我們上一次介紹Nimble Storage產品時,還是在該公司仍為獨立廠商的2016年中,當HPE於2017年初併購該公司後,經過一年多的發展,目前已經完成了「HPE化」的轉型。

在HPE剛併購Nimble Storage之初,仍延續原本的CS混合陣列與AF全快閃陣列——前者為SSD+硬碟混合儲存架構,後者為純SSD的全快閃架構。

以CS系列為例,已在2018年中改款為HF混合陣列,AF系列也從AFx000改款為新的AFx0系列。隨著產品改款,這兩個系列的硬體,都已從Nimble Storage時期使用的Supermicro儲存伺服器,改為HPE自家的儲存伺服器,軟體核心的Nimble作業系統也升級到最新的5.0版。

新興儲存架構的先驅

併入HPE旗下後,HPE Nimble與HPE 3PAR並列為HPE旗下兩大儲存產品線,和3PAR一樣,獲得了保有原本Nimble廠牌名稱與產品線的待遇。歷史還不到10年的Nimble Storage,之所以能與身為儲存技術重鎮的3PAR相同待遇,關鍵便在於Nimble Storage一系列極富前瞻性的儲存技術,包括Triple Parity RAID、CASL(Cache Accelerated Sequential Layout)存取架構,以及InfoSight雲端智慧管理平臺。

透過Triple+Parity RAID,讓Nimble成為最早支援3重Parity RAID架構的儲存陣列產品,可容忍RAID群組中出現3臺硬碟或SSD失效,比起只允許1或2臺磁碟失效的RAID 5、6、10等常見架構,具備更高的系統可用性,而且擁有比傳統XOR Parity運算更高的效率,不會因Parity運算而拖慢效能。

CASL存取架構則結合了NVRAM與SSD的寫入與讀取加速,以及循序、stripe寫入架構,可顯著提高存取I/O效能,並對應快閃儲存特性。

而InfoSight雲端管理平臺,則是今日許多雲端AI智慧管理平臺的先驅,可透過雲端管理中心,主動收集與監控全球Nimble儲存陣列運行狀態,並結合分析與預測演算法,適時地自動向用戶發出警示或作出必要的狀態處理與升級建議,無須人工介入,多數常見問題都可透過InfoSight自動對應處理。

而這三大技術,都分別切合了當前的儲存應用趨勢。舉例來說,Triple+Parity RAID克服了傳統RAID架構局限,可允許建立更大規模的RAID群組,滿足更龐大的資料處理需求,但又保有足夠保護能力與效能;至於CASL存取架構,則能因應快閃存取的特性;而在InfoSight雲端管理平臺,則對應了減少人工干預的AI化儲存管理趨勢。許多廠商都是近期才開始切入這幾個新技術,但Nimble早在5年前便已提供了這些功能,顯示了他們的遠見與技術優勢。

HPE Nimble HF與AF系列儲存組態

雙控制器機箱

HF與AF系列均採用4U雙控制器機箱,並透過獨特的雙層托盤設計,提供比標準規格更高的2.5吋SSD容量。

無論HF混合陣列或AF全快閃陣列系列,都採用相似的4U雙控制器機櫃,從外觀來看,和一般基於3.5吋磁碟的4U/24Bay機箱沒什麼不同,但部份磁碟槽含有特別設計的雙層式磁碟托盤──每一個磁碟槽,實際上,可以容納2臺2.5吋規格的SSD,讓HPE Nimble的4U機箱可以提供比標準機箱更高的容量密度。

舉例來說,HF系列混合陣列的4U機箱含有24個磁碟槽,其中21個是標準的3.5吋磁碟槽,可容納21臺3.5吋硬碟,剩下的3個磁碟槽則透過雙層托盤,容納6臺作為讀取快取的SSD。其中硬碟有1TB、2TB、4TB、6TB、10TB等5種容量,與11、21臺兩種數量選擇;至於讀取快取用SSD則有240GB、480GB、960GB、1.92TB與3.84TB等5種容量,以及2、3、6臺的數量選擇。

至於AF系列全快閃陣列的4U機箱,全部24個磁碟槽都採用雙層托盤,可以容納最多48臺2.5吋SSD,在SSD容量方面,有480GB、960GB、1.92TB與3.84TB等4種容量選擇,在數量方面,則有12臺與24臺等兩種組合。

無論HF還是AF系列,都可透過Scale-Up或Scale-Out方式來擴充容量。其中Scale-Up擴充,是透過控制器的12Gb SAS介面,串接同樣是4U/48Bay規格的擴充儲存櫃(Expansion Shelves)。其中的HF系列,全部機型都可串接最多6座擴充櫃,而另一個AF系列,則可串接1或2座全快閃擴充櫃。

至於Scale-Out擴充,則是透過Nimble OS將多臺HF或AF儲存陣列組成叢集,最多可連結4臺HF或AF儲存陣列,組成含有8組控制器,以及576臺SSD(AF系列)或660臺硬碟(HF系列)的儲存叢集環境。

單/雙層磁碟槽支援硬碟與SSD

AF全快閃儲存陣列的機箱則全部採用內含雙層托盤的3.5吋磁碟槽,外觀看起來只有24個3.5吋磁碟槽,但實際上可以容納最多48臺2.5吋SSD。

 

HPE Nimble HF與AF系列硬體解剖

沿續Nimble Storage時期的架構,HF系列與AF系列目前仍採用Active-Standby的雙控制器架構,與Pure Storage的FlashArray系列相同,皆為少數堅守這種傳統架構的儲存陣列產品。

就規格來看,Active-Standby架構顯然不如當前主流的Active-Active架構來的吸引人,限制了控制器的硬體資源利用率。

不過,就實務來說,這兩種架構的資源利用率差別並不會太大。對於較講求可用性的應用環境來說,為了確保任一控制器失效時,可順利將工作負載轉移到另一組控制器,即使系統提供Active-Active雙控制器架構,但通常還是會將每一組控制器的資源利用率,限制在50%以下,實際上的總資源利用率,並不比Active-Standby高出多少。

因此,Active-Active架構的高資源利用率優點,只有在不特別講求可用性的環境才能發揮。另一方面,Active-Standby組態雖然閒置了1組控制器的效能,不過,一旦發生Active控制器失效需要切換的情況時,可確保接手的Standby控制器有足夠的效能承接作業,不致出現效能衝擊,儘管作法較為保守,但更可靠,原廠宣稱的可用性等級達到99.9999%。

除了繼續堅守Active-Standby的雙控制器架構,HPE Nimble HF與AF系列另一特色在於同時支援Scale-Up,以及Scale-Out擴充架構,既可在控制器後端串接擴充儲存櫃,以增加儲存空間,也可堆疊多組控制器,構成一個擁有更高I/O效能的叢集環境。

預留SCM插槽

HPE Nimble產品線接下來的升級中,將會支援NVMe SSD與儲存級記憶體(Storage Class Memory,SCM),目前這一代機型的控制器,就已預留了安裝SCM模組的空間,透過SCM的超低存取延遲特性,可以幫助HPE Nimble的存取架構進一步提升效能。

熱抽換控制器模組

每組控制器機箱含有2組控制器,若透過Scale-Out擴充,則可將4座機箱的8組控制器組成叢集。

I/O埠配置

以我們借測的這款HF系列中的HF40為例,每組控制器都內建了2組GbE管理埠兼iSCSI埠(圖示1),與2組12Gb SAS擴充埠(圖示2),還有1組序列管理埠(圖示3),可以透過直連Cable,讓管理者直接登入文字命令列介面。控制器主機板提供3組PCIe插槽(圖示4),可供用戶安裝選構的10Gb網路卡,或8/16Gb FC介面卡,提供額外的iSCSI或FC埠。

電源供應器

2組具備熱備援、熱抽換功能的1050瓦電源供應器,為系統提供高可用性的供電能力。

控制器解剖

以HF40為例,每組控制器都是二路架構,含有2顆Skylake微架構的Xeon處理器,前端預留日後安裝SCM儲存級記憶體的插槽,後端則是透過Riser Board提供的3組PCIe插槽,用於安裝選購的I/O介面卡。控制器主機板上的8 條DIMM記憶體插槽中, 有1條是由電容模組直接供電的NVDIMM形式8GB NVRAM模組,作為CASL寫入機制的緩衝區。

 

NimbleOS系統軟體與管理功能

無論HF系列混合陣列,還是AF系列全快閃陣列,系統核心都是NimbleOS軟體。我們在2016年介紹時,NimbleOS還是3.4.1版,當Nimble於2017年3月併入HPE後,隨即推出4.0版,新增QoS管理、新管理介面與Volume擴展等功能。

接著在2017年底發布的Nimble 5.0,則擴展了對於VMware VVols架構的支援,並將原本只適用於全快閃機型的In-line重複資料刪除功能,擴展到混合陣列機型上,還改進了壓縮功能。目前最新版本是5.0.5版,針對存取延遲進行最佳化,並改善重複資料刪除與壓縮的效率。

兼具本地端與雲端雙重管理機制

如同先前的Nimble Storage產品,現在的HPE Nimble HF與AF系列的系統管理,也分為用戶本地端管理與InfoSight雲端管理兩個層級。本地端管理包括網頁GUI控制臺與文字命令列。

InfoSight則是源自Nimble Storage的雲端管理服務,併入HPE後,InfoSight功能區分有所調整,目前分為InfoSight Engine與InfoSight Portal等兩大功能。

InfoSight Engine可以將儲存系統的日誌資訊,以每5分鐘的頻率上傳到原廠的雲端管理中心,並可透過內含的分析、模式化與預測演算法,適時作出升級建議。

InfoSight Portal則提供了一個網頁控制臺介面,讓用戶可直接從雲端監控自身系統,原廠雲端管理中心還能透過Proactive Wellness功能,藉由收集、分析用戶系統狀態,自動向用戶發出警示。

完整資料服務功能

NimbleOS提供了幾乎所有主流資料服務功能,包括快照、Clone與遠端複製,Thin Provisioning、壓縮與重複資料刪除,以及軟體加密功能。而且這些功能都採用較新穎的技術架構,快照與Clone分別是是效率較佳的Redirect-on-Write與Zero Copy型式,重複資料刪除採用Inline的可變區塊長度架構,理論上有更好效果,壓縮也是Inline可變區塊型式。

InfoSight雲端管理平臺

源自Nimble Storage的InfoSight雲端管理平臺,是當前AI智慧化儲存管理平臺的先驅,結合了便於隨時隨地檢視的雲端控制臺介面,以及智慧化的監控與分析引擎,可自動向用戶發出警示或系統升級與調整建議。

儀表板式網頁控制臺

NimbleOS在去年初的4.0版升級中,提供了新的網頁控制臺介面,基本形式也是儀表板與功能工具列的結合,便於用戶迅速掌握系統狀態。

 

HPE Nimble的讀寫I/O加速技術

在Nimble仍主推混合儲存陣列時, 便宣稱混合陣列就能擁有全快閃等級效能。而當他們進入全快閃領域後,則宣稱無須使用NVMe,便擁有極低延遲效能。

而Nimble實現前述效能表現的關鍵, 便是快取加速循序布局(CASL)技術。

CASL架構的要點有兩個,首先,是透過NVRAM與SSD,承載前端主機的存取負載。寫入負載由NVRAM承擔,讀取負載則由SSD快取(HF混合陣列)或SSD 磁碟群組(AF全快閃陣列)承擔。也就是說,底層硬碟幾乎不會直接承載到前端主機的存取負載,前端主機得到的I/O存取回應,其實是NVRAM或SSD提供的, 因此混合陣列也能提供全快閃等級效能。

其次,是底層資料寫入的「循序化」, 將前端主機的隨機寫入I/O,累積成為連續、循序的資料區塊,再以Stripe寫入底層硬碟或SSD磁碟群組,不僅可提高效能、降低延遲,還能分散SSD寫入損耗。

現今,許多儲存陣列產品也都提供類似的NVRAM寫入與SSD快取加速功能,而Nimble的突出之處,在於採用更有效的讀取快取演算法,以及結合NVRAM、容量縮減技術與循序、Stripe的寫入機制。

在讀取I/O方面,原廠宣稱他們的快取演算法只需4%的快取容量比率,就能實現90%的快取命中率,而且快取資料抓取是從NVRAM到SSD,不經底層硬碟。

在寫入I/O方面,NVRAM提供具備斷電保護與高效能的寫入緩衝空間,結合壓縮與重複資料刪除,可減少實際寫入底層磁碟的資料量,而循序、Stripe的底層寫入架構,則能改善寫入效能,消除熱點。

 

產品資訊

HPE Nimble HF與AF系列

●建議售價:廠商未提供

●原廠:HPE(02)8722-9000

●機箱型式:控制器機箱4U,擴充磁碟櫃4U

●儲存容量:雙控組態21~1,260TB或Scale-Out組態5,040TB(HF混合陣列),雙控組態6~1,106TB或Scale-Out組態4,423TB(AF全快閃陣列)

●RAID層級支援:Triple+Parity RAID

●主機端介面:8/16Gb FC,1/10Gb iSCSI

【註:規格與價格由廠商提供,因時有異動,正確資訊請洽廠商】


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