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Alors que les centres de données visent à améliorer leur efficacité énergétique — en particulier face aux exigences des charges de travail de l'IA — beaucoup adoptent le refroidissement liquide pour améliorer les performances et contrôler la consommation d'énergie. Le refroidissement liquide gère efficacement la chaleur produite par les serveurs haute performance, leur permettant de fonctionner à pleine capacité sans les coûts énergétiques élevés liés au refroidissement par air traditionnel. Les SSD haute densité de Solidigm sont bien adaptés à ces environnements, offrant une excellente efficacité en téraoctets par watt.
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Bien que l'IA pousse de nombreux opérateurs de centres de données à envisager le refroidissement liquide, ses avantages vont bien au-delà. Dans un rapport précédent, nous avons analysé l'impact du refroidissement liquide sur un Dell PowerEdge R760 2U. Le refroidissement liquide direct (DLC) de CoolIT a réduit la consommation d'énergie du serveur en diminuant la vitesse des ventilateurs, ce qui a permis d'économiser 200 watts. Ce test se concentrait uniquement sur les performances du CPU ; cette fois, nous avons adopté une approche plus axée sur le stockage pour comprendre comment les SSD influencent la consommation d'énergie des serveurs.
Dell PowerEdge Solidigm et CDU
Que sont les états d'alimentation actifs NVMe ?
Les états d'alimentation NVMe sont des modes préconfigurés dans lesquels un périphérique NVMe peut passer pour réguler la consommation d'énergie et les performances. La spécification NVMe autorise jusqu'à 32 états d'alimentation, chacun défini par une consommation d'énergie maximale, une latence d'entrée (ENLAT), une latence de sortie (EXLAT) et des métriques de performance relatives. Ces états sont divisés en catégories opérationnelles et non opérationnelles. Les états d'alimentation opérationnels, ou P-States, permettent au périphérique de gérer les opérations d'E/S. Les états non opérationnels, ou F-States, sont utilisés lorsque le périphérique est inactif et ne traite pas les tâches d'E/S.
La gestion de ces états d'alimentation est essentielle pour optimiser l'efficacité énergétique des périphériques NVMe, en particulier dans les environnements où la consommation d'énergie est une préoccupation majeure — tels que les périphériques edge et les applications spécialisées comme les SSD de la Station Spatiale Internationale (ISS). Par exemple, la spécification NVMe inclut des fonctionnalités telles que la Transition Autonome d'État d'Alimentation (APST), qui permet au périphérique de passer automatiquement d'un état d'alimentation à un autre en fonction de l'utilisation actuelle et des conditions thermiques. Cela permet d'équilibrer les performances et la consommation d'énergie, garantissant un fonctionnement fiable dans des environnements distants ou contraints. La prise en charge de Runtime D3 (RTD3) permet au périphérique d'entrer dans un état de veille à consommation nulle, économisant ainsi de l'énergie lorsqu'il n'est pas utilisé.
Les états d'alimentation NVMe sont particulièrement précieux lorsque l'efficacité énergétique et la gestion thermique sont des priorités absolues. Dans les périphériques edge, par exemple, la capacité à passer rapidement à des états d'alimentation inférieurs pendant les périodes d'inactivité peut réduire considérablement la consommation d'énergie — ce qui est essentiel pour les périphériques fonctionnant dans des environnements distants ou difficiles avec une alimentation limitée. Ceci est rendu possible par des fonctionnalités telles que la gestion de l'alimentation de l'état actif PCIe (ASPM) et les états de faible consommation tels que L1.1 et L1.2, qui minimisent la consommation d'énergie. La gestion de l'alimentation et de la dissipation thermique sur l'ISS est essentielle en raison de son environnement limité et contrôlé. Les états d'alimentation NVMe peuvent aider à réguler la consommation d'énergie des SSD pour gérer la puissance de conception thermique (TDP) et optimiser le budget énergétique global, garantissant que les SSD fonctionnent efficacement sans surchauffe.
Dans ces environnements spécialisés, les états d'alimentation NVMe offrent un moyen flexible et efficace de gérer la consommation d'énergie des périphériques NVMe. En utilisant ces états, les périphériques peuvent équilibrer les performances et l'efficacité énergétique, ce qui les rend adaptés à une gamme d'applications — de l'informatique edge aux missions spatiales. La capacité à ajuster dynamiquement les états d'alimentation en fonction des conditions en temps réel garantit que les périphériques NVMe peuvent répondre aux exigences variables des différents environnements tout en optimisant l'efficacité énergétique et la gestion thermique.
En plus des états d'alimentation NVMe, la température composite et la température de contact sont essentielles pour gérer les performances thermiques des SSD NVMe dans les modèles d'entreprise modernes. La température de contact fait référence à la température du boîtier externe du SSD. Solidigm a été un pionnier dans l'adoption de nouvelles normes de température de contact plus élevées. Par exemple, la température de contact définie en usine pour le Solidigm D5-P5336 est de 80°C. Cette limite plus élevée permet aux SSD d'être refroidis avec moins de flux d'air ou de fonctionner à des températures ambiantes plus élevées. Cette flexibilité permet aux centres de données d'affiner les stratégies de refroidissement, d'améliorer la gestion thermique globale, de potentiellement réduire les coûts de refroidissement et d'étendre la fiabilité et la durée de vie des SSD.
Gestion des états d'alimentation actifs NVMe
Dans un environnement de test Linux exécutant Ubuntu 22.04, nous avons utilisé la boîte à outils NVMe pour interroger le disque et afficher ou modifier les états d'alimentation du D5-P5336. Comme indiqué ci-dessous, le disque prend en charge les états 0, 1 et 2 — l'état 0 étant le moins restrictif et l'état 2 le plus restrictif.
Pour le Solidigm 61,44 To D5-P5336, PS0 est de 25W, PS1 est de 15W et PS2 est de 10W. Le disque est inactif à environ 5,5W, donc à mesure que les modes d'alimentation deviennent plus restrictifs, le SSD dispose de moins de puissance disponible pour les opérations de lecture et d'écriture NAND. Les opérations d'écriture sont les plus affectées, car l'écriture sur la NAND consomme plus d'énergie que la lecture.
La commande pour vérifier l'état d'alimentation actuel de notre SSD Solidigm D5-P5336 est indiquée ci-dessous. Une valeur actuelle de 00000000 indique que le disque est en PS0, le mode le plus élevé de 25W.
Une commande similaire est utilisée pour changer l'état d'alimentation, le dernier chiffre représentant le mode d'alimentation souhaité. Par exemple, la commande ci-dessous règle le SSD Solidigm D5-P5336 sur PS0. Pour utiliser les modes d'alimentation 1 ou 2, ajustez la valeur de —value= pour qu'elle corresponde au mode correct.
Impact des états d'alimentation sur les performances
Pour mesurer l'impact des états d'alimentation sur la consommation d'énergie et les performances du SSD Solidigm D5-P5336 61,44 To, nous avons équipé un Dell PowerEdge R760 de 24 SSD. En exécutant Ubuntu et le générateur de charge de travail FIO, nous avons pu exécuter facilement une charge de travail cohérente sur tous les SSD et ajuster le mode d'alimentation en temps réel.
Dell PowerEdge Solidigm P5336
Nous avons utilisé la surveillance d'alimentation intégrée de Dell dans le système de gestion iDRAC9 du serveur pour suivre l'alimentation au niveau du système.
Alimentation Dell PowerEdge iDRAC
Nous nous sommes concentrés sur les charges de travail de bande passante séquentielle en lecture et en écriture, en utilisant une taille de bloc de 128 Ko par disque, puis nous avons mesuré les performances globales sur les 24 SSD. Il convient de noter que cette configuration spécifique de Dell PowerEdge R760 — avec 24 baies NVMe — utilise un commutateur PCIe au lieu de baies NVMe directement connectées. Par conséquent, la bande passante totale mesurée sature les voies du commutateur PCIe disponibles avant d'atteindre les disques. Cela affecte les performances de lecture totales que nous avons enregistrées par rapport à la fiche technique du Solidigm P5536, mais les vitesses d'écriture globales sont restées inférieures à cette limite.
| Total Watts | Vitesse d'écriture | Lecture Go/s | Watts Au-dessus de la base |
Watts/Disque (avec surcharge système) |
|
|---|---|---|---|---|---|
| Inactif sans disques | 462 | – | – | – | – |
| Disques inactifs installés | 594 | – | – | 132 | 5,5 |
| 24x Lecture séquentielle PS0 | 858 | – | 109 Go/s | 396 | 16,5 |
| 24x Lecture séquentielle PS1 | 858 | – | 105 Go/s | 396 | 16,5 |
| 24x Lecture séquentielle PS2 | 759 | – | 79,8 Go/s | 297 | 12,375 |
| 24x Écriture séquentielle PS0 | 1089 | 82,5 Go/s | – | 627 | 26,125 |
| 24x Écriture séquentielle PS1 | 825 | 34,4 Go/s | – | 363 | 15,125 |
| 24x Écriture séquentielle PS2 | 726 | 17,3 Go/s | – | 264 | 11 |
En repensant à notre article sur les avantages de la conversion d'une plateforme refroidie par air en refroidissement liquide direct, nous avons observé une légère amélioration des performances du CPU ainsi qu'une économie d'énergie de 200 watts. L'énergie est une ressource précieuse dans la nouvelle génération de serveurs axés sur l'IA, qui allouent souvent toutes les ressources disponibles aux GPU et aux CPU haut de gamme. Dans les centres de données qui sont à la limite de leur budget d'alimentation de refroidissement par air, le passage au DLC libère de l'énergie qui permet au serveur d'accueillir plus de SSD pour la même empreinte énergétique qu'un serveur refroidi par air.
solidigm refroidissement liquide coolit CDU
Une économie d'énergie de 200 watts peut considérablement augmenter la densité de stockage : pour les charges de travail intensives en lecture, cette économie permet de doubler la capacité de stockage de 12 à 24 SSD dans un serveur refroidi par liquide par rapport à un serveur refroidi par air. Avec le Solidigm D5-P5336, ce serveur à 24 baies augmente la capacité de stockage de 737 To à 1 474 To grâce à la boucle liquide. Pour les charges de travail intensives en écriture, vous pourriez ajouter environ huit SSD supplémentaires. Ces chiffres s'appliquent aux modes d'alimentation de base, donc si vous êtes prêt à réduire les performances d'écriture de pointe, vous pourriez facilement équiper le serveur de 24 SSD, même pour les tâches intensives en écriture.
Conclusion
Nos tests des SSD Solidigm D5-P5336 montrent que la gestion des états d'alimentation NVMe peut améliorer considérablement l'efficacité énergétique sans impacter drastiquement les performances. Les opérateurs de centres de données cherchant à maximiser l'efficacité énergétique peuvent utiliser ces états d'alimentation pour augmenter la densité de stockage ou réduire les coûts opérationnels — en particulier dans les environnements centrés sur l'IA où l'énergie est rare. Les SSD haute densité de Solidigm sont bien adaptés à cela, offrant une forte efficacité téraoctets par watt, en particulier lorsqu'ils sont associés aux technologies modernes de refroidissement liquide.
Nos conclusions indiquent que même de petits ajustements aux états d'alimentation peuvent entraîner des économies d'énergie substantielles, ce qui est essentiel dans les environnements où la disponibilité d'énergie est limitée. L'optimisation de la consommation d'énergie globale des serveurs augmente non seulement la densité de stockage, mais soutient également des opérations de centres de données plus durables.
Dell PowerEdge Solidigm P5336 Simple
La gestion de l'alimentation devient de plus en plus importante à mesure que les serveurs modernes sont poussés à leurs limites — en particulier dans les charges de travail pilotées par l'IA. La combinaison du refroidissement liquide avec une gestion efficace des SSD offre aux centres de données un moyen d'augmenter les performances et la densité de stockage sans dépasser les budgets d'alimentation.
Vous pouvez voir une démonstration complète de ces technologies en direct à l'OCP 2024, où nous présenterons comment le refroidissement liquide et les SSD de Solidigm peuvent servir de base à l'efficacité énergétique dans le centre de données moderne.
Beijing Qianxing Jietong Technology Co., Ltd.
Sandy Yang/Directeur de la stratégie mondiale
WhatsApp / WeChat : +86 13426366826
E-mail : yangyd@qianxingdata.com
Site Web : www.qianxingdata.com/www.storagesserver.com
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