인텔 제온 E5 v4 시리즈 테크니컬 워크숍 : 스토리지

인텔(Intel)은 태평양 표준시 기준 3월 2, 3일 양일간 미국 오레곤(Oregon)주 힐스보로(Hillsboro)의 존스 팜 캠퍼스(Jones farm Campus)에서 글로벌 미디어들을 초청, 인텔 제온 E5-2600 v4 시리즈와 플랫폼의 기술적 특징, 전략 등을 소개하는 테크니컬 워크숍을 진행했다.

인텔 제온 E5-2600 v4 시리즈 프로세서는 ‘브로드웰(Broadwell)’ 아키텍처를 기반으로 하는 2소켓급 플랫폼의 서버용 프로세서로, 이전 세대 대비 더 높아진 성능과 함께 다양한 새로운 기능들을 지원하는 것이 특징이다. 인텔은 제온 E5 v4 프로세서와 기반 플랫폼에 대해 스케일아웃 확장되는 소프트웨어 정의 데이터센터와 클라우드 환경에 최적화된 플랫폼으로 소개했으며, 서버 뿐 아니라 스토리지와 네트워크에 이르기까지 플랫폼이 활용 가능한 범위를 넓혔다.

인텔 제온 E5 v4 프로세서와 기반 플랫폼은 이제 네트워크와 스토리지 부분에서도 효율적으로 활용할 수 있는 기반을 마련했다. 네트워크에서는 DPDK를 활용해 가상 스위치에서의 패킷 성능을 비약적으로 끌어올렸고, 스토리지에서는 내부 데이터 처리 성능 향상을 위한 ISA-L과 전달 성능 최적화를 위한 SPDK를 적용, 이전 세대 대비 큰 폭의 성능 향상을 달성했다. 이와 함께 데이터센터 스토리지 성능 최적화를 위한 새로운 SSD 제품도 함께 소개되었다.

▲ 데이터센터에서도 NVMe는 성능에서 큰 이점을 제공할 수 있다.

인텔의 새로운 NVMe SSD에 대한 소개는 그렉 맷슨(Greg Matson) 인텔 데이터센터 제품 마케팅과 전략 기획 디렉터가 진행했다. 그는 먼저 스토리지 시장에서 SSD가 보편화되고 있으며, 2015년 인텔의 SSD 출하량은 2008년 대비 220배나 늘어났을 정도라고 소개했다. 그리고 SSD의 이용은 예측가능한 지연시간 구현을 통한 QoS 향상을 제공하면서 새로운 서비스를 위한 여력을 제공하고, 드라이브의 가격이 낮아지면서 제공되는 가치도 높아지며 시장이 성장하고 있다고 덧붙였다.

또한 스토리지 시장의 주요 변화로는, 데이터의 양은 늘어나지만 비용 문제로 더 높은 효율이 요구되고 있다는 점이 꼽혔다. 또한 데이터의 형태도 비정형 데이터나 머신 로그 데이터 등으로 더 복잡해지고 있고, 인프라의 구성 형태도 ‘스케일 아웃’ 형태로 바뀌어 가고 있다고 소개했다. 그리고 이런 상황에서 SSD가 제공할 수 있는 장점으로는 ‘지연 시간 감소’ 가 있으며, 이는 QoS 향상과 새로운 서비스에 대한 여력을 제공하고, 드라이브 가격 하락이 이 가치를 더 높인다고 덧붙였다.

그리고 SSD의 장점인 낮은 지연시간을 극대화할 수 있는 방안으로는 NVMe 인터페이스가 꼽힌다. 플래시 스토리지에 최적화된 NVMe 인터페이스는 기존의 인터페이스들이 가지고 있던 20us 정도의 컨트롤러 지연 시간을 줄여, 전체적으로는 약 110us 정도의 지연시간을 가지는 기존 SATA나 SAS 기반 SSD 대비 20% 가량 낮은 지연 시간을 구현할 수 있다. 또한 대역폭 측면에서도 SATA 6Gbps 대비 x4 NVMe는 5배 가량, x8 NVMe는 10배 이상의 대역폭 성능을 제공한다.

▲ 제온 E5 등의 스케일아웃 환경을 위한 P3320, P3520 시리즈 SSD.

인텔의 새로운 NVMe SSD 중 DC D3700과 D3600은 스케일업 구성 중심의 엔터프라이즈 환경에 적합한 구성을 가지며, P3320은 스케일아웃 환경에 적합한 성격을 가진다. 이들 제품은 인텔의 SSD 제품이 공통적으로 제공하는 높은 신뢰성, 전체 사용기간동안 균등한 성능이 유지되는 안정성, 인텔 플랫폼에 최적화되어 검증된 디자인 등이 장점으로 꼽힌다. 특히 인텔의 SSD는 안정적인 성능 측면에서, 전체 제품 수명 기간동안 성능 저하 수준은 5% 이하라고 소개되었다.

인텔 SSD DC P3320 시리즈는 인텔의 자체 컨트롤러와 고밀도 3D MLC NAND를 사용했으며, SATA 기반 제품 대비 5배의 성능을 동급 가격에 제공하고, 클라우드와 스케일아웃 스토리지에 적합하다고 소개되었다. 순차 읽기 최대 2,000MB/s, 쓰기 최대 1,800MB/s, 4K 무작위 읽기, 쓰기는 각각 365KIOPS, 20KIOPS의 성능을 제공하며, IOPS 지속성 90%. 제품 수명주기동안 95% 이상의 성능 유지성을 제공한다. 2.5형과 PCIe x4 HHHL 규격으로 450GB, 1.2TB, 2TB 모델이 선보인다.

인텔은 이 제품에 사용된 3D NAND 기술이 저장 밀도 향상 뿐 아니라, 읽기, 쓰기 작업에서 1.3배의 성능 향상과 더 높은 전력 효율, 향상된 내구성과 높은 데이터 정합성 등을 제공한다고 소개했다. 특히 내구성 측면에서는, 3D NAND 기반으로 만들어지는 TLC도 기존 MLC 레벨의 내구성을 제공할 수 있을 것이라고 밝혔다. 그리고 용량과 내구성이 보강된 3D NAND가 가져올 혀과로는 기존 스토리지 계층 구조에서 하드 드라이브를 상당 부분 대체하고 SSD의 영역을 더 넓힐 수 있게 할 것이라고 덧붙였다.

▲ 미션크리티컬 시스템을 위한 NVMe 드라이브인 D3700과 D3600.

인텔 SSD DC D3700, D3600은 미션크리티컬 엔터프라이즈 환경과 스케일업 스토리지를 위한 솔루션으로, 3D NAND의 적용 뿐 아니라 인텔의 첫 번째 듀얼포트 NVMe SSD 제품이기도 하다. 가용성을 위한 액티브-액티브 듀얼 포트 구성은 서로 다른 컨트롤러가 같은 드라이브에 접속할 수 있도록 하는 이중화 구성이나, 각각의 컨트롤러가 각각의 네임스페이스에 접속할 수 있도록 구성할 수 있다. 듀얼 포트 구성시에는 컨트롤러 분리를 위한 커스텀 PCIe 백플레인이 필요하다.

D3700은 순차 읽기 최대 2,100MB/s, 쓰기 1,500MB/s, 4K 무작위 읽기, 쓰기 성능은 각 470KIOPS, 110KIOPS의 성능을 제공하며, IOPS 유지는 최대 90%, 제품 수명주기동안 성능 감소는 5% 이내로 소개되었다. D3700과 D3600 모두 2.5형 폼팩터에 15mm 두께를 가지며, D3700은 800GB와 1.6TB, D3600은 1TB와 2TB 용량이 제공된다. 그리고 고가용성 환경을 위한 옵션으로 액티브-액티브 구성의 듀얼 포트 기능이 제공되며 인터페이스는 x4 NVMe를 사용한다.

D3700과 D3600은 미션 크리티컬 엔터프라이즈 환경에서 기존 SAS SSD 대비 수 배 빠른 반응 속도와 성능을 제공하며, 듀얼 포트 기능으로 다중 컨트롤러의 고가용성 환경을 지원하는 것이 특징이다. 그리고 듀얼 포트의 구성에서는 멀티태넌트 환경 등에서 서로 다른 환경에서 같은 SSD에 접근할 수 있는 다중 네임스페이스 구성과, I/O 큐를 호스트 메모리에서 SSD로 바로 가져올 수 있는 메모리 버퍼를 컨트롤러에 내장, 지연 시간을 최소화했다는 점 등이 소개되었다.

▲ 제온 플랫폼은 몇 가지 구성요소와의 조합으로 훌륭한 스토리지로도 쓸 수 있다.

제온 플랫폼의 스토리지로의 활용 측면에 대한 소개는 인텔 데이터센터 그룹 스토리지 세그먼트 마케팅의 크레이그 로컨티(Craig LoConti)가 진행했다. 현재 데이터센터가 직면하고 있는 주요 과제로는 정보량의 증가와 복잡성의 증가, 플래시 스토리지와 소프트웨어 정의 환경 등의 새로운 기술로의 전환, 그리고 클라우드로의 전환 등이 꼽힌다. 그리고 이에 대응하는 스토리지 구성을 위해 인텔은 하드웨어와 소프트웨어, 에코시스템과 솔루션 측면을 모두 제시하고 있다고 밝혔다.

스토리지를 위한 제온 E5-2600 v4가 제공하는 주요 특징으로는 리소스 디렉터 기술과 함께 압축, 암호화 오프로드를 위한 퀵어시스트(QuickAssist) 기술, 통합된 NTB(Non-Transparent Bridging), ADR(Asynchronous DRAM refresh), PCIe 듀얼캐스트, AVX, RAID 환경에서의 성능 향상을 위한 퀵데이터(QuickData) 기술 등이 꼽혔다. 또한 제온 E5-2600 v4 시리즈 프로세서는 다양한 코어 수와 성능을 가진 제품군과 함께, 장기간 공급을 지원하는 제품도 13종이 있다고 덧붙였다.

인텔은 데이터센터 스토리지 환경을 위한, 스토리지 특화 제온 프로세서 기반 플랫폼 이외에도 다양한 하드웨어 구성 요소를 제공한다. C610 칩셋과 제온파이 가속기, 데이터센터를 위한 NVMe SSD, 네트워크를 위한 XL710 이더넷 어댑터 등의 구성 요소들은 제온 E5 v4 프로세서와 함께 사용해 클라우드나 소프트웨어 정의 인프라를 위한 스토리지, 빅데이터, 혹은 SAN이나 NAS 등 다양한 환경에서 최적화된 모델을 구현할 수 있도록 한다.

▲ 프로세서의 기능을 활용해 스토리지 처리를 최적화하는 ISA-L

▲ SPDK는 DPDK를 활용해 iSCSI 스토리지 성능을 크게 높일 수 있다.

인텔 스토리지 가속 라이브러리(ISA-L: Intel Storage Acceleration Library)는 크게 다섯 개 영역에서 성능 최적화를 제공한다. 데이터 보호 측면에서는 RAID 5에서의 XOR, RAID 6에서의 P+Q와 함께 삭제코드(Erasure-code) 지원을 포함하며, 데이터 정합성 측면에서는 CRC-T10, CRC-IEEE, CRC32-iSCSI를 지원한다. 암호화 해싱에서는 SHA-1, SHA-256, SHA-512, MD5 등의 멀티 버퍼를 지원하며, IGZIP를 이용한 빠른 압축, AES-XTS, -CBC, -GCM 128, 256 지원의 암호화 등도 포함하고 있다.

ISA-L을 활용하는 제온 E5-2695 v4 프로세서는 이전 세대인 E5-2695 v2 프로세서 기반의 환경과 비교할 때 압축 성능은 1.3배, 암호화 성능은 1.9배, 데이터 정합성 확인 측면에서는 1.1배의 성능을 기대할 수 있는 것으로 소개되었다. 그리고 데이터 보호 측면에서는 3.3배의 성능 향상을 기대할 수 있으며, 암호화 해싱 측면에서는 8.2배에 이르는 성능 향상이 가능하다고 소개했다. 또한 제온 E5 v4와 함께 소개되는 ISA-L의 활용은 프로세서와 플랫폼의 잠재력을 최대한 활용할 수 있게 한다고 덧붙였다.

스토리지의 처리와 전달 성능 최적화를 위한 인텔 SPDK(Intel Storage Peroformance Development Kit) 드라이버와 라이브러리는 iSCSI와 NVMe를 지원하며, 네트워크를 거치는 iSCSI의 지원에 따라 인텔의 DPDK 라이브러리를 활용한 유저모드 네트워크 서비스(UNS) 기술을 활용한다. 이를 통해 기존보다 훨씬 높은 수준의 iSCSI 스토리지 성능을 구현할 수 있도록 하며, 다양한 스토리지 벤더들이 이 기술을 활용할 예정이라고 소개했다.

▲ SPDK를 통한 성능 향상은 iSCSI에서도 1.5배에 이른다.

성능 측면에서, 제온 E5-2695 v4는 E5-2695 v2 대비 1.3배의 메모리 대역폭으로 더 많은 데이터셋이나 VM을 운영 가능한 환경을 제공한다. 또한 스토리지 성능에서는 기존 DC S3700 400G 모델 32개 구성의 E5-2695 v2와 비교할 때 P3700 14개를 사용한 E5-2695 v4는 코어 당 2.4배 높은 IOPS 성능을 내며, SPDK를 적용하는 경우 같은 E5-2695 v4에서도 8.7배 성능 차이가 나타나 이전 세대의 기본 구성과는 20배 가까운 성능 차이가 벌어진다고 소개했다.

제온 E5-2628 v4의 iSCSI SAN 스토리지 성능은 제온 E5-2640 v2 대비 I/O 성능 두 배 가량 향상을 기대할 수 있으며, E5-2628 v3 대비로는 20% 가량의 향상을 볼 수 있다. 그리고 SPDK와 ISA-L을 사용하는 경우 AES-256 복호화 성능은 50% 가량 향상된다고 소개했다. 또한 SPDK를 활용하는 경우 약 200만 IOPS 성능의 E5-2600 v4 기반 iSCSI SAN은 50% 향상된 330만 IOPS를 38%의 프로세서 점유율로, 암호화 적용시에도 310만 IOPS를 75% 프로세서 점유율로 낼 수 있다.

실제 환경에서의 활용 사례로는 넷플릭스(NETFLIX)의 사례가 소개되었다. 넷플릭스는 인텔 제온 E5-2600 v4 기반의 스토리지와 ISA-L, CAT 등을 활용해 암호화된 스트리밍 환경에서 서비스 용량 16% 향상의 효과를 거두었다고 소개되었다. 또한 이전 세대 기반 인프라에서 암호화된 비디오 트래픽은 55Gbps 정도였지만, 새로운 인프라에서는 64Gbps까지 높아졌고, 이 때 노드별 서비스 사용자 수는 최대 5만명에 이를 정도라고 덧붙였다.