[db tech showcase tokyo 2016] b22: 超高速nosqlデータベースと超高速ssdの融合 by...

© 2016 Toshiba Corporation

超高速NoSQLデータベースと超高速SSDの融合

db tech showcase 2016@秋葉原UDX Conference 6F日時:2016年7月14日（木）11:00-11:50(セッション2)セッション会場：セッションルームB

株式会社東芝ストレージ&デバイスソリューション社メモリ事業部 SSD統括部 SSD応用技術部SSD応用技術企画担当参事

Aerospike, Inc. カントリーマネージャー田村俊明

星野純一

© 2016 Toshiba Corporation 2

• はじめに

• Aerospike製品紹介

• 東芝SSD製品紹介

Agenda


東芝SSD製品の用途

幅広いSSDラインアップで、多様なアプリケーションに対応

Toshiba SSD

ハイエンドPC ホームサーバ

データセンタ

監視カメラ

カムコーダ航空機内AVシステム

組み込み用ストレージ

POSシステム

タブレット

タブレットPC

エンタープライズサーバ/ストレージ

東芝NAND Flashメモリ搭載


Aerospikeと東芝の協業の背景

AerospikeはSSD専用No SQLデータベース

Aerospike社のエンドユーザに東芝SSDを活用していただきたい。 Aerospike社と協業し、SSDの評価や製品開発に活かす。


Aerospike社と東芝の協業

Aerospike東京米国

+Toshiba東京米国

米国、日本の計4拠点によるグローバルな連携


Aerospike製品紹介

High Performance NoSQL Database

Speed at Scale

Powering New Opportunities at Scale

8© 2016 Aerospike Inc. All rights reserved.

■Internet以前

■限られた端末

■限られたユーザ数

■7秒ルール

■Internet以降

■数多くのデバイス

■数限りないユーザ数

■1秒ルール

Big Dataの時代

■Internet of Thingsの時代へ

■無数のセンサー

■M2M

■msルール（仮）

Source: Business Insider


Internet時代のデータベースの要件

必須要件内容

高トランザクション処理激増するトランザクション量への対応

大量データの管理システム当たり数百TBが視野に

不揮発性データ保存高パフォーマンスと一貫性を犠牲にすることなく、大量のデータの保存が必須

低レイテンシレスポンスが一貫して5ミリ秒未満

高信頼性高可用性（サービス停止無し）、SPOF無し

スケーラビリティの保証と容易な運用管理

ノード追加時・ダウン時に自立的な稼働、手作業無し

低TCO 少ないサーバで高パフォーマンス

オープン性 & 相互運用性既存システムとの統合が必要


■高パフォーマンス

■高スループット

■低レイテンシ

■性能の一貫性・安定性

■Flash (SSD)に最適化

■高信頼性

■SPOF無し

■自動フェイルオーバー

■5年間無停止の実績

Aerospikeの特徴

■容易な運用性

■シャーディングの必要無し

■自動フェイルオーバー

■容易なスケールアウト

■リニア・スケーラビリティ

■低TCO


■Flash (SSD)に最適化

■リニア・スケーラビリティ


高パフォーマンス：高スループット、低レイテンシ

250

17.8

0

50

100

150

200

250

300

Aerospike Cassandra

平均スループット

（1,000TPS）

スループット比較（50% read / 50% update）

2.3 4.0

97.594.0

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

Read Update

平均レイテンシ

（ミリ秒）

レイテンシ比較

Aerospike

Cassandra


性能の一貫性・安定性


Flash (SSD)に最適化

BLOCK INTERFACE

SSD SSD

OPEN NVM

SSD

AEROSPIKE

HYBRID MEMORY SYSTEM™

OTHER DATABASE

OS FILE SYSTEM

PAGE CACHE

BLOCK INTERFACE

SSD HDD

OTHER DATABASE

AEROSPIKE FLASH OPTIMIZEDIN-MEMORY DATABASE

• デバイスに直接、アクセス

• 大きな書き込みブロック

• インデックスはDRAM上に展開

• 複数のSSDを並列処理

• 独自ファイルシステム

• 共有メモリを利用したFast restart


■SSDのベンチマークのためのツール

■Read/Write混在環境でのスループットとレイテンシを測定

■実環境を模擬

■SSDベンダに提供

■パフォーマンス向上に寄与

■十分なパフォーマンスのSSDが必須

■遅いSSDを速くすることは不可能

■ホームページにて、推奨SSDを公開中

■東芝製SSDは非常に良い性能

■世界最高速レベル

■レイテンシのバラツキが少ない

ACT: Aerospike Certification Tool


Flash (SSD)の有無によるTCO


■課題

■読み取り時の低レイテンシ（ミリ秒）

■毎秒10万〜500万件の処理

■100%稼働の保証

■達成目標

■10億〜60億個のクッキーを管理

■毎秒500万件のオークション

■100msで広告表示 → 50msでRTB

→ 1msでデータベースアクセス

■平均1.5KBのオブジェクト

■選定理由

■ノード数が十分の1 → TCOが十分の1

■読み取り時のレイテンシが二十分の1


事例 1：インターネット広告のRTB (Real-Time Bidding)

Ads is Displayed

Publishers

Ad Networks & SSPs

Ad Exchanges

Demand SidePlatform

Data Management Platforms

Brands Agencies Buyers

0 ms 100 ms


■課題■処理全体：750 ms

■高レイテンシによる機会損失

■1回のクレジットカードのトランザクションに数百回のDBアクセス

■急速な拡大が必要■10TB → 100TB

■100億 → 1,000億オブジェクト

■20万TPS → 100万TPS

■選定理由■Flash (SSD)最適化

■高スループット下での安定した低レイテンシ

■即時一貫性、データ損失無し

■データセンター間のリプリケーション（XDR）

■サーバ20台でクラスタを構成

事例 2：クレジットカードの不正取引検出

Credit Card Processing System

Fraud Detection & Protection App

Rules

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Historical Data

Rule 1-Passed

Rule 2-Passed

Rule 3-Failed

Account Behavior

Static Data

Account Statistics


■講演者

■Brian Bulkowski, Founder, CTO & Product

■内容（仮）

■Flash (SSD)がさらに速く、大容量になったら、何が起こるか？（随時通訳付）

■日時

■8月第一週、18:30〜

■場所

■未定

■その他

■ビール・ピザをご提供する予定

弊社CTOによるMeetupのご案内


Aerospike

Speed Scale Reliability

SSD

性能高容量 Enterpriseの信頼性

AerospikeとSSD


東芝製SSD製品


表中数値：

上段＞SSD容量 [GB]下段＞スペック性能

PCIe® /NVMe SAS 12Gb/sSATA 6Gb/s

Enterprise&Data center

PC

BGシリーズ

XG3

PX04SH

PX04SM

PX04SV

PX04SR

SG5

HK4R

HK4E

PX04PM

128, 256, 512, 1024 GB

128, 256 GB

128, 256, 512, 1024 GB

120, 240, 480, 960, 1920 GB

200, 400, 800, 1600 GB

800, 1600, 3200 GB200, 400, 800, 1600 GB

400, 800, 1600, 3200 GB

480, 960, 1920, 3840 GB

480, 960, 1920, 3840 GB

PX04SL2000, 4000 GB

960, 1920, 3840 GB

DWPD=10

DWPD=3

DWPD=25

DWPD=10

DWPD=3

DWPD=1

DWPD=0.5

1000, 2000, 4000 GB DWPD=1

PCIe Gen3x4

PCIe Gen3x4

PCIe Gen2x2

2.5”SFF7 mmH

2.5”SFFM.2

2.5”SFF15 mmH

AICHHHL

M.2 2280

M.2 2230BGA

2.5”SFF15 mmH

※東芝OCZ製品は除く

<Seq.Read/Seq.Write/Rand.Read/Rand.Write>

[MiB/s] [MiB/s] [KIOPS] [KIOPS]

120GB: <500/120/75/4>240GB: <500/270/75/10>480GB: <500/480/75/12>960/1920GB :<500/480/75/14>

200GB: <500/270/75/20>400/800/1600GB:<500/480/75/30>

800/1600/3200GB <3100/2350/660/185>

960/1920/3840GB:<3100/2350/660/105>

1000/2000/4000GB:<3100/2350/660/80>

200/400/800GB:<1900/850/270/125> 1600GB:< 1500 / 750 / 270 / 120 >

400/800/1600GB:< 1900 / 850 / 270 / 90 >3200GB:< 1500 / 750 / 270 / 85 >

480/960/1920GB:< 1900 / 850 / 270 / 60 >3840GB:< 1500 / 750 / 270 / 55 >

480/960/1920GB:<1900/850/270/22>3840GB:<1500/750/270/22>

2000GB:<1900/850/270/19>4000GB:<1500/750/270/19>

128/256/512/1024GB:< up to 520 / up to 370 / - / - >

128/256/512/1024GB: < up to 2400 / up to 1500 / - / - >

128/256GB:<up to 715/up to 228/-/->※仕様は予告なく変更となる場合があります

SAS 12Gb/s x 2 (デュアルポート)

Toshiba SSD ラインアップ


最新東芝Enterprise SSD製品 (SAS/NVMe)

Model PX04S PX04P

Interface SAS 12G PCIe Gen3 x4

Protocol SAS-3(SCSI) NVMe 1.0e

Form Factor 2.5” SFF 2.5” SFFPCIe AIC

SoC (SSD/NANDController)

Toshiba Latest Generation SSD Controller

NAND Flash Toshiba A19nm eMLC

Design


SSD専用に設計された新しいストレージインタフェース:NVMe®

CPU

PCIe

Traditional I/F:• HDD

Compatible• Two level

transition• Big overhead

NVMe®:• Only for SSD• CPU Direct• Small

overhead

CPUHBA

(e.g.,SAS)SSD

ControllerNVM

PCIeStorage

Interconnect(e.g., SAS)

Proprietary Standard(SAS etc.) SSD

NVMeSSD

ControllerNVM

NVMe® SSDStandard(NVMe®)

NVMe®: Non Volatile Memory Express

東芝NVMe® SSD

多様な形状

U.2(2.5”SFF)AIC

M.22280

BGA

M.22230


Data Sheet性能比較Toshiba A社 B社 C社PX04P A製品 B製品 C製品

Max Capacity (Max)

GB 3200 2000 3200 3200

Interface PCIe Gen.3 x4 PCIe Gen.3 x4 PCIe Gen.3 x4 PCIe Gen.3 x4

Form Factor PCIe AIC HHHL

2.5" SFF 15mmH

PCIe AIC HHHL2.5" SFF 15mmH

2.5" SFF 15mmH

2.5" SFF 15mmH

Performance

Seq. Read/Write (MB/s) (128KiB)

Read 3100 2800 3000 3100

Write 2350 2000 1600 2000

Random Performance(KIOPS) (4KiB)

Read 660 450 743 750

Write 185 175 140 120

W30%/R70% 340 265 310 N/A

Endurance DWPD x10 x17 x3 x5Limited Warranty With Media Usage (years)

5 5 5 5

Power

Power Consumption (W)

Active 18 25 25 25

Idle 6 4 8 7

Schedule

Customer Samples Available Available Available Available

Data sourceToshiba

DatasheetA社 Datasheet B社 Datasheet C社 Datasheet


Sequential I/O

東芝PX04Pと競合製品のIO性能比較

0

50

100

150

200

250

Read[MB/s]

Random I/O

性能検証（自社検証）

Write[MB/s]

0

100

200

300

400

500

600

700

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

+27% +16% +22% +45%

Read[KIOPS]

Write[KIOPS]

競合他社製品と比べ、最大約1.45倍の性能を確認。様々な処理要求に対して高速に読書きすることが出来る

Condition: IOmeter 2006.07.27.win32.i386Sequential Read/Write： Worker x1, QD 128, 128KiB TransferRandom Read/Write： Worker x8, QD 128(8+16), 4KiB Transfer

他社Aの製品：PX04Pと同等クラスのEnterprise用途のNVMe SSD製品

東芝他社A


東芝PX04Pの容量について

DWPD

1 3 10

低容量モデル(GB) 1,000 960 800

中容量モデル(GB) 2,000 1,920 1,600

高容量モデル(GB) 4,000 3,840 3,200

Random Write性能(KIOPS) 85 105 185

OP領域小中大

DWPD(Drive Write Per Day)の数値が高いと、書き換え耐性が優れる。OP(Over provisioning)領域も多く確保され、Radom Write性能も向上する。

豊富なラインナップが揃っており、データベース要件に合うSSDが選択できる

DWPD(Drive Write Per Day)とは：動作保証期間（例えば５年間）中、平均的に使用すると仮定した場合に1日にドライブの全容量を最高何回まで書き換えられるかを表した指標


5年間の稼働保証

NANDの特性を考慮した高性能コントローラ

信頼性

四日市工場NAND

SSD


Aerospike DB性能測定


Aerospikeの視点

スループットが高いこと

レイテンシが遅くないこと

Database安定稼働の観点から、性能が安定していること

Aerospike導入観点でのSSDへの要求

H/WとS/Wを含めたDatabaseプラットフォームとしての安定性

エンドユーザ視点

より多くのデータをより短いレイテンシ、より小さい性能振れ幅で処理


テストデータ

3000 ACT TPS(1秒当たりの処理トランザクション量)

読込/書込処理混合比率 : 67%/33%

1.5 KBのデータ処理

テスト実行方法

SSD単体での、読書き混在負荷(3000xn)に対するレイテンシ確認

24時間以上の連続稼働

SSDに対する性能要件

1msを超えるレイテンシの割合 : 5%以内

8msを超えるレイテンシの割合 : 1%以内

64msを超えるレイテンシの割合 : 0.1%以内

ACT Toolによる性能測定要件

読書き混在ワークロード

安定稼動

高性能、安定性能


性能測定結果比較例

測定SSD：PX04P 800GB

セッションにて、投影


まとめ

東芝製NVMe SSD製品の以下3つの特長は、Aerospikeの要件に適している。

特長高い性能と性能の安定性高容量 5年稼働保証などのエンタープライズクラスの信頼性

高速なNo SQL プラットフォーム

Speed + Scale + Reliability

AerospikeSSD専用高速No SQLデータベース

+ Toshiba高速SSD


参考情報


参考情報(関連セッション紹介:日本電気株式会社様)

東芝NVMe SSD製品を用いた製品の紹介セッション：日本電気株式会社星野智則様7月13日（水）：セッションルーム D Session4(14:00-14:50)

NVMeフラッシュストレージを用いた高性能高拡張高可用なデータベースシステムの実現方法～ExpEther技術の活用～


• PCIeは、PCI-SIGの登録商標です。

• NVMeは、NVM Express, Inc.の商標です。

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