近日,存储圈又有炸裂新消息。
高性能计算(HPC)领域最具影响力的IO500最新一期榜单公布,以华为OceanStor Pacific分布式存储为核心底座的Cheeloo-1系统表现一骑绝尘,在最重要的10节点榜单中以创纪录的13万总得分位列第一,性能是上届冠军的15倍之多。
无疑,这份超高的存储性能成绩具有里程碑意义:不仅体现出华为OceanStor Pacific分布式存储强大的产品力,更标志着分布式存储在高性能计算领域的重要性愈发突出,甚至加速拉开了高性能计算向HPDA(High Performance Data Analytics,高性能数据分析)演进的序幕。
数据正在深刻影响高性能计算领域。
众所周知,随着数字经济高速发展,数据已是最重要的生产要素之一,其对于各行各业的影响日渐凸显,高性能计算领域也不例外。过去,能源勘探、基因测序、气象预测、类脑研究、灾害模拟等是典型的HPC场景,侧重数值计算,计算是绝对主角;如今,HPC场景则走向HPC+AI+大数据融合,“数据要素”扮演的角色愈发引人瞩目,成为科学研究、自动驾驶等诸多HPC场景的新型驱动力。
例如,华西医院的精准医疗研究,其一台基因测序仪一年产生的原始数据和膨胀数据高达8.5PB,研究人员在海量基因数据中进行多组学数据分析,首次将人类全基因组分析推进到了分钟级时代,对精准医疗发展意义重大;在气象预测方面,预测模型加入更多维度的海量数据,意味着气象预测可以更加快速和精准,对于防灾、生产等有着明显指导作用;在如火如荼的自动驾驶场景,模拟和验证阶段的数据量高达数百PB,汽车厂商们利用海量数据来训练更高级的自动驾驶方案……
人们依靠数据密集型应用,进行海量数据实时分析,并寻找相关性,从而获得新发现。HPDA的发展对于国民经济有着重要的价值与意义,同时也给时代提出了更为严苛的诉求,数据密集型应用具有不可重复性、高度不确定性、高维、计算高度复杂等特性,且众多HPC系统与应用从“数值计算型”向“数据密集型”演进,这对互联带宽和存储IO响应有着极高的要求。
对于HPC而言,应用类型的转变标志着过去重计算、轻存储的“偏科生”建设模式,其瓶颈日益突出,加速向HPDA(High Performance Data Analytics,高性能数据分析)平台演进是必然趋势。这也意味着,注重数据存储建设、关注数据价值释放将成为HPC的长期任务。
毫无疑问,业界早已意识到数据存储对于HPC发展的重要性。去年,CCF高性能计算专家委员会、信通院等单位联合推出的《高性能计算系统性能评价白皮书》首次提出的综合评价体系中,就将数据存储多个指标纳入其中,提倡算力、存力平衡设计与建设的模式。
此外,从2017年11月开始,全球顶级高性能计算会议都会发布IO500榜单,与TOP500榜单并列,将数据存储与计算并列为HPC重要的评估指标。事实上,从近年来IO500榜单的变化,我们明显感受到HPDA对于分布式存储带来的变革性影响。
毫无疑问,高性能计算是分布式存储的高价值应用场景。在传统HPC向HPDA演进的过程中,分布式存储扮演着关键角色,支撑起海量数据高性能并行访问与计算的高吞吐、高IOPS、混合负载等需求。
如何评价分布式存储的性能优劣?IO500榜单在2017年11月横空出世,凭借其全面、严格和科学的标准化性能测试套件,以及贴近用户实际环境和使用状况的测试配置与方法,IO500已经成为HPC领域针对存储性能的国际权威排行榜,更是分布式存储发展趋势的风向标。
IO500每半年发布一次,包括 “总榜单”和“10节点榜单”两类,其中“10节点榜单”非常贴近用户真实的使用情况,其测试结果也非常便于用户做横向对比,对用户的参考价值极高。
经过将近6年的持续发展与完善,IO500更像是分布式存储产品先进技术的“试验场”和产品力的“比武擂台”。在HPC场景下,对于架构、性能、带宽、容量、延迟等持续增加的需求,各大用户和厂商们不断摸索、构建出新的分布式存储产品方案,在你追我赶中提升了分布式存储的特性,切实推动了分布式存储的发展。
例如,HPC从侧重数值计算向HPC+AI+大数据融合,带来的是应用负载类型的多样化和复杂化,直接推动着分布式存储多协议和混合负载特性的发展。像自动驾驶场景,数据处理流程复杂,从数据导入、预处理到训练、仿真、结果分析,不同的数据处理环节,使用到的协议类型不尽相同,如果每个环节都采用一套存储,则会大幅提升数据存储成本和数据管理的复杂度,而支持多协议互通的分布式存储,无疑成为了解决这一难题的关键。
再如,在IO500榜单中,用户与数据存储厂商携手打造的分布式存储方案,在稳定性、可靠性等方面比开源方案更胜一筹,逐渐成为了HPC的主流建设模式。众所周知,随着应用类型的转变,HPC应用的长期稳定运行极为关键,对于可靠性和可用性也愈发重视。比如,气象预测和灾难模拟等典型场景,对数据的时效性和业务连续性要求极高,一旦发生中断,将带来一系列连锁反应,而分布式存储日渐发展出的高稳定和高可靠的特点,则满足了这些典型场景的需求。
综合来看,HPC已经成为推动分布式存储技术、产品和方案发展的重要抓手,像分布式存储的支持混合负载、多协议互通、数据高可用、全闪化等特性,均在HPC场景中得到实践和应用。
事实上,华为OceanStor Pacific分布式存储在HPC领域的成功就是最好的例子。作为常年霸榜IO500的分布式存储产品,华为OceanStor Pacific凭借多年的深耕细作,在HPC场景中不断积累与创新,取得多项关键技术的突破,实现产品与用户的双赢。
在本次IO500榜单中,以华为OceanStor Pacific分布式存储为核心底座的Cheeloo-1系统,搭载了全新研制的OceanFS2新一代并行文件系统,真正打破了HPC在存储层的关键性能瓶颈,在总体得分、带宽性能、元数据性能等五个维度上的得分均遥遥领先,堪称全能型的五边形战士。
在满足HPC各项存储需求的基础上,华为OceanStor Pacific分布式存储如何做到在综合性能上比其他厂商快得多?这得益于华为在分布式存储领域始终如一的研发创新,逐步在应用、算法、网存和架构四个层面,形成综合优势。
出处:IO500官网
首先,在应用层面,华为OceanStor Pacific分布式存储打造了应用感知的DataTurbo数据加速引擎,利用融合数据格式、近数据处理和特征处理算子卸载加速等创新技术,实现了对各种HPDA 应用的性能加强。
比如,针对HPDA中愈发密集、愈发不可或缺的大数据环节,数据处理流程的各类ETL严重影响了数据处理效率,而OceanStor Pacific分布式存储灵活对接各种大数据引擎的“基操”,实现了数据湖和数仓之间的数据共享,大幅减少了ETL的需求。
再例如,DataTurbo数据加速引擎在存储侧为计算引擎开启缓存能力,通过自动缓存热点数据进行预处理,并在多个计算集群之间共享缓存数据,以削除计算侧加载时的资源消耗和时延,实现效率60倍提升,让数百PB数据查询缩减至10秒。
其次,在算法层面,华为OceanStor Pacific分布式存储采用业内独创的SmartBalance全均衡设计,实现数据类型和I/O流的智能感知,解决CPU算力不足或调用堆栈深度等软件问题引起的IOPS瓶颈、HPC多流程跨系统的数据迁移、数据膨胀等难题。
比如,华为OceanStor Pacific的大小IO分流处理技术,实现了在一套存储中带宽、IOPS和OPS性能全优,单节点性能达到了20GB/s的带宽和20万IOPS,是业界的最高水准。
此外,独创的融合非结构化元数据索引,实现文件、对象和大数据等原生多协议无损互通,一份数据多端调用。并且,针对数字化病理、卫星遥感、基因测序等,华为采用智能感知语义格式、多模态聚合、智能分区编码等技术,进行场景化二次压缩算法,将压缩比例提高了30~80%。
华为的算法创新在真实HPC场景中有何价值?以其独创的融合非结构化元数据索引为例,在科学计算等典型的HPC场景中,创建数据集一直都是老大难的问题,动辄又数十TB的数据集,过去如果需要创建多个数据集,以满足不同研发团队的需求,往往需要通过数据复制的方式,效率极其低下;如今,利用融合非结构化元数据索引,则不需要通过数据复制的方式,一份数据集能够轻松被多端灵活调用。
第三,在网存层面,华为OceanStor Pacific通过自研的网络芯片支持RoCE,以及RDMA和IP的访问能力。在同时支持带宽、IOPS等不同类型的业务时,可以智能调整网络的相关参数,提供更好的拥塞控制,从而大幅降低不同存储节点间的数据交换时延。
最后,在架构层面,华为OceanStor Pacific采用全对称架构,实现了智能IO路径与磁盘管理,以及极高的数据可靠性保护,大幅领先开源方案。众所周知,Lustre等开源分布式存储在HPC领域被多年应用,但Lustre的非对称架构、IO路径漫长、磁盘碎片化严重、无冗余保护等劣势,在如今的HPC场景中逐渐凸显,越来越多用户开始转向以华为OceanStor Pacific为代表的商用方案,从而在架构、性能和可靠性方面获得更好的保障。
根据Gartner 2022年存储和数据保护技术成熟度曲线(Hype Cycle for Storage and Data Protection Technologies, 2022),分布式文件系统、对象存储、容器原生存储等分布式存储热门技术,在未来2-5年里将进入高优先级。这也预示着,分布式存储会存储市场中呈现势不可挡的爆发。
凭借多年来在分布式存储领域的关键技术积累与突破,华为分布式存储已成为该领域的翘楚,在市场份额、行业覆盖、产品竞争力等多方面遥遥领先。
以市场为例,华为分布式存储作为连续多年冲入Gartner文件与对象存储魔力象限的唯一中国厂商,在全球份额上也令人惊喜。
国内市场上,华为分布式存储连续六年高居市场第一,早已执掌半壁江山。放眼全球,2022年全球二级存储收入排名第二,达到总份额的25%,以18%的增速远超其他对手。
在行业覆盖方面,华为分布式存储在欧洲、中东、拉美和亚太等地区的关键业务场景,均实现了大规模突破,除了高性能计算之外,还包括教育科研、金融、医疗保健、媒体娱乐、交通安平、大数据分析等行业。
据IDC预测,到2025年,中国的数据量将增长到48.6ZB,成为全球最大的数据圈,其中80%是非结构化数据,这无疑对擅长存储和处理非结构化数据的分布式存储有着长期需求。随着中国数字经济持续高速增长,数据要素、东数西算、产业数字化等战略的出台,存储成为了最重要的数字底座,而华为分布式存储凭借过硬的产品力、强大的方案以及联合创新的模式,能够为数字底座筑造最为牢固的数字基石。