Composable Infrastructure von Fungible Digitale Ressourcen nach dem Baukastenprinzip

Autor / Redakteur: lic.rer.publ. Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Das Startup Fungible möchte mit Composable Infrastructure große Dienstleistungs-Datacenter revolutionieren. Kern der Lösung ist ein System on a Chip (SoC), das speziell für die Hochleistungs-Datenverarbeitung entwickelt wurde.

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Fungible gehört zu den Unternehmen, die ihre Lösung auf Composable-Prinzipien aufbauen.
Fungible gehört zu den Unternehmen, die ihre Lösung auf Composable-Prinzipien aufbauen.
(Bild: Fungible)

Der erste Hersteller, der die Bezeichnung „Composable“ auf eines seiner Infrastrukturprodukte anwandte, war Hewlett-Packerd Enterprise (HPE) für die aufgekauften Systeme von Simplivity. Inzwischen entwickelt sich die Technik weiter.

Einer der Hersteller, die mit einem neuen Konzept an den Markt gehen, ist die 2015 gegründete Fungible. Wichtige Manager kommen aus namhaften IT-Firmen:

  • Pradeep Sindhu, Mitgründer und Vorstandvorsitzender, gründete 1996 Juniper Networks, das damals erfolgreich Software-Router auf den Markt brachte.
  • Bertrand Serlet, ebenfalls im Gründungsteam, war unter anderem Senior Vice President Software Engineering bei Apple.
  • CEO Eric Hayes hat Erfahrung unter anderem bei Marvell und Broadcom gesammelt.

Nahtlos skalierende Ressorcenpools

Die Idee hinter Fungible: Jede Ressource wird für sich in einen Pool gepackt, ein Composer stellt je nach Aufgabe die nötigen Komponenten zusammen. Schnelle Netzverbindungen sorgen dafür, dass ein solches virtuelles System wirkt, als wäre es physisch in einem Gehäuse.

Die Ressourcen skalieren nahtlos und lassen sich genauso nahtlos freigeben, wenn sie nicht mehr benötigt werden. Diese Architektur kommt Datacenter-Betreibern, die große Mengen flexibel zuweisbarer Ressourcen brauchen, entgegen. Die Betreiber großer Rechenzentren sind denn auch die bevorzugte Zielgruppe von Fungible.

Fungible setzt zur Realisierung seiner Architekturvorstellung darauf, die nötigen Chips und die Boxen selbst zu designen. So sind unter anderem zwei SoCs entstanden, die speziell auf die Verarbeitung großer Datenmassen zugeschnitten sind. Fungible bezeichnet seine Chips als DPU (Data Processing Unit).

In den für die Architektur so zentralen DPUs werden zahlreiche Cores mit genauso zahlreichen Beschleunigern kombiniert, was sich beispielsweise auf 192 Hardware-Threads addiert.

Drei Jahre Anlauf

Nach drei Jahren Anlauf stellte Fungible im Jahr 2018 das erste Hardwareprodukt, die „Fungible F1“ DPU, für Rechnen und Datenaustausch im Rechenzentrum in größten Volumina, fertig. Ein Jahr später folgte die „S1“ DPU, ein Siliziumchip für die Host-Seite. Er entlastet Prozessoren von Aufgaben wie Storage, Netzwerkverarbeitung oder Sicherheit.

Mit einer breitbandigen Alle-zu-Alle-Vernetzung über TrueFabric will Fungible von vorn herein Bandbreiten-Engpässe verhindern.
Mit einer breitbandigen Alle-zu-Alle-Vernetzung über TrueFabric will Fungible von vorn herein Bandbreiten-Engpässe verhindern.
(Bild: Fungible)

Kunden können zwischen der Kommunikation via NVMe over TCP oder „Truefabric“ wählen. Dieses in die DPUs eingebettete neue Netzwerkprotokoll soll Leistung, Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit von Scale-out-Rechenzentren verbessern. Sie können damit von wenigen auf Tausende von Racks in einem Gebäude wachsen und miteinander kommunizieren.

Truefabric bietet Kompression von Ende zu Ende und niedrige Latenz bei großer NW-Sättigung. Dafür sorgen unter anderem spezielle Algorithmen, die Netzverstopfungen vorbeugen. Weiter skaliert die Technologie und bietet Alle-zu-Alle-Verbindungen, also eine Fabric, mit voller Bandbreite. Außerdem ist Fehlertoleranz in Truefabric implementiert, die nahezu alle Fehlerarten, auch physische Ausfälle, 'abpuffert'.

Trotz hoher Auslastung kaum Latenz

Laut Hersteller bleibt die Latenz zwischen den Knoten auch dann maximal beim 1,5fachen der durchschnittlichen Latenz, wenn die Netzauslastung 90 Prozent oder darüber beträgt. Protokollarische Unterlage ist ein neues Fabric Control Protocol, das auf UDP und IP over Ethernet aufsetzt. Es ist aber laut Fungible schnell genug, um als Unterlage für den RDMA-Speicherzugriff (Remote Direct Memory Access) zu dienen.

Der Fungible Storage Cluster ist zwei Höheneinheiten hoch und arbeitete mit zwei DPU oder Datenverarbeitungseinheiten.
Der Fungible Storage Cluster ist zwei Höheneinheiten hoch und arbeitete mit zwei DPU oder Datenverarbeitungseinheiten.
(Bild: Fungible)

2020 folgte das erste vollständige Hardwareprodukt, der „Fungible Storage Cluster“. Er besteht aus „FSC1600“ Storage Nodes und Composer-Software. Jeder Knoten braucht zwei Höheneinheiten und fasst 24 U.2-NVMe-SSDs.

Der Knoten unterstützt 800 Gbit/s Ethernet-Bandbreite. Jeder der Knoten besitzt zwei F1-DPUs. Die DPU-Chips übernehmen das Abarbeiten von Storage-, Netzwerk- und Sicherheits-Stack.

Jeder Knoten leistet 15 Millionen IOPS oder 60 Gigabytes pro Sekunde. Services wie Datenreduktion, dauerhafte Datenspeicherung und Datensicherung werden mit Leitungsgeschwindigkeit unterstützt.

Mehr Speed durch NVMe-Targets

Jüngste Ergänzung des Produktportfolios sind drei unterschiedlich schnelle NVMe/TCP-Storage-Initiator-Karten. Die schnellste von ihnen, „FC200“, bringt zwei 100-Gbit/s-Verbindungen mit, hat also eine Übertragungsleistung von 200 Gbit/s. Damit schafft sie 2,5 Millionen Ein-/Ausgabeoperationen pro Sekunde.

Eine von drei Beschleunigerkarten, die Fungible anbietet, ist die FC200 mit zwei GBit/s-Ethernet-Anbindungen.
Eine von drei Beschleunigerkarten, die Fungible anbietet, ist die FC200 mit zwei GBit/s-Ethernet-Anbindungen.
(Bild: Fungible)

Die Beschleunigerkarten werden in die Fungible Storage Cluster integriert und arbeiten mit Standard-NVMe-Treibern. In einem Rack lassen sich so Durchsätze von bis zu 300 Millionen IOPS realisieren.

Composer-Technologie von Cloudistics

Daten- und Kontrollebene sind sauber getrennt: Die Datenebene befindet sich im „FSC1600“, die Kontrollebene im Fungible Composer. Er basiert auf Technologie, die Fungible vergangenes Jahr mit der Firma Cloudistics übernommen hat.

Im Composer, der auf einem Standardrechner installiert wird, laufen der Storage-, der Netzwerk-, der Telemetrie- und der Knotenmanagement-Service. Dazu kommt ein API-Gateway, das die Services von außen zugänglich macht. Sämtliche Services gelten pro Volume.

Hält Hardware bald zehn Jahre?

Der Storage-Service liefert alle Storage-Dienste einschließlich QoS. Dazu gehören Replikation und Network Erasure Coding mit Leitungsgeschwindigkeit. Volumes werden nahtlos verschlüsselt, wobei für jedes Volume separate Schlüssel bestehen.

Fungibles Ziel ist es, komplette Rechenzentren mit seiner Composer-Technologie zu flexibilisieren. Anwender sollen damit Bare-Metal-Server bei Bedarf sofort erstellen können und gleichzeitig die Auslastung sowie Effizienz der Infrastruktur anheben. Das soll unter anderem die Lebensdauer von Hardware-Investitionen auf bis zu zehn Jahren anheben – nicht nur aus finanziellen, sondern auch aus Umweltgründen ein großer Gewinn.

Ziel: Ein Rechenzentrum aus Fungible-Hardware

Basis sind Hardware-Einheiten, die mit Fungible-DPUs ausgerüstet sind. Die Composer-Technologie steuert wie jetzt schon eine Fungible-Storage-Umgebung. Der Datacenter Composer managt alle Datacenter-Ressourcen, die als logische Ressourcen-Pools erscheinen. Der Composer unterstützt, wie Hyperscaler es brauchen, Multi-Tenant-Umgebungen und isoliert die Kundenumgebungen voneinander.

Ziel von Fungible ist es, ganze Rechenzentrumsinfrastrukturen durch Composer ad hoc bereitzustellen.
Ziel von Fungible ist es, ganze Rechenzentrumsinfrastrukturen durch Composer ad hoc bereitzustellen.
(Bild: Fungible)

Dabei schweben Fungible zwei Wege vor, Storage und Compute näher zusammen zu bringen: einmal Computational Storage, bei der rechnende Einheiten in die Storage-Systeme integriert werden und andererseits spezifische Datenbankprozesse (Database Primitives), die die Datenverarbeitung erleichtern.

Fazit

Auf den ersten Blick sieht diese Lösung spannend aus. Doch sie bringt wie jede neue Prozessorhardware viele Fragen mit sich. Vor allem die, wie schnell und ob überhaupt sie sich gegen die etablierten Intel/AMD-Hardwarewelten durchsetzen kann. Immerhin hat Fungible schon einige Awards erhalten, und auch Pilotkunden gibt es bereits.

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