英特尔傲腾如何实现内存-存储池的大一统

来源:业界供稿    2020-09-18 16:59:16

关键字: 傲腾 英特尔

尽管英特尔傲腾技术在速度上无法完全与DRAM匹敌,但其持久性的独特优势——在无需供电的情况下依然可以保持数据的存续状态,对于企业级系统来说十分难能可贵。

撰文:Roger Kay

尽管英特尔傲腾技术在速度上无法完全与DRAM匹敌,但其持久性的独特优势——在无需供电的情况下依然可以保持数据的存续状态,对于企业级系统来说十分难能可贵。

几年前,一种新型内存开始进入市场。自2012年以来,英特尔便一直在开发这项技术——也就是如今我们所熟知的英特尔傲腾技术。傲腾技术在多个方面实现了技术进步,并最终成为了一种“非易失性内存”,并实现了几乎与易失性工作内存(动态随机存取存储器DRAM)一样快的速度,且同时能在断电时保留数据。相比之下,DRAM只能在通电状态下保持“正常运转”。

尽管傲腾在速度上无法完全与DRAM匹敌,但它具有“持久性”的优势。也就是说,傲腾在无需通电的情况下即可保持数据的存续状态。持久性一般与磁性相关,硬盘驱动器和磁带利用磁场,将位置设置为1或0。目前市场上的大多数固态盘都使用“通过改变电压状态来改变位数值”的技术。而傲腾技术可以通过改变电阻来实现一次位翻转,且这个过程更加高效。与DRAM架构一样,这种位寻址能力允许随机访问,这使得傲腾在速度上比当前的固态盘更有优势,因为固态盘需要在数据块内读取和写入。

傲腾的价格介于速度较快、易失性的·DRAM和速度较慢、在固态盘中使用的具有持久性的NAND模块之间。从某种意义上讲,傲腾是一种混合方案——与其说是技术上的混合,不如说是功能上的混合。

处于DRAM和NAND之间的系统

从市场的角度来看,这种技术特性和经济效益的结合使得傲腾能够插入DRAM和NAND之间的内存/存储池中。它很好地满足了用户对性价比的需求,有助于在距离越来越远的数据池之间流畅地传输数据。同时,傲腾为昂贵的DRAM提供了一种低成本替代方案,让用户能够以同样的价格获得更大的内存,以及性能表现更快的固态盘,从而在速度较慢的NAND存储前充当快速存储缓存。因此,傲腾填补了高速、昂贵的DRAM与便宜、较慢的NAND之间的存储空白。

如果说速度最快、价格最昂贵的内存紧挨着中央处理器(CPU),那么速度最慢、最便宜的内存就离中央处理器非常远了。

存储架构的最外层的是老式、可靠却廉价,为几乎不需要立即访问的大规模存储而设计的磁带层。接下一层是传统磁性硬盘驱动器——它们虽然速度慢,但容量大且便宜,适合长期存储。如果不赶时间的话,从这里读取数据相对容易。再往里一层是基于NAND的传统固态硬盘,它更快、更昂贵,可以开始参与近乎实时的分析。如今,固态硬盘已经摆脱了之前存储接口标准SATA的通信约束,后者虽然在当时速度很快,但现在已成为瓶颈。当今的固态硬盘充分利用非易失性内存主机控制器接口规范(NVMe)标准,该标准比系统中除处理器-内存链路以外的任何连接都快。

然后就是傲腾层了,它实际上有两层,具体取决于设备。

基于傲腾技术、使用快速NVMe通道的固态盘在功能上超过基于NAND的固态盘。凭借如此高的性能水平,傲腾固态盘可通过快速缓存或高速存储层大大加快数据访问。在联机事务处理(OLTP)系统中,由于使用者需要的数据集大于内存容量,因此这一特性尤其重要。

同样值得一提的还有傲腾驱动器的耐用性。傲腾的使用寿命是高端企业级NAND固态硬盘的20倍,因此可以执行更多的读写操作,凭借这一优势,傲腾成为了快速缓存的理想之选, 因为它需要不断的进行大量的操作。这种耐用性的另一个好处就是能够减少缓存层的大小,因为傲腾不需要NAND存储所需的超高规格配置。

再往里一层,借助内存与处理器共享的专用高速连接,即内存总线,基于傲腾技术的内存模块可参与和处理器更紧密关联的操作。凭借这种额外性能,傲腾内存可以扩展DRAM的容量,支持一些更具挑战性的数据分析问题,例如在SAP HANA或甲骨文等大型内存数据库中进行的实时分析与人工智能等工作负载。

傲腾内存的另一个优势是其持久性。有人可能会问:如果只有在紧急情况下才能凸显价值,那么追求持久性到底意义何在?换句话说,如果可以保持不断电,是不是就没有必要追求持久性了?毕竟,DRAM不具备持久性,许多实时分析程序在主内存中可以运行得很好。这种情况下,我们的答案是:持久性内存还有另一个性能优势,那就是即使为了防止断电情况的发生,系统也不必花时间卸载和保存必须复制的重要数据。因为非易失性内存可以跳过这一步——即使断电,数据也会得以保留。尽管在市场上仍算初出茅庐,傲腾持久内存产品已经为自己赢得了一项创新大奖,并创造了一项全新的性能记录。

选择傲腾,就是选择低延迟

说起傲腾,就不能不提“延迟”这一话题。傲腾一个极为亮眼的优点就是低延迟。如果说速度衡量的是数据通过通道的速度,那么延迟就指的是在发出接收数据请求后需要等待的时长,实质上也就是数据请求的启动时间。凭借其位寻址能力,傲腾可以在几乎零延迟的条件下发送任何大小的数据请求。而在发出大量小型数据请求时,这一优势就尤其重要。

众所周知,在基于NAND的固态硬盘中只能做到按块寻址数据,因此这种类型的模式很快就会使系统的响应能力不堪重负。相比之下,傲腾固态盘即使在繁重的写入负载下,仍可提供一致的超低读取延迟,而这种可预测性将有助于提高服务质量与水平。

再往里一层就是DRAM层。如前所述,DRAM虽然速度很快,但价格昂贵且数据易失。从某种程度来说,它的速度受到内存总线的限制,尽管非常快,但这不是最终呈现的速度。因为还有数层直接位于处理器裸片上。这些层是缓存级别,最多有三个,用于存储处理器计算的临时结果。相对而言,缓存的容量较小,速度更快,价格更高,而且它们在处理其设计中的尺寸是固定不变的,这在制造过程中就已敲定。

英特尔傲腾如何实现内存-存储池的大一统

换一种方式来看,由不同层级组成的内存/存储架构与“金字塔”类似,这样能清晰、形象地展现每一层大小的概念。底部是最大、最慢、每字节成本最小的存储。在每一个层级上,数量在依次减少,但成本和性能却依次上升。

从现有的存储元素来看,数据可在金字塔中上下迁移,但具体则取决于其需要即时计算的程度。英特尔开发的工具可帮助软件工程师以最佳方式来管理数据位置。

傲腾可以极大提高大型磁存储阵列的性能,SAP HANA就是其中一个典型案例。英特尔高管表示,客户非常看重傲腾的可预测性能,该性能可以为每次交易提供高质量服务。

在由软件来配置虚拟化、计算、网络和存储子系统的超融合系统中,傲腾在更快的内存与更慢的磁存储之间提供一个重要连接,从而能够在突破系统瓶颈的同时增加虚拟机密度。

如前所述,最能充分利用这种平滑的内存和存储层级结构的应用,便是由结构化和非结构化的混合元素所组成的大型数据库的内存分析。如今,这种应用主要集中在大型云服务提供商和大规模企业当中,这些机构拥有足够大的规模来获得最大收益。同时,一些规模较大的企业客户也可以从中受益。但某些时候,服务提供商也能够为规模较小的客户提供服务。

众多大型硬件OEM厂商都在其融合产品中采用傲腾技术。例如,戴尔最高端的VxRail超融合基础设施产品就同时应用了傲腾持久内存和傲腾固态盘。

尽管傲腾在市场应用中仍处于早期,但傲腾增强型系统的大规模推广前景不容小觑。无论企业规模大小,越来越多的企业都需要从海量实时数据中获取洞察,对于那些本身无法创建和管理这种超融合系统的企业则需要服务提供商的加持。

Roger Kay供职于PUND-IT研究公司,长期担任独立IT分析师。

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