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Server and Infrastructure Engineering

PERC11搭載の最新世代PowerEdgeサーバーにおけるNVMeパフォーマンスの向上
はじめに
テックノートMatt Ogle
Todd Mottershead

概要
Dell Technologiesは最新のRAIDコントローラ世代「PERC11」でその設計を大きく変えました。最大の変更点
は、NVMeドライブのRAIDサポートです。
この変更によるユーザーメリットをより明確に理解すべく、IOPSやディスク帯域幅といった複数の指標で、NVMeドライブを検証しました。
今回のDfDでは、プリプロダクション版の第3世代インテル
Xeon スケーラブル・プロセッサーを搭載した最新世代のDell
EMC PowerEdge R650と、第2世代インテル Xeon スケー
ラブル・プロセッサーを搭載した従来世代のPowerEdgeR640とを比較する形で、NVMe の様々なパフォーマンスを測定しました。

PowerEdgeサーバー最新世代において、NVMe ハードウェアRAIDがサポートされた最新のPERC11（PERC H755N フロントモジュール、H755MX、H755アダプタフォームファクター）の登場が、ハードウェアRAID構成のパフォーマンスをどの程度向上させたのか、当社は数値化したいと考えました。Principled Technologies社
への委託により、IOPS (Input/Output Per Second)、ディスク帯域幅、レイテンシーといった様々な項目で検証を行い、 NVMe ハードウェアRAIDをサポートする最新世代のPowerEdgeサーバー（15G）と、NVMe ハードウェアRAIDはサポートされていない従来世代のPowerEdgeサーバー（14G）との比較を行いました。

検証環境

今回の検証には2台のサーバーが使用されました。1台はPowerEdge
R650です。これには第3世代インテル® Xeon® スケーラル・プロセッサー2基と1024GBのメモリ、そして計3.2TBのNVMeストレージと、ストレージコントローラとしてPERC
H755Nが搭載されています。もう1台はPowerEdge
R640で、こちらには2基の第2世代インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーと128GBのメモリ、そして計1.9TBのSSDストレージとDell PERC H730P Miniストレージコントローラが搭載されています。

検証で使用したI/Oワークロードの生成には、Flexible I/O Testerというツールが使われました。FIOは、ユーザーの指定に基づきI/O処理を行うためのスレッドまたはプロセスを生成します。この方法が採用された具体的な理由は、他のどのI/Oベン
チマークツールよりもシステムオーバーヘッドが小さい点です。これはストレージサブシ
ステムにデータを送って負荷を100%に到達させることが、より容易であることを意味します。このツールを利用して、PERC H755NとNVMeドライブを搭載した
PowerEdge R650と、PERC H730P MiniとSATA SSDを搭載した
PowerEdge R640とで、それぞれRAID 10、RAID 6、RAID 5の各構成における複数のスレッド数、複数のキュー深度のパターンで、計5つのワークロード処理を実行しました。
読み出し重視のワークロードでは、サーバーがどれだけ速くドライブから情報を取り出せるかが示されます。逆に、書き込み重視のワークロードでは、サーバーがどれだけ速くディスクにデータの変更のコミットやデータの保存をできるかが示されます。ランダ
ムとシーケンシャルの表記はそれぞれ、データの読み出しと書き込みのアクセスのパターンを表しています。ランダムアクセスでは、サーバーは複数のディスクから不連続な形でデータを引き出す必要があります。（例︓複数Webサイトへのアクセス）。一方シーケンシャルアクセスでは、サーバーは連続性のある単一のデータストリームから、データを引き出す必要があります。（例︓動画ストリーミング）。

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パフォーマンスの比較
IOPS
IOPSは、各サーバーが処理できるユーザーリクエストのレベルを表します。今回の検証で得られたIOPSのデータに基づくと、従来世代のPowerEdge R640から最新世代PowerEdge R650へのアップグレードによるパフォーマンス向上は、I/O負荷の高いアプリケーションでも期待できます。NVMe SSDを搭載したPowerEdge R650は従来世代のサーバーと比較して、検証した3種類のRAID構成すべてにおいて極めて高いIOPSを記録しました。図1、図2、図3は、今回の検証における各構成のIOPSの平均値を示しています。

図1: RAID 10構成におけるIOPSの比較

図2: RAID 6構成におけるIOPSの比較

図3: RAID 5構成におけるIOPSの比較

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ディスク帯域幅

ディスク帯域幅は、システムが読み出しまたは書き込みできるデータのボリュームを表します。高いディスク帯域幅を持つサーバーでは、より大容量のデータ要求に応じた、より多くのデータ処理が可能です。例えばビデオ配信やビッグデータアプリ
ケーョンなどです。検証した3種類のRAIDレベルいずれにおいても、NVMeストレージを内蔵した最新世代のPowerEdge
R650が、1秒あたりデータ転送量（MB）で従来世代サーバーを著しく上回りました。図4は、検証した2台のサーバーの各RAID構成におけるディスク帯域幅を示しています。:

図4: RAID 10、RAID 6、RAID 5 構成におけるディスク帯域幅の比較

レイテンシー

レイテンシーは、システムがI/Oオペレーションの要求にどれだけ速く応答できるかを示します。レイテンシーが長ければ、アプリケーションの応答速度に影響が出て、それはネガティブなユーザー体験につながります。PowerEdge R650は、上述のディスク帯域幅の大きな向上に加え、3つのRAID構成すべてにおいて、従来世代のサーバーより短いレイテンシーを記録しました。図5が示すのは、2台のサーバーそれぞれが各RAIDレベルで見せた、単一ワークロード処理におけるレイテンシーです。

図5: RAID 10、RAID 6、RAID 5構成におけるレイテンシーの比較

結論
NVMe HW RAIDがサポートされた最新世代のPowerEdge
R650では、IOPSは最大15.7倍、ディスク帯域幅は最大15.5倍の向上が見られ、レイテンシーは最大93%縮小されています。Dell Technologiesの最新のPERC11コント
ローラでNVMe HW RAIDがサポートされた今こそ、PowerEdgeのお客様はストレージをNVMeドライブに移行して、その高速パフォーマンスの恩恵を受ける、最高のタイミングといえます。
Principle Technologies社のレポートで詳細をご覧いただけます。 Accelerate I/O with NVMe drives on the New PowerEdge R650 server

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