全球AI的頂級盛會GTC于3月17日到3月21日在美國硅谷盛大舉行。在GTC大會期間，華瑞指數(shù)云ExponTech CTO曹羽中受邀參加了專注于AI Storage的技術研討會并發(fā)表演講。在演講中，曹羽中介紹了ExponTech與合作伙伴ScaleFlux, AIC基于英偉達的BlueField3 DPU以及英偉達最新發(fā)布的Spectrum-X網(wǎng)絡打造的新型AI Storage方案，展示了該方案的實際測試數(shù)據(jù)，并與合作伙伴，AI Storage行業(yè)專家以及一些大型客戶進行了深入討論。與會的專家均表示該方案的實測性能數(shù)據(jù)以及綜合優(yōu)勢表現(xiàn)遠超預期，具備很高的商業(yè)價值，very impressive!
新型AI存儲方案采用的軟硬件方案：
硬件：
F2026 AI服務器，是一臺2U閃存JBOF，配備2個或4個NVIDIA BlueField-3數(shù)據(jù)處理單元（DPU）和24塊高性能ScaleFlux CSD5000 NVMe SSD（CSD5000是ScaleFlux公司最新推出的一款內置硬件壓縮與解壓縮能力的高性能NVMe SSD介質）；
NVIDIA Spectrum-X網(wǎng)絡交換機；
軟件：
華瑞指數(shù)云ExponTech下一代分布式存儲軟件平臺WADP (WiDE AI Data Platform)；
（本方案采用的2U存儲節(jié)點及ScaleFlux CSD5000 NVMe SSD）
基于此方案的AI訓練和推理環(huán)境的實測部署架構如下圖：
1臺2U AIC JBOF作為存儲服務器, 配備4塊NVIDIA BlueField3 DPU, 提供1600Gbps網(wǎng)絡帶寬，24塊ScaleFlux CSD5000 NVMe SSD，ExponTech WADP存儲軟件的后端運行于BlueField3 DPU內；
1臺標準2U服務器作為計算服務器，配備4塊NVIDIA BlueField3 DPU，提供800Gbps網(wǎng)絡帶寬，在DPU內部運行ExponTech WADP存儲軟件的存儲網(wǎng)關和協(xié)議；
計算服務器上可以配置GPU，用于訓練或推理，存儲軟件和網(wǎng)絡流量運行于DPU內，存儲IO不會消耗計算服務器的CPU和內存資源，計算服務器可以擁有更充沛的資源用于計算處理；
測試環(huán)境特別選擇了4臺NVIDIA Spectrum-X交換機組成兩層網(wǎng)絡，主要是為了模擬與驗證在大規(guī)模組網(wǎng)的情況下，RoCE網(wǎng)絡是否依然可以很好的處理擁塞，存儲軟件可以依然保持穩(wěn)定的存儲性能和低時延；
存儲服務器(JBOF)和計算服務器均可以按需獨立擴展，按需加入更多的存儲服務器(JBOF)或者計算服務器，構成大規(guī)模的，存算分離的，按需擴展的AI訓練和推理集群。
基礎存儲性能驗證：
基于上一節(jié)所述的實測部署環(huán)境，進行了存儲系統(tǒng)的基礎性能驗證，其驗證方法是從計算節(jié)點上運行FIO，測試存儲系統(tǒng)的基礎性能指標。
單個計算節(jié)點可以達到近90GB/s的存儲帶寬，接近計算節(jié)點網(wǎng)卡的物理帶寬上限；
單個計算節(jié)點可以達到310萬IOPS，當配置更多的計算節(jié)點時，可以同步獲得更多的IOPS?？紤]到整個存儲系統(tǒng)的后端以及協(xié)議端都是跑在DPU內，DPU內的CPU處理性能遠遠不如服務器配置的CPU，單個計算節(jié)點+單個存儲節(jié)點即達到310萬IOPS已經充分展現(xiàn)了本方案相當驚人的IO處理效率；
存儲系統(tǒng)的IOPS與存儲節(jié)點上部署的數(shù)據(jù)處理單元（DPU）數(shù)量呈線性比例擴展，系統(tǒng)的IOPS隨DPU部署數(shù)量線性擴展，表明其具備極佳的橫向擴展能力。本方案采用的存儲節(jié)點最多可以配置8張DPU（當前測試環(huán)境配置4張），還可以實現(xiàn)IOPS性能翻倍以及網(wǎng)絡帶寬翻倍；
存儲系統(tǒng)在使用小IO size時，并發(fā)大壓力時延低至266us, 在使用大IO size時，打滿計算節(jié)點的網(wǎng)絡物理帶寬，時延還能始終保持在1毫秒以下。
MLPerfStorage v1.0測試結果：
MLPerf™ 是影響力最廣的國際AI性能基準評測，MLPerf™ Storage是針對AI Storage的基準性能測試，可以較為全面的評估測試AI應用程序的存儲需求。MLPerf™ Storage基準測試通過運行一個分布式訓練測試程序，模擬GPU計算過程，在此過程中真實的執(zhí)行AI服務器對存儲系統(tǒng)的讀寫訪問，以此來測試存儲系統(tǒng)能夠支撐的最大GPU數(shù)量和帶寬表現(xiàn)。
MLPerf Storage v1.0于2024年8月推出，國內外一共有十三家從事高性能存儲研發(fā)的廠家參與了測試并提交正式測試結果，其中包括DDN(Lustre)，華為，WekaIO，Hammerspace等知名的分布式文件系統(tǒng)廠家。
本次我們選擇了ResNet50模型(主要用于圖像分類和圖像識別場景)，在上述1存儲節(jié)點(JBOF)+1計算節(jié)點的測試環(huán)境上進行了MLPerf Storage v1.0基準測試，測試的結果如下：
測試結果表明：
ExponTech的新型AI存儲方案具備全球領先的性能，單客戶端能夠支持的GPU卡的數(shù)量超過了所有參與了MLPerf Storage v1.0正式測試的廠商，位居全球第一；單客戶端能夠實現(xiàn)的存儲帶寬達到近30GB/s,位居全球第二；本次測試環(huán)境只有一個客戶端節(jié)點(計算節(jié)點)，CPU和內存配置較低，在運行MLPerf Storage v1.0的測試中已經達到了客戶端節(jié)點的計算能力的瓶頸，但是還遠遠沒有達到存儲節(jié)點的存儲能力的瓶頸。如果換用處理能力更強的計算節(jié)點來做測試，可以測試出更高的性能數(shù)據(jù)，即支持更多的GPU卡，實現(xiàn)更高的存儲帶寬。
總結
基于本次在真實的環(huán)境上的全面測試，總結一下ExponTech與合作伙伴ScaleFlux, AIC基于英偉達的BlueField3 DPU以及英偉達最新發(fā)布的Spectrum-X網(wǎng)絡打造的新型AI Storage方案的關鍵特點和優(yōu)勢：
世界頂級性能，SPC-1 評測超越所有高端全閃存儲陣列，打破世界紀錄，MLPerf Storage v1.0測試數(shù)據(jù)大幅度超越WekaIO, DDN等著名并行文件系統(tǒng)；
世界頂級容量密度，當前每2U Storage Node可實現(xiàn)超過1.6PB存儲裸容量，明年可擴展至每2U超過6.6PB，最大化數(shù)據(jù)中心空間的AI數(shù)據(jù)價值；
配置的ScaleFlux CSD5000 NVMe SSD具有盤內透明壓縮解壓縮能力，能夠在不消耗額外系統(tǒng)資源，不影響性能的情況下實現(xiàn)存儲裸容量的數(shù)倍放大，存儲容量效率獲得驚人的提升；
同一平臺上同時支持高性能分布式塊存儲和文件存儲等多種協(xié)議，除了支持AI的訓練和推理場景，還可以覆蓋數(shù)據(jù)匯集，數(shù)據(jù)準備，RAG等AI Pipeline全場景，無須為AI Pipeline配置不同的存儲方案以及反復進行數(shù)據(jù)拷貝移動，可以實現(xiàn)AI算力和存力的完全存算分離和獨立擴展，具備更好的可管理性和效率；
強大的并行擴展性，存儲節(jié)點及計算節(jié)點均可以獨立的水平擴展，同時實現(xiàn)存儲性能和容量的等比例擴展；
可靠性高，可維護性高，存儲節(jié)點采用相比標準服務器更為精簡的JBOF，硬件故障率更低，同時JBOF內部采用冗余的硬件設計來保障可靠性，提升可維護性；
支持基于RoCE的超大規(guī)模組網(wǎng)，采用RoCE動態(tài)路由和細粒度的負載均衡實現(xiàn)更好的擁塞控制，基于標準以太網(wǎng)在大規(guī)模RDMA組網(wǎng)中實現(xiàn)高效帶寬, 低抖動和超低時延；
優(yōu)化的總體擁有成本(TCO)，高密度的存儲節(jié)點+透明盤內壓縮+新型軟件定義存儲軟件的組合簡化了硬件成本，大幅度提升了存儲空間利用效率和讀寫性能，簡化了管理，AI客戶將因此大幅度優(yōu)化其AI Storage的總體擁有成本(TCO)；
基于此方案的KV Cache大規(guī)模持久化方案也即將推出，實現(xiàn)AI推理集群內的K,V向量的全局共享，能夠以低成本高性能的大規(guī)模存儲能力替代AI推理過程中K,V向量的大量重復運算，實現(xiàn)AI推理算力成本的大幅降低。
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