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Energy Saving: SSDs im Server (2)

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denevaIn unserem ersten Artikel zum Energiesparen im Serverbereich haben wir die OCZ Deneva vorgestellt - jetzt geht es ans Eingemachte. Wir holen unseren alten Server aus dem Rechenzentrum und vergleichen ihn mit dem neuen Modell: Wie schneidet der neue Server im Bereich des Stromverbrauchs und der Performance ab? Anhand dieses Artikels und einem Video wollen wir die Veränderungen protokollieren.

Die Vorgeschichte: Unser "alter" Server soll auf den neuesten Stand gebracht werden. Alt ist hier zwar übertrieben, denn das Modell hat gerade einmal 14 Monate auf dem Buckel, aber in der Zwischenzeit hat sich viel getan - und wir sind aufgrund der steigenden IO-Last bei dem Server in die Versuchung geraten, sich mit dem Thema "SSDs im Server" zu beschäftigen. Ein Nebeneffekt: Das Upgrade kann auch dazu verwendet werden, die Energieeffizienz zu verbessern - denn Strom kostet Geld. Gerade in Rechenzentren, wo die verbrauchte Energie bezahlt werden muss, kann ein preiswerter, weil alter Server, mehr Geld verbraten als man denkt - durch die laufenden Kosten.

Der Plan: Der alte Server wird gegen ein neues Modell ersetzt, wobei wir nicht nur aktuellere Hardware verwenden, sondern auch von SAS-Festplatten auf SSDs umschwenken. Hierfür haben wir uns die vorgestellten Deneva-SSDs ins Labor geholt - vier 200-GB-Modelle mit SATA-Anschluss sollen an einem Intel-RAID-Controller im RAID-10-Modus betrieben werden und uns so einen guten Ausgleich zwischen Redundanz und Performance bieten. Die SSD mit dem SandForce-1500-Controller haben wir im letzten Artikel bereits vorgestellt, weiterführen werden wir den Artikel mit dem Einbau in unseren neuen Server.

 

Bei einem Bick auf unsere beiden zu vergleichenden Server wird klar, dass sich diese nur geringfügig unterscheiden:

Zu unserem Update zwei interessante Erklärungen:

  • Aufgrund der Erfahrungen im letzten Jahr konnten wir sehen, dass ein niedriger CPU-Takt für uns vollkommen ausreicht. Aus diesem Grund konnten wir die relativ heißen W5580-Prozessoren gegen niedriger getaktete Modelle ersetzen. Die E5620 reichen für die von uns abgeforderte Performance trotz nur noch 2,4 GHz vollkommen aus, da das Bottleneck der I/O-Bereich war.
  • Mit der Verdopplung des RAMs und des neuen I/O-Subsystems hat das System massig Leistungskapazitäten. Der Intel-Controller ist in der Lage, auch SATA-6G- und SAS-2-Festplatten und SSDs anzusprechen, weiterhin hat er 512 MB DDR3-Cache. Wir haben eine Battery-Backup-Unit hinzugekauft, um auch bei einem Stromausfall das Schreiben des 512-MB-Caches auf die SSDs zu gewährleisten und den RAID-Controller mit voller Performance fahren zu können.

In einem Video zeigen wir den Ausbau des Servers und einen kleinen Vergleich der beiden Modelle mit den SAS-Platten und den SSDs:

Die Stromverbrauchs- und Leistungswerte haben wir zur Übersicht auch hier noch einmal in Grafiken festgehalten:

Der Stromverbrauch:

server-bench1

Bei diesen Veränderungen dürfen wir uns demnächst über eine deutlich angenehmere Stromrechnung freuen. Die wichtigsten Aussagen haben wir zusammengefasst:

  • die vier SAS-Festplatten verbrauchen im alten Server knapp 70 Watt im Idle-Betrieb
  • die vier SSDs verbrauchen im neuen Server nur knapp 4 Watt im Idle-Betrieb
  • betrachtet man die Server ohne Festplatten, so benötigt der neue Server knapp 27 Watt mehr durch zusätzliche Hardware (+ 24 GB, + Quad-NIC-Karte)
  • zieht man die Festplatten und SSDs mit in die Berechnung ein, so ist der neue Server ca. 39 Watt sparsamer im Idle-Betrieb.
  • unter Last ist der neue Server deutlich sparsamer durch die neuen und niedriger getakteten CPUs

Erstaunlich ist, dass die SSDs hier nur knapp 4 Watt verbrauchen und auch unter I/O-Last nur minimal mehr benötigen (ca. 15 Watt, wobei hier auch die CPU-Last vom Benchmark noch mit zu berücksichtigen ist). Die Seagate-Cheetah-SAS-Platten verhalten sich anders: Durch den dauernd rotierenden Motor verbrauchen sie schon im Idle-Bereich knapp 70 Watt, unter Last sind es nur ein paar Watt mehr. Die reine Einsparung über den Tausch der SAS-Festplatten in SSDs liegt also bei knapp 50 Watt.

Stellt man aus diesen Resultaten eine Berechnung für die Energiekosten auf, so liegt bei einem kWh-Preis von 0,22 Euro die Einsparung pro Tag bei 0,264 Euro. Auf ein Jahr hochgerechnet wären es 96,36 Euro. Die SSDs amortisieren sich also nicht wirklich, wenn man vier Stück erwirbt, die Einsparungen sind aber trotzdem immens. Anders sieht es aus, wenn man den Gesamtverbrauch betrachtet: Würden unsere Server immer unter Volllast laufen, würden wir am Jahresende 418 Euro weniger Energiekosten zahlen.

 

Die Leistungsmessungen:

server-bench4

server-bench2

server-bench3

Für den Leistungsvergleich haben wir die vier Laufwerke in einem RAID0 gekoppelt, aber sämtliche Cache-Features und Optimierungen des RAID-Controllers ausgestellt. Die tatsächlich erreichbare Performance liegt also weitaus höher, aber diese besonderen Einflüsse wollten wir hier vermeiden.

Im Atto Disk Benchmark sieht man die Unterschiede der Technik kaum - man könnte vermuten, dass die SSDs nur einen etwas besseren Schreibwert aufweisen. Die immensen Unterschiede der zwei Techniken erkennt man erst bei Benchmarks wie Crystal Disk Mark. Die sequentiellen Resultate geben hierbei das Ergebnis von Atto wieder, bei kleineren Dateien wird der Unterschied aber deutlich. Beim Schreiben von 512 kb großen Dateien bricht das Array mit den SAS-Festplatten schon auf 128 MB/s ein, während die SSDs hier fast ohne Leistungseinbruch mit 552 MB/s schreiben. Beim Lesen ist der Unterschied mit 116,4 zu 515 MB/s ähnlich hoch.

Noch größer wird der Unterschied aber bei 4k-Dateien und dem gleichzeitigen Beschreiben der Datenträger von 4k-Dateien mit mehreren Threads. Zwischen Faktor 6 und Faktor 16 schneidet hier das SSD-Array besser ab. In der Tat würde eine einzelne SSD ausreichen, um die Leistung der vier SAS-Festplatten zu übertrumpfen.

 

Fazit und Ausblick:

Benötigt man massive I/O-Performance wie in unserem Fall, helfen SSDs, den Flaschenhals zu beseitigen. Die hohe Performance wäre in unserem Fall nur mit vielen relativ teuren SAS-Festplatten zu erreichen gewesen. Eine einzelne SSD ist zwar teurer als eine SAS-Festplatte, liefert aber auch eine deutlich höhere Performance. Im Vierergespann im RAID 10 werden die OCZ Deneva in unserem Hauptserver eine brillante Performance aufweisen können - genau so haben wir uns das gedacht.

Letztendlich sind auch die Energieeinsparungen ein willkommener Bonus. In unserem Fall konnten wir durch den Wechsel auf SSD-Technik den Stromverbrauch des Servers um 50 Watt senken, bei gleichzeitig deutlicher Steigerung der Performance. Das wiegt zwar nicht die Investitionskosten auf, führt aber dazu, dass sich der Hoster freut: Die Einsparungen führen zu geringeren Klimakosten oder zu der Möglichkeit, mehrere Server in einem Rack enger zu packen. 

In einem dritten Bericht werden wir etwas auf die Nutzung der SSDs im Livebetrieb eingehen. Der entsprechende Server wird voraussichtlich Ende Mai/Anfang Juni ins Rechenzentrum gebracht, sodass wir Ende Juni mit dem dritten Bericht eine abschließende Einschätzung geben können, wie sich die SSDs im Einsatz behauptet haben.

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