
BittWare ソフトウェア開発キット(SDK)、CSP、BMC
BittWare SDK Software Development Kit forBittWare FPGA ハードウェアの概要BittWareの SDK はクロスプラットフォームのドライバ、ライブラリ、モジュール、ユーティリティのコレクションです。
BittWareのデータレコーダリファレンスデザインは、最大200Gb/sの高速センサーデータをNVMeソリッドステートドライブ(SSD)に取り込みます。このため、ユーザが必要とするあらゆるデータ・レコーダー・システムを構築するためのオープン・アーキテクチャが提供されますが、よく聞かれる質問は、"ある持続的なデータ・レートに何台のドライブが必要なのか "というものです。
SSDベンダーの書き込み速度に関するドライブ仕様を見て、アプリケーションに必要な最大持続帯域幅を割り出し、少しマージンを加えれば、必要なRAID0(ストライプ)ドライブ台数が算出されるからです。しかし、SSDのスペックシートに記載されている書き込み速度の数値は、ハイパフォーマンスなお客様の長い記録時間に対して、決して持続可能な数値ではないということが課題です。
ここでは、一般的なSSDドライブの種類を使用した実際のパフォーマンス数値を見て、持続的な書き込みが読み取り速度ほど単純でない理由を掘り下げてみましょう。最後に、当社のData Recorderリファレンス・デザインを用いて、所定の速度に対応するドライブ・アレイの推奨事項を説明します。この設計は、TeraBoxサーバーと250-SoC FPGAカードを使って、必要に応じて簡単に拡張できるのが良いところです。
NVMeインターフェースを持つソリッドステートドライブは、非常に高速であることで知られています。実際、特定のワークロードについては、従来のハードディスクドライブ(HDD)よりも高速である。具体的には、SSDは書き込みよりも多くの読み出しとランダムアクセスに最適化されています。もちろん、データレコーダーの場合は、逆にシーケンシャルな書き込みに重点が置かれます。
もう1つの課題は、NVMe SSDの最大「ストリーミング書き込み」帯域幅の仕様が、持続的な書き込みを行う際にドライブ容量のごく一部に制限されることが多いことです。長時間の持続的な書き込みの大部分は、この数値を大幅に下回ることになり、ドライブのサイズが大きくなるにつれて、さらに悪化します。その理由を知るために、SSDでビットがどのように保存されるかを簡単に見てみましょう。
SSDの密度を高めることは、新しい技術に移行することを意味しますが、その分、持続的な書き込みが遅くなることもあります。これらのSSD技術の世代は、市場に登場した順にSLC、MLC、TLC、そして最後にQLCと呼ばれ、これも低密度から高密度の順になっています。SSDの設計者は、時間の経過とともにストリーミング書き込みが遅くなっていることを強く意識しています。そのため、最新で最も高密度のSSDであっても、その一部を旧来のSLCモードで動作するように予約することがよくあります。これにより、ドライブのその部分が一杯になるまでは、旧来の高速な速度で書き込みを行うことができます。その後、書き込みの速度はドライブの残りの部分でサポートされる速度に低下します。
最初の3つの閾値については、「ベンチマーク」のセクションで詳しく説明しています。
レコーダーが古いデータを新しいデータで上書きし始めると、さらに別の減少が発生することがあります。これについては、次のセクションで説明します。
特定のドライブをベンチマークするのではなく、コンシューマー市場とエンタープライズ市場から事例を選ぶことを目標としました:
これは、SLCキャッシュを搭載した典型的なTLCコンシューマーレベルのドライブです。
RAID 0構成では最低8台のドライブが必要です
SLCキャッシュを搭載しない、コンシューマー市場をターゲットとしたMLCドライブです。
RAID 0構成では最低6台のドライブが必要です
SLCキャッシュを搭載しない、コンシューマー市場をターゲットとしたMLCドライブです。
RAID 0構成では最低10台のドライブが必要です
Optaneドライブは3D XPointメモリ技術を使用し、従来のSSDドライブよりも耐久性が大幅に向上しています。しかし、従来のNVMeドライブ技術のような大容量での利用はできません。
RAID 0構成では最低6台のドライブが必要です
PCIe Gen4を採用したドライブは、性能が大幅に向上しています。最適化されたデータ移動エンジンを活用するため、256KB以上の大きなバッファサイズを使用しました。
RAID 0構成では最低5台のドライブが必要です
ドライブサイズを大きくするためにマルチセルアーキテクチャを使用することは、長時間の書き込みを持続させるという代償を伴います。この影響が最も大きいのは、コンシューマー向けSSDです。謳われている最大値に匹敵する現実のストリーミング書き込み速度が最も優れているのはIntel Optaneドライブですが、これはドライブサイズが最も制限されているものでもあります。
持続的な書き込みのためにシステムを指定する場合、重要なのはターゲット・ドライブで実世界のベンチマークを取得または実行することです。100Gb/sでの持続的な書き込みに関する上記の推奨事項は、このような実世界のテストデータに基づいています。
それでも、SSDへの書き込みにはさらに考慮すべき点があるので、次に取り上げます。
書き込み性能で最後に考慮すべきは、ドライブの寿命です。SSDへの書き込みは、SSDを消耗させます。特にデータレコーダーのアプリケーションは、ドライブの寿命にストレスを与える可能性があります。
エンタープライズ」SSDは、より長い寿命(より大きなDWPD)を可能にするために、追加のフラッシュセル(オーバープロビジョニング)を含んでいます。
ただし、この例は例示であり、現実的なものではありません。
SSDは従来のハードディスクドライブに比べて素晴らしい性能をもたらしますが、その向上はアプリケーションに特化したものであり、場合によっては性能が低下してしまうこともあります。
データキャプチャーやレコーダーのように、持続的に書き込みを行うアプリケーションでは、最大持続書き込み仕様以外にも考慮すべき点がいくつかあります。
ストレージアクセラレーション およびセンサープロセッシングの製品およびソリューションの詳細については、BittWare までご連絡ください。
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