würde es zehntausend Mal in gespeicherten Daten auftauchen, würde es mehr als 111 Milliarden Bits zur Speicherung erfordern.

Lässt man es aber durch den Bitmarker 1100 darstellen, so braucht man für die Speicherung der gleichen Information nur 11 Millionen Bits – ein Unterschied um das zehntausendfache. IRIS reduziert also Daten verlust- und kompressionsfrei. Gleichzeitig können die Daten als Befehlssatz dienen. Sie lassen sich zudem in Echtzeit wiederherstellen.

“Wir haben das Binärformat in eine andere Sprache übersetzt”, sagt Brian Ignomirello, "um dem Prozessor mitzuteilen, dass er die Daten ‚on the fly‘ erzeugen soll." Er weist zudem darauf hin, dass es durch die Technik der Vektoren und Bitmarker unmöglich ist, den Code zu knacken, was Verschlüsselung überflüssig macht.

Schnelligkeit

Der größte Profiteur des oben beschriebenen Verfahrens ist naheliegenderweise der Datendurchsatz. Da die Daten kleiner sind und alle im RAM verarbeitet werden, der schneller als Disk oder Flash ist, soll IRIS zehnmal schneller als Intels Speicherbaustein 3D Xpoint und zehntausend Mal schneller als NAND-Flash sein.

Das Gerätepatent von 2014 beschreibt ein System, dass in der Lage ist, konstanten I/O von 57,6 GByte/s aufrechtzuerhalten. "Das wäre 76,8 Mal schneller als ein üblicher x86-Hochleistungsserver", heißt es im Patent. Die Geschwindigkeitssteigerung beruht aber auf einem Äpfel-Birnen-Vergleich: Pures RAM ist immer schneller als ein x86-Gesamtsystem.

Flüchtig oder nichtflüchtig

Der Interessent fragt sich vielleicht, was mit den Daten passiert, wenn das Gerät ausgeschaltet wird. Schließlich sind die Daten ja im flüchtigen RAM. Um die Daten nicht zu verlieren, verfügt IRIS über einen Baustein für nichtflüchtigen Speicher, also NVRAM. Die NVDIMMs weisen eine Flash-Memory-Komponente auf, so der Hersteller, die aber nur beim Ausschalten oder bei Stromausfall zum Zuge kommt. Die Daten befinden sich zu diesem Zeitpunkt im Flash-Memory, der bis zum Ende der Kopieraktion mit einer Batterie gestützt wird.

Energiehunger

Sowohl Speichermodule als auch Akku und Flash Memory müssen laufend mit Strom versorgt werden, und das nicht zu knapp. Das Einstiegsmodell, das "nur" 80.000 US-Dollar kostet, verbraucht durchschnittlich 1,1 Kilowatt pro Tag, bestätigt ein Firmensprecher bei der Pressevorführung in London. Das Gerät steht in drei Formaten bereit: als IRIS Compute, Store oder Vault. Kombiniert man die drei Geräte in einem 2HE-Gerät, so liegt der Preis entsprechend höher.

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