OCPJ Meet-up 2023 夏
Pliops XDP RAIDアクセラレータ XDP-RAIDplus のご紹介とCase Study :「Riken SPring-8におけるレンズ結像型X線カメラ用ストレージシステム」

Pliops Japn Office 渡辺健次

2023/06/23

Hi, We are Pliops• ヘッドクォーター：テルアビブ・イスラエル
シリコンバレーオフィス、中国オフィス、日本オフィス• 2017年に設立され、社員数130名強に成長• FMS Award – 2019 Most Innovative Flash Memory Startup• FMS Award – 2020 Most Innovative Flash Memory Enterprise Business Application Product• 2021 Gen 1 product launched for general adoption• FMS Award – 2022 Most Innovative Hyperscaler Implementation

投資家の皆様1億ドルのシリーズD資金調達を発表

XDP データサービス

XDP-AccelKV
リアルタイム解析とMLトレーニングのためのHW Key-Value Accelerator

XDP-AccelDB
ユニバーサルデータベース＆SDSアクセラレータ.

XDP-RAIDplus
NVMeとNVMeoFに対応したクラス最高のデータ保全とRAID+のソリューション

Pliops – データサービスアクセラレーションプラットフォーム

XDP-RAIDplus
Best-In-Class Data Integrity and RAID+ Solution for NVMe and NVMeoF

NVMe パフォー
マンスの最大化ドライブ故障からの保護 RAID5

仮想ホットキャパシティ (VHC)

超高速リビルドPFAIL 保護機能

オートリビルド

Enduranceの向上
インライン圧縮
SSDへのシーケン
シャルアクセス6

Inter Bee デモ
200GbE NVMe-oF disaggregated storage deployment
Drive Failure Protection,
Capacity Expansion,
Extended Drive Life

200GbE Network Environment

8x NVMe SSDs

SN3700ConnextX-6

32-Port 200GbE Switch

ConnectX-6Pliops XDP

NVMe-oF Client
TYAN
Transport SX
TS65A-B8036

NVMe-oF Target
TYAN
Transport HX TN83-B8251

ハイパフォーマンス データプロテクション
リビルド時のパフォーマンス

パフォーマンス

12 X

12 X

12xFaster
Full RAID
Performance

23 X

23 X

12 X

Read (MB/s)

23 X

Write (MB/s)
MegaRAID

XDP-RAIDplus

Total (MB/s)

Read (MB/s)

Write (MB/s)
MegaRAIDHW RAID 5と比較して大幅な性能向上を実現

XDP-RAIDplus

Total (MB/s)

高速なリビルド時間

Rebuild Speed per Terabyte in Minutes
35 Min/TB

5x
Quicker
Shorten SSD
Rebuild Times

7 Min/TB

055X
101520

Min/TB

2530

35
MegaRAID40
Pliops XDP-RAIDplus

高速なリビルド機能によって、リビルド時のシステムサービスに与えるインパクトを最小限にとどめ、より 高密度のストレージを実現可能としますSSDドライブ寿命の延長
SSD DWPD
16144.7X

1210818X

618xBetter

4
QLC DWPD with Pliops
exceeds that of TLC withRAID 5

20QLC

TLC
MegaRAID

QLC

TLC
Pliops Setup

耐久性の向上XDP-RAIDplusは SSDドライブの寿命を大幅に改善します最適なストレージ容量の使用と節約
Terabytes (TB)

6X Increase100

In Usable Storage Capacity

90
80

Drive-Failure Overhead

70

Drive Fill Overhead – 5%

3X
Compression
Gains

60
50

6xMoreインライン圧縮による容量拡張

67TB Usable Space

40(30TB PhysicalCapacity)

3020

Drive-Failure Overhead

10Drive Fill Overhead – 25%

0

11TB Usable Space
MegaRAID

Pliops XDP-RAIDPlus

テラバイト単位の大幅なコストダウンを実現

RAIDソリューションの比較

パフォーマンス
アクセラレーション
データプロテクション
SSD耐久性
容量拡張 & TCO
ベネフィット高速リビルドソフトウェアRAID

RAID Controllers(MegaRAID, GRAID)

Computational Storage

Pliops XDP-RAIDplus



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



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

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


ベストRAIDソリューション

SW RAID 10Best TCO

XDP-RAIDplus
SW RAID 0Best Performance

HW RAID 5

テスト環境を構築しましょう!

Any Server + XDP-RAID + Any SSDs
RAID5+ with no capacity loss

Improve TCO by 5 X
Optimize your workloads and infrastructure with next-gen XDP-RAIDplus

お客様事例

Riken SPring-8

Riken SPring-8におけるレンズ結像型X線カメラ用ストレージシステムの開発

お客様事例

理化学研究所 SPring-8（大型放射光施設）
http://www.spring8.or.jp/ja/

Riken SPring-8

システムイメージ

NVIDIA Rivermax
APIの活用システムに求められた要求

今回、SPring-8にてより高解像、広視野、高速のカメラを採用するにあたり、これまでのワークステーションベースのストレージから全く異なる大容量で高速なストレージが必要となりました。カメラのイメージデータ転送インタフェースには25Gb Ethernet、NVIDIA Rivermaxライブラ
リが使用されています。
その結果、フレームロストなしにキャプチャした全てのイメージデータを取りこぼしなく安定したライトパフォーマンスで保存するNVMe SSDを採用したストレージシステムが必要となりました。

システムに求められた要求•PBクラス大容量・高密度ストレージシステム•カメラ出力帯域を満たし(25GbE)、安定した書き込み性能を提供するストレージ性能。
•キャプチャおよび書き込みの並行動作と双方において画像フレームデータのロストはなし。
•低消費電力、省スペースの条件を満たすため、NVMeドライブの採用は必須。

•省スペース、高信頼性をサポートするため2Uラックマウントの採用。
•RAID5によるドライブ故障からの保護•大容量のNVMeドライブ、PBW（Peta Bytes Written)クラスのEnduranceをサポート•SSDのEndurance、ストレージ容量の節約のための圧縮機能のサポート。
•Ubuntu 20.04.1, kernel 5.8.0.50-genericで動作すること。
(既存ソフトウェアライブラリの動作条件）

ストレージにおける課題•コンシューマ向けSSDはキャッシュ領域を超えるとシーケンシャルライトのパフォーマンスが悪化することと、保存容量が少なく寿命（Endurance）も短いため、コストセービングのためであっても採用は不可。
•本システムはWrite Intensive applicationであるため、長寿命となるSSDソリューションが必要。
•冗長化と安定したライトパフォーマンスを得られるようRAID5を採用したい。
•NVMeを従来型のHW RAIDで構成するServerソリューションが容易に入手できない。
•ソフトウェアRAID5はCPUリソースを消費し、カメラのキャプチャパフォーマンスに影響を及ぼします。
また、RAID5によるペナルティが大きなボトルネックとなっています。
•Performanceを優先、Software RAID10とした場合は半分の容量スペースしか使用できなくなる。
•カメラのキャプチャ処理・パフォーマンスに影響を与えないよう、H/W RAIDを使用したい。
•データーの保存と同時に圧縮処理をしたい。
•圧縮処理がH/Wで行えない場合は保存したデーターに対してソフトウェアで圧縮を実行する必要が発生する。この場合、処理時間を要することと、SSDに対して余分な書き込みが発生することとなります。
上記課題のために、レンズ結像型X線カメラに使用できる決定的なストレージソリューションが見当たりませんでした。

RAIDplusによるソリューション
プライオプスでは、この課題に対して、妥協のないドライブ障害保護（DFP）とドライブ寿命を向上・延長する機能を備えた高性能NVMe RAIDストレージを提供しました。
プライオプスのXDP(Extreme Data Processor)は上記機能を含んだRAID、さらには追加ソフトウェアを不要とするインライン圧縮機能も提供します。
そして、Solidigm P5316 Data Center QLC NVMe SSDは、このシーケンシャルライトの多いアプリケーションのためのXDPとの完璧なソリューションの組み合わせとなりました。
このドライブはPBWクラスの耐久性を持ち、XDPはP5316が求める64KBの固定シーケンシャルアクセス(write shaping)を使用することで、その耐久性とパフォーマンスをさらに向上させることができます。

RAIDplusソリューション システム

15.36TB x 8= 122.88 TB (raw)結果
高解像度・高速カメラの導入にあったって問題となっていたストレージの容量、ロストフレームのないパフォーマン
ス、RAID5による信頼性の確保が、Pliops XDP + Solidigm QLC SSDで実現、要求事項を満たすことが確認できました。
当初、目標としていたカメラのキャプチャモードは
解像度 5328×4608 (8bit mode)
結果として解像度 5328×4608 (12bit Packed mode) x 73fpsの最大の設定でもロストフレームなくイメージデータを長時間保存することが確認できました。
（RAID5 デグレード・リビルド中においても）その結果、従来よりも詳細な材料分析が可能なレンズ結像型X線カメラ用ストレージシステムを構築することができました。
目標のパフォーマンスを達成できただけでなく、Pliops XDPによるRAID5、インライン圧縮によるデータースペースの節約、SSDの長寿命を支えるシーケンシャルアクセスのサポート、QLC SSDによる大容量化、コンパクトな2Uフォー
ムファクタと低消費電力化など多岐にわたる大きな改善が得られました。
今後、日本のそして世界の素材開発、解析にいっそう大きく役立てるシステムとなるでしょう。

#SSDへの固定サイズ64KBシーケンシャルアクセス#Enduranceの延長#RAID5 + VHC (Virtual Hot Spare)#もちろん、XDP RAIDplus + eTLC SSD

D ATA S H E E T

The Power of X: Pliops Extreme
Data Processor (XDP)
Overcome storage inefficiencies, massively accelerateapplication performance, and dramatically lower overall
infrastructure costs for databases, analytics, machinelearning, and more. The Pliops Extreme Data Processor(XDP) radically simplifies the way data is processed andSSD storage is managed. Delivered on an easy-to-deploy,
low-profile PCIe card, Pliops XDP exponentially increasing
performance, reliability, capacity, and efficiency to multiply
the effectiveness of your infrastructure investments.

Reliability
Get data protection at the speed offlash with ZERO performance penalty.
Traditional data protection solutions require tradeoffs inboth performance and capacity. Pliops XDP eliminates
these tradeoffs with advanced drive failure protectionthat maintains constant data availability and eliminates
data loss and downtime. XDP supports multiple single
drive failures, and with virtual hot capacity (VHC), there isno need for a hot spare. Because XDP manages the data,
only actual data is rebuilt, unlike RAID-based solutions.

Capacity
Store up to 6x more data withno performance cost.

Pliops XDP improves performance,capacity, efficiency, and reliability
across a wide range of applications.

Performance
Achieve unprecedented performance
up to 10x higher for databases,analytics, AI/ML, and more.
Pliops breakthrough data structures and algorithms deliver
the equivalent of hundreds of cores of host software.
Accessible via a standard block interface, XDP appears
as a block device in the system and will accelerate any
application. A direct Key-Value (KV) interface that uses
the same APIs as existing software as well as XDP-Rocks,a RocksDB binary compatible API is provided for an easychange to supercharge your software. With databases likeMySQL, MongoDB, and Cassandra, Pliops XDP delivers
significant increases in instance density while reducing
latency, enabling systems to be pushed to the max.

Pliops XDP supports TLC, QLC, Intel® Optane™, including
ZNS and open channel–all common flash technologies
and SSDs from any vendor. XDP increases endurance byup to 10x, making it possible to take advantage of highcapacity, low-cost SSDs. Data is efficiently compressedand packed with leaving no gaps, so there is no internalfragmentation. When using the block storage API, thevolume is can also be thinly provisioned, enabling thefull use of all SSD capacity at maximum performance.

Efficiency
One easy-to-deploy solution for every
workload for up to 80% better economics.
Pliops XDP provides value across a broad range ofapplications with one-solution fits-all acceleration. Pliops
XDP makes it valuable and easy to deploy across an entire
data center. Compact yet powerful, XDP gets more outof the existing infrastructure footprint to keep up withorganizational data growth and application adoption.

Pliops Extreme Data Processor unleashes the full potential of flash storage byenabling enterprise applications to access data up to 1,000 times faster, using justa fraction of traditional computational load and power.

Specifications
Performance

3.2M IOPS RR, 1.2M IOPS RW, 30GB/s SR, 6.4 GB/s SW

Write Atomicity

Support for Atomic Writes up to 64KB for explicit ortransparent double write elimination

Capacity

Store up to 128TB of data on 128TB of physical disk withparity protection

Host API••

Compression

Hardware accelerated

SSD Support••

Drive Vendors

Samsung, WD, Micron, Intel, Kioxia, Hynix, Seagate andothers supported•Standard block device with highand consistent performance

Physical Dimensions

Low Profile HHHL (6.6” X 2.536”) - Tall and Short Bracket•

Host Bus Type

8-lane, PCIe Gen 3 Compliant

OS Support

Most common Linux variants

Drive Fail Protection protects
against multiple single drivefailures

Supported Servers

Dell, HPE, Lenovo, Supermicro, Quanta, Wywinn, Inspur,Sugon, Fujitsu, Hitachi – all standard 1U / 2U servers•

PCIe Gen 3/4/5 NVMe SSD,NVMe-oF, interface support

Power Fail Protection

All data is protected from sudden power failure protection
using onboard Supercaps•Supports up to 128TB of user dataon 128TB of physical disk withparity protection

OperatingTemperature

10-52°C @ 250 LFM•

Storage Temperature

5°C to 35°C, < 65% non-condensing

Virtual Hot Capacity eliminates
need for dedicated hot spare

Operating Voltage+12V, thru PCIe adapter•

Warranty

3 years, free advanced technical support, advanced
replacement option

Reduced write amp due to datacompression and highly efficient
data compaction

Regulatory
Certifications

AS/NZS CISPR 22, ICES -003, Class B, EN55022/EN55024,
VCCI V-3, RRA no 2013-24 & 25, RoHS compliant, EN/
IEC/UL 60950, CNS 13438, FCC 47 CFR part 15 Subpart
B, class B, WEEE•Rapid Recovery - Rebuild toallocated Virtual Hot Capacity•

Balances over provisioning andimproves performance

MTBFUp to 4.5M Hours•

User configurable rebuild rate tobalance performance•

Full data & metadata protection inthe event of sudden power downStandard block device
KV Library API, XDP-Rocks (RocksDB compatible API)Interface: PCIe Gen 3/4/5 NVMe, NVMe-oF
Types: TLC SSD, QLC SSD, ZNS SSD, Intel® Optane™

Part Number PLALAS1FI-000
Pliops Extreme Data Processor PCIe Adapter Card, Low-Profile w/ Long bracket
Part Number PLALAS1HI-000
Pliops Extreme Data Processor PCIe Adapter Card, Low-Profile w/ Short bracket

120822 || Copyright© 2022 Pliops. All rights reserved

Pliops XDP
Advanced Features:

CUSTOMER CASE STUDY

Reliable High-Speed
Storage enables
Groundbreaking Research
For High Performance Computing, storage offload and protection areessential to enable application scaling

Introduction
RIKEN SPring-8 is a state-of-the-art science technology center locatedin Hyogo, Japan. It uses synchrotron radiation to analyze the structuralproperties of materials at an atomic level. The analysis is then applied inlife science, material science, chemistry, medicine, and other industrial
use cases. The radiation system utilizes a high-resolution X-ray camera
to capture the radiograph images sequentially. These captured images
are reconstructed to high-resolution tomographic images at a submicrometer level by acquiring and analyzing the necessary datasets.

Challenge
The tomographic image accuracy is heavily dependent on the image
resolution of the X-ray cameras used. While X-Ray cameras haveincreased the number of pixels and frame rate, RIKEN SPring-8 havebeen unable to utilize the higher resolution due to the current storage
constraints of increased data bandwidth and size without dropping
frames. They were looking for a high-capacity storage solution which has
consistent high-speed write performance to store all the captured image
data without dropping any frames. Other requirements RIKEN SPring-8
needed included low power utilization, protection of the data with highPeta Bytes Written (PBW) class endurance and compatibility with theircurrent Linux version and libraries used.

Solution

Material Sample

Synchrotron
To increase the accuracy, RIKEN SPring-8 had toRadiation X-ray
significantly increase the X-ray camera capture
resolution and frame rate to 5328 (W) x 4608 (H),73 fps while simultaneously increasing the numberof high-resolution images being captured. This is theheaviest capture bandwidth of the camera.

HighResolution
CMOS Camera

25Gb
Ethernet

Data Capture &Recording

Optical Lens
SystemMirror

Pliops XDP-RAIDplus

Solidigm NVMe QLC
SSD P5316

Scintillator

Tyan TS565A-B8036

RIKEN SPring-8 tested a storage system using the Pliops XDPRAIDplus in conjunction with Solidigm QLC NVMe SSDs fortheir imaging requirements. The evaluation configuration
details are described in the table below.
Accelerator Card Pliops XDP-RAIDplus
PCIe x8 form factor
Low Profile HHHL (6.6” x 2.536”)
Storage
Solidigm P5316 QLC NVMe SSD
15.36 TB x 8 drives
ServerCPU

Tyan Transport SX TS65A-B8036
2U Single Socket 12 SATA + 16 NVMe
Hybrid Storage Server
AMD EPYC 7543P

Memory512GB

OSUbuntu 20.04.01

Kernel

5.8.0.50

CameraEmergent Vision Technology, 25 GbE

NIC

Nvidia 25 GbE with Rivermax

The test results showed that the Pliops XDP-RAIDplus(RAID 5 configuration) was able to provide the steady state
performance needed (27 Gb/s write) at the maximum
resolution and frame rate not only during their regular
operation, but also during drive rebuild with no droppedframes.

Results
RIKEN SPring-8 have evaluated the Pliops XDP-RAIDplus based
solution and found that its performance fulfilled their imaging
requirements of wide bandwidth camera capture without any
dropped frames. These results will increase the resolution of
their tomographic imaging system and accelerate the creationof scientific results.

Key Solution Benefits•High sustained I/O performance:
30GB/s sequential read
6GB/s sequential write•

SSD Write Amplification Factor
reduced to 1.03•

No application impact even during
drive rebuild•

Significant improvement in drive
rebuild times•

Use Solidigm QLC NVMe SSD withthe effective endurance of TLC•

Maximize application CPUUtilization by offloading
compression•

RAID 5 like protection with nocapacity penalties•

Low profile form factor•

Low power consumption•

No dedicated hot spare requiredwith Virtual Hot Capacity (VHC)featureTheir imaging systems are scheduled to be updated with the XDP-RAIDplus card shortly.
The XDP-RAIDplus storage solution has improved the overall storage density, endurance, availability andTCO.
To schedule your own XDP-RAIDplus evaluation, please reach out to demo@pliops.com
Learn more about XDP-RAIDplus at pliops.com/raidplus

About Pliops
Pliops multiplies the effectiveness of organizations’ infrastructure investments by exponentially increasing datacenter performance,reliability, capacity, and efficiency. Founded in 2017 and named as one of the 10 hottest semiconductor startups by CRN in 2020 and2021. Pliops global investors include NVIDIA, Intel Capital, SoftBank, Western Digital, KDT, and Xilinx. Learn more at www.pliops.com
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