Что такое виртуальный рейд Intel на процессоре

Обновлено: 20.11.2024

Графика: Intel Virtual RAID on CPU (VROC) позволяет управлять хранилищем RAID без дополнительного оборудования и необходимости жертвовать драгоценным слотом PCIe.

Когда дело доходит до выбора системы хранения данных RAID для вашего сервера или рабочей станции, нужно учитывать многое. Сколько дисков может войти в массив? Какая емкость хранилища мне потребуется? Какова моя скорость чтения и записи? Какая конфигурация RAID мне подходит? Я больше ценю скорость или отказоустойчивость? Должен ли я выбрать аппаратный RAID или программный RAID? А как насчет гибрида обоих?

Корпорация Intel разработала технологию на основе ЦП специально для твердотельных накопителей NVMe, известную как Intel Virtual RAID on CPU (VROC). Это тип гибридного RAID-решения, предназначенного в основном для клиентов, которых не устраивают ограничения или цена программного RAID-массива и аппаратного RAID-массива соответственно. Это простой выбор, поскольку дополнительное оборудование не требуется; нет замедления работы системы, как при программном RAID; и клиенты могут освободить слот PCIe для другой платы расширения.

В этом сообщении блога мы обсудим Intel VROC, его преимущества и способы включения VROC на серверах и рабочих станциях с поддержкой VROC. Если вы заинтересованы в приобретении защищенного сервера или рабочей станции с поддержкой VROC для своей программы или приложения, мы рекомендуем вам оставаться до конца публикации. Вы не пожалеете.

Графика: Виртуальный RAID-массив Intel на ЦП (VROC) реализуется с помощью устройства управления томами Intel (VMD). Источник: Intel

Что такое Intel VROC?

Intel Virtual RAID on CPU, или Intel VROC, — это гибридное решение для хранения данных RAID для твердотельных накопителей (SSD) NVMe, подключенных напрямую к масштабируемым процессорам Intel Xeon через шину расширения PCIe.

Его можно использовать с твердотельными накопителями Intel NVMe, некоторыми твердотельными накопителями сторонних производителей, и он предназначен в первую очередь для использования с высокопроизводительными профессиональными рабочими станциями и серверными платформами. Поддерживаемые конфигурации можно найти на веб-странице Intel VROC Supported Configurations.

VROC предлагается с новыми масштабируемыми процессорами Intel Xeon Scalable, в частности первого, второго и третьего поколений. Он встроен в ЦП, что позволяет выделенному кремнию вычислять логику RAID для твердотельных накопителей NVMe, основанных на PCIe.

VROC классифицируется как гибридный RAID, поскольку он имеет характеристики, аналогичные двум стандартным решениям RAID: программному RAID и аппаратному RAID.

Intel VROC частично считается аппаратным RAID из-за ключевой функции микросхемы, известной как Intel Volume Management Device (VMD), предлагаемой с более новыми масштабируемыми процессорами Xeon. VROC аппаратно зависит от VMD и поэтому предлагается только с более новыми масштабируемыми процессорами Xeon, перечисленными выше.

VROC частично считается программным RAID, поскольку он по-прежнему использует циклы ЦП для расчета логики RAID, но использует значительно меньше циклов, чем традиционное решение программного RAID.

Фото: Intel VROC не требует адаптера главной шины RAID (HBA) или карты RAID, что освобождает слот PCIe.

Каковы преимущества использования Intel VROC?

По данным Intel, самым большим преимуществом VROC является возможность подключать твердотельные накопители NVMe напрямую к линиям PCIe масштабируемых процессоров Xeon и создавать RAID без использования адаптера главной шины RAID (HBA), иногда называемого картой RAID или , в более общем смысле, сменная карта PCIe.

Проще говоря, для использования VROC не требуется никакого дополнительного оборудования. Это преимущество выгодно для чувствительных к цене клиентов, которые не хотят тратить много денег на аппаратные RAID-контроллеры.

Тем не менее, аппаратный RAID обеспечивает наилучшую общую производительность, поскольку в нем используется выделенный контроллер обработки, который управляет конфигурациями RAID независимо от ОС. Для VROC также не требуется слот PCIe.

Программный RAID, с другой стороны, разделяет свои вычислительные ресурсы с ОС, что может замедлить работу RAID. Однако программный RAID, как правило, дешевле аппаратного RAID, поэтому выбор программного, аппаратного или гибридного RAID-решения зависит от потребностей вашего приложения или программы.

В двух словах, VROC лучше, чем программный RAID для некоторых клиентов, потому что вы не используете мощность ЦП для управления массивом, а также потенциально не так дорого. Одним из существенных преимуществ VROC по сравнению с аппаратным RAID является то, что вам не нужно жертвовать слотом PCIe на вашем сервере или рабочей станции для создания RAID. Если вам нужно несколько графических процессоров, карт FPGA или других карт в вашей системе, вам придется записать одну из них для аппаратного RAID-контроллера.

Нейт Янг, технический директор

VROC также закрывает редкий, но вызывающий головную боль феномен дыр записи RAID 5, во время которого становится невозможно определить, какие блоки данных и четности были записаны, а какие нет на диски в массиве. Проблема вызвана сбоем питания во время записи.

Фото: Intel VROC настраивается в BIOS вашего сервера или рабочей станции. Источник: Intel

Как включить VROC?

Чтобы включить VROC, сначала нужно убедиться, что ваш процессор Xeon его поддерживает.

По состоянию на сентябрь 2020 г. три семейства процессоров Intel Xeon поддерживают VROC:

  • Масштабируемые процессоры Intel Xeon 1-го поколения (-SP, -D, -W)
  • Масштабируемые процессоры Intel Xeon 2-го поколения (-SP, -D, -W)
  • Масштабируемые процессоры Intel Xeon 3-го поколения (-SP, -D, -W)

Функциональность VROC должна быть включена OEM или ODM, у которого приобретен ваш сервер Xeon или рабочая станция. Использование процессора одного из этих семейств Xeon не гарантирует его функциональность, поэтому перед покупкой обязательно уточните у производителя, получаете ли вы решение с поддержкой VROC.

Функциональность обычно достигается с помощью аппаратного ключа Intel VROC, вставляемого в головку ключа материнской платы сервера. Ключ Intel VROC — это механизм лицензирования программного обеспечения Intel VROC и лицензии RAID. Перед покупкой OEM-производитель устанавливает головку ключа и аппаратный ключ на серверные материнские платы с поддержкой VROC.

После покупки сервера или рабочей станции Xeon можно перейти на VROC, купив ключ Intel VROC у OEM-производителя, но ваш сервер или рабочая станция должны быть оснащены процессорами Xeon с поддержкой VROC.

Существует три различных артикула аппаратных ключей VROC:

  • Intel VROC Standard (поддерживает RAID 0, RAID 1 и RAID 10 с использованием любого твердотельного накопителя)
  • Intel VROC Premium (поддерживает RAID 0, RAID 1, RAID 5 и RAID 10 с использованием любого твердотельного накопителя)
  • Только твердотельные накопители Intel VROC Intel (поддерживает RAID 0, RAID 1, RAID 5 и RAID 10 только с использованием твердотельных накопителей Intel)

Intel VROC включается в BIOS сервера или рабочей станции. Процесс активации довольно прост.

Чтобы включить VROC, выполните следующие действия:

1. Установите режим загрузки UEFI

  1. Нажмите F2, чтобы войти в BIOS.
  2. Выберите диспетчер обслуживания загрузки.
  3. Выберите дополнительные параметры загрузки.
  4. Измените режим загрузки на UEFI.
  5. Нажмите F10, чтобы сохранить, и Y, чтобы подтвердить.

2. Включите порты Intel VMD

  1. Прочитайте техническую спецификацию материнской платы вашего сервера (TPS), чтобы определить, какие порты VMD следует включить.
  2. Нажмите F2, чтобы войти в BIOS.
  3. Выберите "Дополнительно".
  4. Выберите конфигурацию PCI.
  5. Выберите устройство управления томами.
  6. Включите правильные порты VMD.
  7. Нажмите F10, чтобы сохранить, и Y, чтобы подтвердить.

3. Создайте том RAID

  1. Нажмите F2, чтобы войти в BIOS.
  2. Выберите "Дополнительно".
  3. Выберите конфигурацию PCI.
  4. Выберите Управление дополнительным ПЗУ UEFI.
  5. Выберите Intel Virtual RAID on CPU (если вы видите список своих твердотельных накопителей NVMe, повторите второй шаг, чтобы убедиться, что вы включили правильные порты VMD).
  6. Выбрать все контроллеры Intel VMD
  7. Выберите «Создать том RAID».
  8. Выберите уровень RAID и выберите диски для включения в том.
  9. Выберите «Создать том».
  10. Выйдите из BIOS, нажав F10, и загрузите ОС.

Вот оно. Вы только что включили VROC на своем сервере или рабочей станции с поддержкой VROC. Удачного рейда!

Чтобы посмотреть видеоролик Intel, на котором основано это руководство, нажмите здесь.

Фото. Решение для хранения JBOD/JBOF от Trenton Systems в сочетании с хост-сервером или рабочей станцией с поддержкой VROC — идеальный вариант использования Intel VROC.

Заключение: варианты использования и преимущества Trenton

Прекрасным вариантом использования Intel VROC является JBOD/JBOF компании Trenton Systems в сочетании с хост-сервером или рабочей станцией с поддержкой VROC. Для Trenton это включает все серверы и рабочие станции для монтажа в стойку с нашей материнской платой SSP8256.

Благодаря этому решению клиенты могут воспользоваться преимуществами практически бесконечного объема хранилища NVMe SSD со скоростью чтения и записи 27 ГБ/с в защищенном решении для хранения с возможностью горячей замены, сконфигурированном с использованием RAID, готового к работе в полевых условиях.

Загрузите это высокопроизводительное решение NVMe SSD в военное наземное транспортное средство, на истребитель, БПЛА, военный корабль ВМФ, производственный цех, на наземную станцию ​​управления (GCS), в установку для сбора радиолокационных данных или в задней части фургон с несколькими камерами, собирающий геопространственные данные в любом месте, где это необходимо вашему приложению или программе.

Лучше всего то, что вы будете знать, что все данные в безопасности, потому что покупаете у американской компании, чьи решения разработаны, изготовлены, собраны, протестированы и поддерживаются в США и оснащены множеством решений для кибербезопасности, включая опросы поставщиков о качестве, контроль версий, программу защиты от подделок (CPP) и комплексный пакет безопасности, обеспечивающий целостную защиту программного обеспечения, встроенного ПО и оборудования.

Но подождите, есть еще одно замечательное преимущество. Наша внутренняя служба поддержки может помочь вам настроить VROC и решить проблемы с VROC, если у вас возникнут какие-либо проблемы. И не забывайте, что вы можете попробовать наши решения бесплатно в течение 45 дней, воспользовавшись нашей программой кредитования.

Если вы заинтересованы в приобретении защищенного сервера или рабочей станции с поддержкой VROC для своей программы или приложения, сообщите нам об этом. Наши инженеры готовы помочь.

Каждый из двух процессоров обеспечивает 48 линий PCI Express плюс четырехканальный канал DMI. Распределение этих полос затруднено. Большинство линий PCIe от CPU1 предназначены для конкретных целей: x4 DMI плюс еще один канал x16 идут к набору микросхем C624, а есть канал x8 к разъему для дополнительного контроллера SAS. Таким образом, CPU2 обеспечивает линии PCIe для большинства слотов расширения.

В первоначальной конфигурации этот сервер был настроен на предоставление максимально возможного количества слотов PCIe: 7 слотов x8 и один слот x4. Для поддержки твердотельных накопителей U.2 PCIe в корзинах для дисков в передней части сервера была включена плата коммутатора PCIe, в которой используется коммутатор Microsemi PM8533 для обеспечения восьми разъемов OCuLink для кабелей PCIe x4. Эта карта имеет только восходящий канал PCIe x8, поэтому она является потенциальным узким местом для массивов из более чем двух твердотельных накопителей U.2. Без таких плат для увеличения числа линий PCIe для обеспечения подключения PCIe ко всем 16 отсекам с возможностью горячей замены потребовалось бы, чтобы почти все линии были направлены в слоты для карт расширения PCIe. Процессоры Xeon Scalable предоставляют множество линий PCIe, но с твердотельными накопителями NVMe их все равно легко исчерпать.

Чтобы обеспечить выделенный канал x4 для каждого из наших твердотельных накопителей P4510, пришлось заменить несколько компонентов. Во-первых, одна из райзер-карт с тремя слотами x8 была заменена на райзер с одним слотом x16 и одним слотом x8. Карта коммутатора PCIe была заменена на карту ретаймера PCIe x16 с четырьмя портами OCuLink. Ретаймер PCIe — это, по сути, пара последовательных физических физических интерфейсов PCIe; его цель — реконструировать и ретранслировать сигналы PCIe, гарантируя, что сигнал останется достаточно чистым для работы на полной скорости на метровом пути от ЦП до твердотельного накопителя, проходящего через шесть разъемов, четыре печатные платы и 70-сантиметровый кабель.< /p>

При использовании переходной платы со слотом PCIe x16 этот сервер поддерживает настраиваемое раздвоение каналов в этом слоте, поэтому вместо этого он может работать как комбинация каналов x4 или x8. Поддержка раздвоения слота PCIe требуется для использования одного слота для четырех твердотельных накопителей без промежуточного коммутатора PCIe. Бифуркация обычно не поддерживается на потребительских платформах, но потребительские платформы для энтузиастов, такие как Skylake-X и AMD Threadripper, начинают ее поддерживать, но не на каждой материнской плате. Ожидается, что в системах для энтузиастов потребители будут использовать твердотельные накопители M.2, а не 2,5-дюймовые накопители U.2, поэтому несколько поставщиков в настоящее время продают карты адаптеров с четырьмя разъемами M.2. В будущем обзоре мы протестируем некоторые из них. на этих адаптерах с этой системой запущен наш клиентский набор тестов SSD.

Подставка x16 и плата повторного таймера поступили через несколько дней после твердотельных накопителей P4510, поэтому у нас есть некоторые результаты тестирования четырехдискового RAID с картой коммутатора PCIe и ее узким местом восходящего канала x8. Тестирование четырехдискового RAID без узких мест продолжается.

Настройка VROC

Функция Intel Virtual RAID on CPU (VROC) — это программная система RAID, позволяющая создавать загрузочные массивы RAID NVMe.Есть несколько ограничений: наиболее заметным является требование аппаратного ключа для разблокировки некоторых уровней функциональности VROC. Большинство систем Skylake-SP и Skylake-X имеют небольшой разъем на материнской плате для установки ключа VROC, но сами ключи купить напрямую было невозможно. При первом анонсе Intel создала впечатление, что VROC будет доступен для потребителей-энтузиастов, готовых заплатить несколько сотен долларов дополнительно. С тех пор Intel отступила к позиции, рассматривая VROC как функцию рабочей станции и сервера, которая входит в состав OEM-систем. Intel активно не пытается помешать потребителям использовать VROC на материнских платах X299, но пока ключи VROC нельзя будет приобрести в розницу, мало что можно сделать.

Существует несколько ключевых SKU VROC, обеспечивающих различные уровни функций. Информация Intel об этом была противоречивой. У нас есть ключ VROC Premium, который позволяет все, включая создание массивов RAID-5 и использование твердотельных накопителей сторонних производителей. Существует также стандартный ключ VROC, который не включает RAID-5, но доступны RAID-0/1/10. В более поздних документах Intel также указан ключ VROC Intel SSD Only, который включает RAID-0/1/10 и RAID-5, но поддерживает только центры обработки данных Intel и профессиональные модели SSD. Без аппаратного ключа VROC невозможно использовать решение Intel RAID, но некоторые базовые функции, на которые опирается VROC, по-прежнему доступны:

Устройство управления томами Intel

Когда 2,5-дюймовые твердотельные накопители U.2 NVMe впервые начали появляться в центрах обработки данных, они выявили широко распространенную незрелость платформы, поддерживающую такие функции, как горячее подключение PCIe. Правильное горячее подключение и горячая замена твердотельных накопителей PCIe требовали тщательной координации между ОС и материнской платой. микропрограммы, часто с помощью механизмов, специфичных для поставщика. Intel решила эту проблему с помощью функции Volume Management Device (VMD) в процессорах Skylake-SP. Включение VMD любого из портов PCIe ЦП не позволяет материнской плате обнаруживать устройства, подключенные к этому порту, во время загрузки. Это переносит всю ответственность за нумерацию устройств и управление ими на ОС. С ОС, поддерживающей VMD, и драйвером NVMe твердотельные накопители и коммутаторы PCIe, подключенные через порты с включенным VMD, будут перечисляться в совершенно отдельном домене PCIe, появляющемся за виртуальным корневым комплексом PCIe. .

Еще одна важная функция VMD кажется тривиальной, но чрезвычайно важной для центров обработки данных: управление светодиодами. 2,5-дюймовые диски не имеют собственных светодиодных индикаторов состояния, а вместо этого полагаются на объединительную панель с возможностью «горячей» замены для реализации индикаторов, необходимых для идентификации активности или неисправного устройства. В мире SAS/SCSI боковые каналы и протоколы для управления ими полностью стандартизированы и считается само собой разумеющимся, но в спецификациях NVMe это не рассматривалось до тех пор, пока в конце 2015 года не был добавлен интерфейс управления NVMe. Используется карта SAS RAID.

Разветвление порта PCIe

В нашей тестовой системе разветвление портов PCIe автоматически включается для слотов x16, но не для слотов x8. Чтобы заставить VROC работать с четырехпортовой платой ретаймера PCIe, не нужно было изменять параметры разветвления, но при установке карты ASUS Hyper M.2 X16 с четырьмя Samsung 960 PRO параметр разветвления слота необходимо было вручную настроить для разделения порта. на четыре звена x4. Это поведение может различаться в разных системах.

Настройка массива

После установки ключа VROC и установки твердотельных накопителей в порты PCIe с поддержкой VMD можно использовать компонент микропрограммы материнской платы VROC. Это драйвер UEFI, реализующий функциональность программного RAID, а также утилита настройки для создания массивов и управления ими. В нашей тестовой системе эту утилиту встроенного ПО можно найти в разделе для дополнительных ПЗУ UEFI, прямо под параметрами настройки загрузки по сети.

После настройки массива его можно использовать в любой ОС с драйверами VROC. Все необходимые компоненты доступны из коробки во многих дистрибутивах Linux, поэтому мы смогли использовать CentOS 7.4 без установки дополнительного программного обеспечения. (Intel предоставляет некоторые дополнительные утилиты для управления в Linux, но они не нужны, если вы используете утилиту UEFI для создания массивов.) В Windows необходимо установить драйверы Intel VROC или загрузить их во время запуска программы установки Windows, если операционная система будет загружаться с массива VROC.

Конфигурации протестированы

В нашем распоряжении четыре диска Intel SSD P4510 емкостью 2 ТБ и один диск емкостью 8 ТБ для сравнения. В этом обзоре представлены результаты следующих конфигураций VROC:

  • Четыре сервера P4510 по 2 ТБ в RAID-0
  • Четыре сервера P4510 по 2 ТБ в RAID-10
  • Два P4510 по 2 ТБ в RAID-0
  • Один P4510 емкостью 2 ТБ
  • Один блок P4510 емкостью 8 ТБ

Есть также частичные результаты четырехдискового массива RAID-0, RAID-10 и RAID-5 до того, как появилась переходная плата x16 и плата повторного таймера. В этих конфигурациях все четыре диска емкостью 2 ТБ были подключены через коммутатор PCIe с восходящим каналом PCIe x8. Идет тестирование четырех дисков в RAID-5 без этого узкого места.

Читайте также: