硬體加速 資料縮減硬體加速的基本架構與型別

2021-10-16 02:28:06 字數 2211 閱讀 6517

用於資料縮減功能的硬體加速,是一種資料分流的概念,由儲存控制器的處理器,與專用加速晶元構成協同架構,控制器處理器負責一般i/o處理與系統控制,加速晶元則專門負責壓縮、重複資料刪除等資料縮減功能的運算。

資料縮減加速硬體的型別

目前各一線大廠的新一代高階儲存陣列產品,多已匯入了用於資料縮減運算的專用加速硬體,另外,也有部分中階產品擁有這種加速硬體配置

控制器內嵌 vs. 附加模組

依照儲存裝置部署加速硬體的型式,儲存加速硬體的架構,可以分為直接配置於控制器核心的專用加速晶元,或是透過附加模組部署的加速晶元兩大類,前者內嵌於控制器核心內,後者則是以附加板卡或模組的型式,來連線控制器核心。

兩種架構相較之下,內嵌於控制器核心的加速晶元,有利於縮短i/o路徑的延遲,但開發與公升級相對困難;至於透過附加板卡或模組來部署的加速晶元,雖然處理延遲相對較大,但有著易於部署與公升級的優點,所以在市場上也更為普遍。

至於採用控制器內嵌加速晶元的儲存陣列產品,相對較少了許多,目前有hpe 3par的storeserv系列、primera系列,以及富士通的dx8900 s4等。

asic vs. fpga

兩種晶元各有擅場。例如,asic的效能較高,但開發成本相對高昂;fpga則有容易開發、成本較低的優點。

目前兩種架構在市場上的應用普及情況,大致平分秋色,但長期來看,fpga最終應該會更為普遍。

典型的資料縮減加速硬體架構

以simplivity omnistack超融合儲存平台的oac加速卡,來說明資料縮減加速硬體的運作方式。

omnistack平台的每台節點,都在hypervisor上部署了1臺虛擬的ovc控制器來管理i/o訪問作業,並在底層實體主機則部署了1張oac加速卡,以及ssd與硬碟,為vm提供訪問服務。

vm寫入資料的程式分為3個步驟:

(1)vm向ovc控制器發出寫入i/o需求;

(2)ovc將寫入i/o導到oac加速卡,由oac加速卡進行實時的壓縮與重複資料刪除運算,然後將縮減後的資料,寫入底層ssd與硬碟中;

(3)ovc向vm回報寫入完成。

在omnistack平台架構下,所有寫入資料都會經由oac進行縮減運算,讓底層實體主機的處理器可免於這些運算負擔,從而可以向vm提供更多運算資源,藉此兼顧了整體效能與資料縮減功能的需求。

代表性的資料縮減加速硬體:附加加速卡與加速模組

透過附加的適配卡或模組,來卸除資料縮減運算,這種方式是目前資料縮減硬體加速的主流架構,這裡介紹其中較具代表性的3種。

dell emc在2023年中發表vmax高階儲存陣列的全快閃機型250f時,同時引進了compressioni/o模組,可為vmax提供inline壓縮功能;接下來,在2023年中推出的新一代高階儲存陣列powermax,引進了新的data reduction i/o模組,可同時提供壓縮與重複資料刪除功能,借由這兩種模組,不僅可顯著減少寫入儲存區的資料量,同時,這些資料刪減運算也幾乎不會影響控制器的效能。

已於2023年初併入hpe的simplivity,是資料縮減硬體加速的先驅,其omnistack超融合平台,擁有專用於提供壓縮與重複資料刪除運算功能的oac加速卡,由1張運算卡與1張供電卡組成,運算卡含有ㄧ顆xilinx zynq fpga sha-1與壓縮引擎晶元,以及512mb dram、8gb nvram與32gb nand快閃儲存器,而供電卡含有12顆超級電容。

運作時,omnistack平台會把資料讀取到oac卡上,由運算卡執行壓縮與重複資料刪除運算,若系統遭遇斷電事故,則可借由供電卡透過超級電容取得暫時性電力,讓系統將資料寫入oac卡的快閃儲存器儲存。

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