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A medida que los centros de datos buscan aumentar la eficiencia energética, especialmente ante las demandas de las cargas de trabajo de IA, muchos están adoptando la refrigeración líquida para mejorar el rendimiento y controlar el consumo de energía. La refrigeración líquida gestiona eficazmente el calor producido por los servidores de alto rendimiento, lo que les permite funcionar a máxima capacidad sin los altos costos energéticos asociados con la refrigeración por aire tradicional. Las SSD de alta densidad de Solidigm son ideales para estos entornos, ya que ofrecen una excelente eficiencia de terabyte por vatio.
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Si bien la IA está impulsando a muchos operadores de centros de datos a considerar la refrigeración líquida, sus beneficios se extienden mucho más allá. En un informe anterior, analizamos cómo la refrigeración líquida afecta a un Dell PowerEdge R760 de 2U. La refrigeración líquida directa (DLC) de CoolIT redujo el consumo de energía del servidor al disminuir la velocidad de los ventiladores, lo que resultó en un ahorro de energía de 200 vatios. Esa prueba se centró únicamente en el rendimiento de la CPU; esta vez, adoptamos un enfoque más centrado en el almacenamiento para comprender cómo las SSD influyen en el consumo de energía del servidor.
Dell PowerEdge Solidigm y CDU
¿Qué son los estados de energía activa de NVMe?
Los estados de energía de NVMe son modos preconfigurados a los que un dispositivo NVMe puede cambiar para regular el consumo de energía y el rendimiento. La especificación NVMe permite hasta 32 estados de energía, cada uno definido por el consumo máximo de energía, la latencia de entrada (ENLAT), la latencia de salida (EXLAT) y métricas de rendimiento relativas. Estos estados se dividen en categorías operativas y no operativas. Los estados de energía operativa, o P-States, permiten que el dispositivo maneje operaciones de E/S. Los estados no operativos, o F-States, se utilizan cuando el dispositivo está inactivo y no procesa tareas de E/S.
La gestión de estos estados de energía es vital para optimizar la eficiencia energética de los dispositivos NVMe, especialmente en entornos donde el consumo de energía es una preocupación clave, como en dispositivos de borde y aplicaciones especializadas como las SSD en la Estación Espacial Internacional (EEI). Por ejemplo, la especificación NVMe incluye funciones como la Transición Autónoma de Estado de Energía (APST), que permite al dispositivo cambiar automáticamente entre estados de energía según el uso actual y las condiciones térmicas. Esto ayuda a equilibrar el rendimiento y el consumo de energía, garantizando un funcionamiento fiable en entornos remotos o restringidos. El soporte de Runtime D3 (RTD3) permite que el dispositivo entre en un estado de inactividad de cero vatios, lo que ahorra aún más energía cuando no se utiliza.
Los estados de energía de NVMe son especialmente valiosos cuando la eficiencia energética y la gestión térmica son prioridades máximas. En los dispositivos de borde, por ejemplo, la capacidad de cambiar rápidamente a estados de menor consumo durante los períodos de inactividad puede reducir en gran medida el consumo de energía, lo cual es fundamental para los dispositivos que operan en entornos remotos o hostiles con energía limitada. Esto es posible gracias a funciones como la gestión de energía de estado activo de PCIe (ASPM) y los estados de bajo consumo como L1.1 y L1.2, que minimizan el consumo de energía. La gestión de la energía y la disipación térmica en la EEI es esencial debido a su entorno limitado y controlado. Los estados de energía de NVMe pueden ayudar a regular el consumo de energía de las SSD para gestionar la potencia de diseño térmico (TDP) y optimizar el presupuesto energético general, garantizando que las SSD funcionen de manera eficiente sin sobrecalentarse.
En estos entornos especializados, los estados de energía de NVMe ofrecen una forma flexible y eficiente de gestionar el consumo de energía de los dispositivos NVMe. Al utilizar estos estados, los dispositivos pueden equilibrar el rendimiento y la eficiencia energética, lo que los hace adecuados para una variedad de aplicaciones, desde la computación de borde hasta las misiones espaciales. La capacidad de ajustar dinámicamente los estados de energía en función de las condiciones en tiempo real garantiza que los dispositivos NVMe puedan satisfacer las diversas demandas de diferentes entornos, al tiempo que optimizan la eficiencia energética y la gestión térmica.
Además de los estados de energía de NVMe, la temperatura compuesta y la temperatura de contacto son clave para gestionar el rendimiento térmico de las SSD NVMe en los modelos empresariales modernos. La temperatura de contacto se refiere a la temperatura de la carcasa externa de la SSD. Solidigm ha sido pionero en la adopción de estándares de temperatura de contacto nuevos y más altos. Por ejemplo, la temperatura de contacto establecida de fábrica para el Solidigm D5-P5336 es de 80 °C. Este límite más alto permite que las SSD se enfríen con menos flujo de aire o funcionen a temperaturas ambiente más altas. Esta flexibilidad permite a los centros de datos refinar las estrategias de refrigeración, mejorar la gestión térmica general, reducir potencialmente los costos de refrigeración y extender la fiabilidad y la vida útil de las SSD.
Gestión de los estados de energía activa de NVMe
En un entorno de pruebas de Linux con Ubuntu 22.04, utilizamos el conjunto de herramientas NVMe para consultar la unidad y ver o modificar los estados de energía del D5-P5336. Como se muestra a continuación, la unidad admite los estados 0, 1 y 2, siendo el estado 0 el menos restrictivo y el estado 2 el más restrictivo.
Para el Solidigm D5-P5336 de 61,44 TB, PS0 es de 25 W, PS1 es de 15 W y PS2 es de 10 W. La unidad está inactiva a aproximadamente 5,5 W, por lo que a medida que los modos de energía se vuelven más restrictivos, la SSD tiene menos energía disponible para las operaciones de lectura y escritura de NAND. Las operaciones de escritura son las más afectadas, ya que escribir en NAND consume más energía que leer de ella.
A continuación se muestra el comando para comprobar el estado de energía actual de nuestra SSD Solidigm D5-P5336. Un valor actual de 00000000 indica que la unidad está en PS0, el modo más alto de 25 W.
Se utiliza un comando similar para cambiar el estado de energía, y el número final representa el modo de energía deseado. Por ejemplo, el comando a continuación configura la SSD Solidigm D5-P5336 en PS0. Para utilizar los modos de energía 1 o 2, ajuste la figura de valor para que coincida con el modo correcto.
Impacto de los estados de energía en el rendimiento
Para medir cómo los estados de energía afectan el consumo de energía y el rendimiento de la SSD Solidigm D5-P5336 de 61,44 TB, equipamos un Dell PowerEdge R760 con 24 SSD. Ejecutando Ubuntu y el generador de cargas de trabajo FIO, pudimos ejecutar fácilmente una carga de trabajo consistente en todas las SSD y ajustar el modo de energía en tiempo real.
Dell PowerEdge Solidigm P5336
Utilizamos la monitorización de energía integrada de Dell dentro del sistema de gestión iDRAC9 del servidor para rastrear la energía a nivel del sistema.
Energía Dell PowerEdge iDRAC
Nos centramos en cargas de trabajo de ancho de banda de lectura y escritura secuenciales, utilizando un tamaño de bloque de 128K por unidad, y luego medimos el rendimiento agregado en las 24 SSD. Vale la pena señalar que esta configuración específica de Dell PowerEdge R760, con 24 bahías NVMe, utiliza un conmutador PCIe en lugar de bahías NVMe conectadas directamente. Como resultado, el ancho de banda total medido satura los carriles del conmutador PCIe disponibles antes de llegar a las unidades. Esto afecta el rendimiento de lectura total que registramos en comparación con la hoja de especificaciones del Solidigm P5536, pero las velocidades de escritura agregadas se mantuvieron por debajo de ese límite.
| Vatios totales | Velocidad de escritura | GB/s de lectura | Vatios Por encima de la base |
Vatios/unidad (con sobrecarga del sistema) |
|
|---|---|---|---|---|---|
| Inactivo sin unidades | 462 | – | – | – | – |
| Unidades instaladas en inactivo | 594 | – | – | 132 | 5,5 |
| 24x Lectura secuencial PS0 | 858 | – | 109 GB/s | 396 | 16,5 |
| 24x Lectura secuencial PS1 | 858 | – | 105 GB/s | 396 | 16,5 |
| 24x Lectura secuencial PS2 | 759 | – | 79,8 GB/s | 297 | 12,375 |
| 24x Escritura secuencial PS0 | 1089 | 82,5 GB/s | – | 627 | 26,125 |
| 24x Escritura secuencial PS1 | 825 | 34,4 GB/s | – | 363 | 15,125 |
| 24x Escritura secuencial PS2 | 726 | 17,3 GB/s | – | 264 | 11 |
Si volvemos a nuestro artículo sobre las ventajas de convertir una plataforma refrigerada por aire a refrigeración líquida directa, observamos una ligera mejora en el rendimiento de la CPU junto con un ahorro de energía de 200 vatios. La energía es un recurso valioso en la nueva generación de servidores centrados en IA, que a menudo asignan todos los recursos disponibles a las GPU y las CPU de gama alta. En los centros de datos que están en o cerca de su límite de presupuesto de energía de refrigeración por aire, el cambio a DLC libera energía que permite al servidor acomodar más SSD con la misma huella de energía que un servidor refrigerado por aire.
solidigm refrigeración líquida coolit CDU
Un ahorro de energía de 200 vatios puede aumentar significativamente la densidad de almacenamiento: para cargas de trabajo intensivas en lectura, este ahorro permite duplicar la capacidad de almacenamiento de 12 a 24 SSD en un servidor refrigerado por líquido en comparación con uno refrigerado por aire. Con el Solidigm D5-P5336, este servidor de 24 bahías aumenta la capacidad de almacenamiento de 737 TB a 1.474 TB gracias al circuito de refrigeración líquida. Para cargas de trabajo intensivas en escritura, podría añadir unas ocho SSD más. Estas cifras se aplican a los modos de energía base, por lo que si está dispuesto a reducir el rendimiento de escritura de gama alta, podría equipar fácilmente el servidor con 24 SSD incluso para tareas intensivas en escritura.
Conclusión
Nuestras pruebas de las SSD Solidigm D5-P5336 demuestran que la gestión de los estados de energía de NVMe puede mejorar significativamente la eficiencia energética sin afectar drásticamente el rendimiento. Los operadores de centros de datos que buscan maximizar la eficiencia energética pueden utilizar estos estados de energía para aumentar la densidad de almacenamiento o reducir los costos operativos, especialmente en entornos centrados en IA donde la energía es escasa. Las SSD de alta densidad de Solidigm son ideales para esto, ofreciendo una sólida eficiencia de terabyte por vatio, especialmente cuando se combinan con tecnologías modernas de refrigeración líquida.
Nuestros hallazgos indican que incluso pequeños ajustes en los estados de energía pueden generar importantes ahorros de energía, lo cual es fundamental en entornos con disponibilidad de energía limitada. La optimización del consumo total de energía de los servidores no solo aumenta la densidad de almacenamiento, sino que también apoya operaciones de centros de datos más sostenibles.
Dell PowerEdge Solidigm P5336 Individual
La gestión de la energía es cada vez más importante a medida que los servidores modernos se llevan al límite, especialmente en las cargas de trabajo impulsadas por IA. La combinación de refrigeración líquida con una gestión eficiente de las SSD proporciona a los centros de datos una vía para escalar el rendimiento y la densidad de almacenamiento sin exceder los presupuestos de energía.
Puede ver una demostración completa de estas tecnologías en vivo en OCP 2024, donde mostraremos cómo la refrigeración líquida y las SSD de Solidigm pueden servir como base de la eficiencia energética en el centro de datos moderno.
Beijing Qianxing Jietong Technology Co., Ltd.
Sandy Yang/Director de Estrategia Global
WhatsApp / WeChat: +86 13426366826
Correo electrónico: yangyd@qianxingdata.com
Sitio web: www.qianxingdata.com/www.storagesserver.com
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