Sede global: 5 Speen Street Framingham, MA 01701 EUA Tel.: 508-872-8200 Fax: 508-935-4015 www.idc.com W H I T E P A P E R A c e d a a o p o d e r d o f l a s h c o m o V N X d e ú l t i m a g e r a ç ã o a t i v a d o p o r M C x Patrocinado por: EMC Laura DuBois Agosto de 2013 R E S U M O E X E C U T I V O O crescimento contínuo dos dados aliado a uma nova geração de CPUs multi-core colocou novas exigências sobre os sistemas de armazenamento para lidarem com um número inédito de cargas de trabalho. As HDDs (Hard Disk Drives, unidades de disco rígido) tornaram-se muito mais densas e são capazes de lidar com maior capacidade, mas a velocidade rotacional das HDDs mecânicas não melhorou para além das 15.000 RPM desde 2001, e é provável que não haja aumentos, o que representa uma limitação para o desempenho computacional. Conforme as empresas fazem a mudança em direção a datacenters totalmente (100%) virtualizados, os sistemas de armazenamento escolhidos atualmente têm de conseguir gerir centenas, até mesmo milhares, de máquinas virtuais (VMs - Virtual Machines) e cargas de trabalho mistas, além de dar suporte aos negócios, não apenas no presente, mas também no futuro. O suporte flash promete anular o intervalo de desempenho entre a computação e o armazenamento e libertar o armazenamento de ser a limitação de I/O dentro dos ambientes de TI. No entanto, a mudança arquitetónica no desempenho de I/O de armazenamento, que é possível com o flash, requer a capacidade de processamento de CPUs multi-core. Os programadores de sistemas de armazenamento têm de reconfigurar os seus sistemas para acederem ao poder do suporte flash e utilizarem totalmente os processadores multi-core. Fornecedores como a EMC estão a assumir a liderança ao permitirem que seus clientes tenham acesso aos benefícios completos de desempenho alcançados com o flash. Soluções como os sistemas de última geração VNX com MCx (otimização multi-core) fornecem produtos de software e hardware com ativação multi-core que são otimizados para proporcionar mais desempenho do que nunca. O MCx é o novo software VNX que distribui igualmente todos os serviços de dados do VNX em todos os núcleos de um sistema. O MCx garante que os processos de gestão de cache e de RAID de back-end obtêm o máximo proveito dos CPUs multicore e permite que o software de processamento de back-end e cache seja dimensionado linearmente para proporcionar uma relação ideal de preço e desempenho. Por que motivo as empresas devem considerar a mudança de HDDs para suportes de desempenho mais elevado e a adoção da tecnologia MCx para gerir a maior intensidade de I/O? Mais desempenho. Por natureza, os SSDs podem alcançar vários gigabytes por segundo de débito de dados aleatórios e proporcionam um desempenho de IOPS muito alto. Por exemplo, um único SSD pode fornecer mais de 10.000 IOPS um incremento de 40 a 200x no desempenho de 50 a 250 IOPS em HDDs. O MCx aumenta significativamente a capacidade de resposta de aplicações essenciais ao
desempenho, fornecendo um desempenho até 4x melhor, conforme avaliado pelo número de VMs, de transações e IOPS agregadas de ficheiros. Maior eficiência. Uma pesquisa da IDC descobriu que, em média, as empresas que utilizam a proporção certa de SSDs e HDDs conseguem reduzir o número total de drives até 66%, ao mesmo tempo que fornecem mais transações (IOPS) do que um ambiente de configuração semelhante com suporte de armazenamento tradicional baseado em HDD. Isto traduz-se em economia de espaço e redução de custos com instalações. O MCx, em conjunto com os recursos de eficiência do VNX como o FAST (Fully Automated Storage Tiering, armazenamento com classificação totalmente automatizada por níveis) e a deduplicação em blocos fixos, reduz a necessidade de super-aprovisionamento de plataformas e diminui os custos através do fornecimento de eficiência otimizada em plataformas. Novas medidas. A medida histórica de custo por gigabyte (US$/GB) é um fator decisivo em muitas vendas de sistemas. No entanto, a IDC acredita que a medida de custo por desempenho, como custo por IOP (US$/IOP) e custo por carga de trabalho (US$/carga de trabalho), é mais apropriada, especialmente em ambientes vulneráveis ao desempenho e quando as empresas precisam de aliar a receita a aplicações específicas. NESTE WHITE PAPER Neste documento técnico, a IDC examina a evolução dos controladores de armazenamento, desde controladores tradicionais de HDD a controladores de "matrizes híbridas" (ou seja, matrizes de armazenamento tradicionais que podem receber unidades flash) capazes de otimizar suportes flash e CPUs multi-core. A EMC trata-se de um caso prático excelente, já que está na liderança dessa evolução: A EMC está entre os líderes de mercado na inovação flash e adotou desde cedo as tecnologias flash. A EMC foi um dos primeiros fornecedores a oferecer opções de unidades flash totalmente fiáveis e verificadas para sistemas de armazenamento, especificamente com o FAST, para ajudar as empresas a otimizar a capacidade, o desempenho e seus investimentos gerais em armazenamento. A EMC apercebeu-se que os fornecedores de armazenamento tentavam fazer upgrade de produtos de hardware internos na esperança de aliviar os problemas de limitação e saturação do desempenho com SSDs e concluiu que essa não era a melhor abordagem. O fator limitativo não era o hardware mas sim a arquitetura do controlador de armazenamento e o software que não tinham sido desenvolvidos de forma ideal para utilizar unidades flash e os novos processadores multi-core. A EMC redesenhou o centro do VNX Operating Environment e o substituiu-o pelo MCx para aceder ao potencial completo das CPUs multi-core e do flash. I N T R O D U Ç Ã O E H I S T O R I A L D E M E R C A D O No mercado atual, as empresas exigem maior desempenho de armazenamento para seus conjuntos de dados ativos de modo a acelerar aplicações atuais e a fornecer uma base para as suas aplicações de última geração da 3ª plataforma (por exemplo, sociais, móveis, cloud e big data). As HDDs tradicionais forneceram desempenho e 2 #242625 2013 IDC
capacidade de armazenamento suficiente até este momento. Porém, o flash ultrapassou as HDD na disponibilização de uma solução económica para alto desempenho de armazenamento quando o custo/iop é considerado. As exigências quanto a maior desempenho e os aspetos económicos do flash estão a fomentar o crescimento de unidades flash, sendo que a IDC prevê que o segmento com uso intensivo de I/O (SSD e flash) está a crescer ao ritmo mais rápido quanto a capacidade em um CAGR de 74,3% até 2017. A procura de mercado por desempenho com flash, conforme previsto pela IDC no segmento com uso intensivo de I/O, começará a pressionar as arquiteturas de armazenamento desenvolvidas para HDDs otimizadas para desempenho e capacidade. A n e c e s s i d a d e d e m u d a n ç a A velocidade rotacional de HDDs atingiu um máximo de 15.000 RPM e permanece estável, sem aumentos à vista nas rotações por minuto, por causa das claras limitações físicas dos suportes mecânicos. O VNX permitiu facilmente ganhos de desempenho em matrizes legado, não somente por meio de maiores números de eixos de HDD e incrementos paralelos na velocidade de relógio da CPU Intel, mas também com uma estratégia FLASH 1st que usou unidades flash para o FAST e para o cache dinâmico de leitura/gravação. Com o FAST no VNX, os possíveis ganhos de IOPS poderiam ser muito maiores (de centenas de milhares a milhões). Contudo, a velocidade de relógio da CPU Intel não tem aumentado ao mesmo ritmo. A análise das velocidades dos relógios das CPUs Intel Xeon lançadas de 2007 até 2013 revelou um aumento de apenas 6,9% na velocidade máxima, que chegou a um pico em 2012 (ver Figura 1). F I G U R A 1 I n t r o d u ç ã o d a v e l o c i d a d e d a C P U I n t e l d e 2 0 0 7 a 2 0 1 3 Fonte: Intel, 2013 Como os aumentos na velocidade de relógio da CPU diminuíram gradualmente, a Intel mudou o foco das velocidades de relógio mais rápidas para o fornecimento de 2013 IDC #242625 3
mais núcleos de processador no mesmo chip. Por meio de testes abrangentes, a EMC concluiu que para desenvolver um sistema VNX capaz de fornecer 1 milhão de IOPS, era necessário desenvolver a arquitetura do VNX para além das barreiras da velocidade de relógio da CPU e distribuir cargas de trabalho em CPUs e núcleos de CPU, criando assim o VNX de última geração com MCx. M C x : O V N X n o c e n t r o d a o t i m i z a ç ã o m u l t i - c o r e Uma abordagem híbrida é uma boa opção inicial para utilizar o poder dos SSDs. No entanto, um sistema de armazenamento tradicional pode adicionar apenas um número reduzido de SSDs antes que os suportes de alto desempenho saturem os controladores de armazenamento interno e o back-end de I/O. A saturação precoce do sistema de armazenamento resulta numa configuração que não é dimensionada ou que leva à compra em excesso de desempenho de SSD que não pode ser totalmente utilizado, o que leva a maior custo/iop e a maior custo/carga de trabalho. Para que o potencial do flash seja totalmente alcançado, o software do sistema de armazenamento deve ser capaz de utilizar mais de uma CPU ou mais de um núcleo de CPU em qualquer serviço determinado. A transição de uma arquitetura estática vinculada à velocidade de relógio da CPU, para a utilização dinâmica de núcleos por meio da distribuição uniforme do trabalho entre CPUs e núcleos exigiu uma mudança fundamental no centro do VNX Operating Environment (ver Figura 2). A dimensão desta mudança é sinónima com a realização de uma mudança em um kernel de sistema operativo, o que é complexo e afetará o funcionamento de todos os serviços no sistema. F I G U R A 2 U t i l i z a ç ã o d e C P U m u l t i - c o r e d o V N X Fonte: EMC, 2013 4 #242625 2013 IDC
Um dos principais motivos pelos quais as empresas adquirem o VNX da EMC é a sua longa herança de fiabilidade e anos de testes. Portanto, todas as alterações no centro do sistema devem ser levadas a sério; é por isso que a EMC dedicou anos de desenvolvimento e testes à implementação de uma distribuição multi-core de seus serviços de dados centrais (MCx). R e s u l t a d o s d e d e s e m p e n h o O VNX de última geração com MCx significa que a EMC pode fornecer uma série midrange com o desempenho de uma matriz totalmente flash e a eficiência da classificação por níveis: A capacidade de expansão modular dos modelos VNX pode abordar a crescente adoção por clientes de infraestruturas virtualizadas e ambientes de cloud computing. A reconfiguração da família VNX torna possível obter mais benefícios da baixa latência do flash e fornecer serviços de dados altamente otimizados. Esta reconfiguração também permite uma gestão mais eficiente da capacidade com SSD hierárquico e armazenamento de HDD para proporcionar uma experiência superior ao cliente. O aumento de desempenho do novo VNX em comparação com o VNX da geração anterior demonstra as vantagens de um projeto com otimização multi-core: aumento de 400% no desempenho de armazenamento máximo de IOPS e melhoria de 70% nos tempos de respostas (ver Figura 3). F I G U R A 3 C o m p a r a ç ã o d e d e s e m p e n h o d o V N X Fonte: EMC, 2013 2013 IDC #242625 5
A EMC desenvolveu o MCx especificamente para tirar proveito dos CPUs multi-core, e isso permite aos sistemas VNX de última geração fornecer vantagens superiores de ROI (Return On Investment - retorno sobre o investimento). No exemplo mostrado (ver Figura 4), uma matriz que não tem a otimização de processamento multi-core e não tem os recursos de eficiência do VNX com classificação automática por níveis precisaria de 3x mais espaço físico e 4x mais drives para atingir a mesma capacidade utilizável. F I G U R A 4 C o m p a r a ç ã o d e c o n f i g u r a ç ã o d o V N X c o m M C x Please check if FAST should be translated in image. Fonte: EMC, 2013 No geral, é expectável que a série VNX de última geração com MCx forneça um desempenho significativamente maior do que os sistemas VNX anteriores quando configurados com os mesmos custos e capacidade. No próprio comparativo de desempenho da EMC, um sistema totalmente configurado demonstrou fornecer mais de 1 milhão de IOPS e acomodar até 8000 servidores virtuais. Este nível de desempenho/capacidade/flexibilidade de custo, em conjunto com uma capacidade de expansão formidável, faz com que a nova série VNX mereça a consideração de empresas de todas as dimensões em todos os setores. P A N O R A M A D O F U T U R O A otimização do VNX para revelar o desempenho do flash e para disponibilizar a plataforma para a futura expansão tecnológica foi crucial para a EMC. A capacidade de distribuição uniforme do VNX com MCx para cargas de trabalho internas de serviço em núcleos e CPUs de controlador de armazenamento proporciona acesso a ciclos de processamento previamente isolados para serviços que precisam de mais do que o poder de uma única CPU. Com acesso potencial a mais ciclos de 6 #242625 2013 IDC
computação no VNX, os departamentos de TI terão potencialmente a capacidade de no futuro executar mais aplicações diretamente no próprio VNX. A IDC está atenta às tendências em locais em que os departamentos de TI querem aproximar mais o armazenamento e a computação dentro de datacenters corporativos. O VNX de última geração com MCx da EMC deverá ser capaz de fornecer a plataforma para a futura convergência entre a computação e o armazenamento. D E S A F I O S E O P O R T U N I D A D E S P A R A A E M C Um dos maiores desafios da EMC será mostrar às empresas como o MCx pode proporcionar os ganhos de desempenho prometidos e, ao mesmo tempo, a estabilidade de sistema à qual as empresas se acostumaram com o VNX original. Essa grande mudança no centro da arquitetura pode preocupar algumas empresas. Porém, este nível de mudança controlada e planeada é inevitável, visto que são necessárias evoluções de arquitetura de modo a permitir a exploração completa de novas tecnologias relacionadas com desempenho, como unidades flash e processadores multi-core. Isto cria uma oportunidade única para os clientes do VNX que precisam de maior desempenho para comportar crescentes infraestruturas de TI com maiores volumes de dados, mais máquinas virtuais e aplicações exigentes. A IDC acredita que a EMC está numa posição sólida para convencer as empresas da necessidade de reconfigurar o centro do software VNX para MCx por causa dos resultados significativamente maiores de desempenho. C O N C L U S Ã O E O R I E N T A Ç Ã O E S S E N C I A L Há benefícios definitivos e valiosos na escolha de uma solução de armazenamento que proporciona vantagens estratégicas e revolucionárias a longo prazo quando comparada com uma solução que proporciona diferenças táticas ou evolutivas a curto prazo. Ao avaliar uma solução de armazenamento que suporte flash, as empresas devem fazer as seguintes perguntas: A plataforma pode proporcionar-me o desempenho de que preciso hoje e também atender a minhas necessidades daqui a cinco anos? O sistema permite a utilização de flash de alto desempenho para meus dados essenciais aos negócios e a otimização custo/gb nos pontos em que o desempenho não é um requisito? O fornecedor tem um historial de verificação e introdução de novas tecnologias de forma bem-sucedida? Qual o volume de flash ou SSD que pode ser adicionado ao sistema atual antes que os controladores de armazenamento sofram saturação no desempenho ou antes que os resultados comecem a apresentar resultados inferiores? Flash é a tecnologia que promete anular o intervalo crescente de desempenho entre o armazenamento e a computação. A EMC tem uma história de liderança no mercado com uma visão estratégica e introdução bem-sucedida de novas 2013 IDC #242625 7
tecnologias, e demonstrou com o MCx a necessidade de tomar medidas necessárias para otimizar sistemas de armazenamento para CPUs multi-core e flash, mesmo que esse procedimento signifique reconfigurar o centro do sistema. Os benefícios e os recursos principais do MCx são muito convincentes: Suporta o dimensionamento do desempenho e da capacidade sem cedências Proporciona uma utilização mais eficiente de todos os núcleos e CPUs disponíveis de controladores de armazenamento do VNX Fornece a plataforma e a arquitetura de software para incorporar tecnologias em desenvolvimento e futuras relacionadas a armazenamento A v i s o d e d i r e i t o s d e a u t o r Publicação externa de informações e dados da IDC qualquer informação da IDC a ser usada em publicidade, comunicados de imprensa ou material promocional requer autorização prévia por escrito do vice-presidente ou gerente regional competente da IDC. A solicitação deve ser acompanhada de um rascunho do documento proposto. A IDC reserva-se o direito de negar autorização para uso externo por qualquer motivo. Copyright 2013 IDC. A reprodução sem autorização por escrito é totalmente proibida. 8 #242625 2013 IDC