重新构想数据中心的内存和存储

英特尔创新的新技术正在改变内存和存储的架构。

数据中心的高风险

海量的数据为重新构想和重新设计系统架构的企业提供了重要的洞察和创新。但是,未重新架构的公司可能会发现自己为了避免被淹没在海量数据中而搞得手忙脚乱。

但问题不仅仅在于存储原始数据。为了保持竞争力,企业需要快速且经济实惠地访问和处理所有这些数据,以便用于商业洞察、研究、人工智能 (AI) 和其他用途。要实现这种级别的处理,内存和存储都是必需的,而且公司难以实现高成本与有限容量和性能约束的平衡。

这项挑战甚至更加艰巨,因为不同的工作负载需要不同类型的内存和存储。此外,可能要同时使用多种技术来实现成本与性能的最佳权衡。

英特尔正在利用全新的内存和存储技术来应对这些挑战,使得企业能够重新构想自己的数据中心架构。

内存/存储架构中的缺口

过去,内存和存储解决方案一直受到密度、性能和成本的限制。从零售到政府到医疗再到金融,所有类型的组织都感受到了这种限制。例如,随着数据负载的增加,云服务提供商 (CSP) 可能会难以满足服务水平协议 (SLA)。金融服务公司可能会在快速处理大量交易时遇到容量和性能的限制。企业业务无法满足来自客户、库存、社交媒体和物联网 (IoT) 数据的内存中分析需求,主要是由于动态 RAM (DRAM) 的高成本和有限容量。

为了高效、有效地管理数据,企业需要确定哪些基础架构组件最能满足自身的需求并符合预算。这不是一项简单的任务,因为架构中的每种技术都有其优缺点:

  • DRAM 在性能方面表现出色,但它昂贵、易失且可扩展性有限。
  • 闪存存储 (NAND) 是非易失性的且比 DRAM 便宜,但它缺乏 DRAM 的性能。
  • 旋转硬盘驱动器 (HDD) 以最低的价格提供大量存储,但是物理磁盘在可靠性、物理空间要求、冷却和电源方面,会带来众所周知的总拥有成本 (TCO) 问题。

总的来说,这些传统的存储选项在数据中心的内存和存储连续体中留下了很大的空白,从而限制了应用程序的性能。不断增长的数据量以及快速访问更多数据的需求进一步放大了这个问题。 

特别是,对于试图进行数据中心转型的组织而言,有两个内存和存储缺口非常突出:

  • 介于昂贵、低容量的 DRAM 和较便宜的基于 NAND 的固态盘 (SSD) 之间。
  • 介于较慢的 NAND 固态盘和成本较低但较不可靠的 HDD 之间。

到目前为止,组织还没有可平衡成本、容量和性能以弥补这些缺口的可行选项(见图 1)。

图 1.传统的内存和存储连续体在容量、成本和性能方面留下很大缺口

利用英特尔® 技术弥补缺口

英特尔利用可提供高性能、容量和可靠性的解决方案,消除了数据中心的内存和存储缺口。这些解决方案可提供低延迟和比传统选项更大的运行价值。特别是三个产品家族旨在利用新数据层的灵活性来弥补数据中心的成本和性能缺口:

  • 英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存 代表着一种全新的内存和存储技术,可提供高容量、经济实惠性和持久性。它让组织可在更接近处理器的位置维护更多的数据,因此可以对工作负载和服务进行优化,从而降低延迟并提高性能。
  • 英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘 将内存和存储的属性与高吞吐量、低延迟、高服务质量 (QoS) 和高耐久性完美结合。
  • 英特尔® QLC 3D NAND 固态盘(例如英特尔® SSD D5-P4320)可提供市场上最高的外围组件互连高速* (PCIe*) 数据量密度,并且其价格使其成为存储较少访问的数据的机械硬盘的理想替代品。

这些创新的产品允许您重新构想数据中心的配置,以处理现代工作负载并保持业务竞争力。下面将详细介绍每款产品,并将举例说明它们提供的性能、容量和成本优势。

英特尔® 傲腾™ 技术在数据架构中创建了一个新层

企业必须以以前无法想象的方式重新思考解决方案,从而适应新技术并不断发展以满足客户需求。英特尔® 傲腾™ 技术是一种基于英特尔® 3D XPoint™ 技术的全新非易失性存储选项,该技术利用内存和存储架构中的新层实现了现有数据中心架构的现代化,从而填补了高性能易失性内存和性能较低但价格合理的 NAND 存储之间的缺口。英特尔® 傲腾™ 技术的独特之处在于它结合了低延迟、高服务质量 (QoS)、高耐用性和高吞吐量。

图 2.英特尔® 傲腾™ 技术将 DRAM 的性能优势与 NAND 固态盘的容量优势完美结合

英特尔® 傲腾™ 技术是处理“工作数据”的理想选择,即需要靠近 CPU 以实现快速访问的数据。工作数据是关于为了实时分析、金融交易、航班预订和其他使用情形而更快地访问更多数据,在平均响应时间不够好的情况下,这些使用情形需要可预见的快速读取响应时间。在工作数据中,即使从前几个请求开始,可预测和一致的性能也很重要。

英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存和英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘利用英特尔® 傲腾™ 技术构建。但是,如下所述,它们各有不同的外形,且在数据中心内可单独使用也可一起使用,从而为企业提供创新的新内存和存储选项。

英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存可让您扩展或替代成本高昂的 DRAM

英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存是一款行业颠覆性产品,填补了 DRAM 和英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘之间的缺口。对于依靠数据内存中处理的公司而言,英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存打开了访问更多“热”数据的大门,以便用于人工智能、数据分析、高性能计算 (HPC) 和其他用途。

与传统 DRAM 不同,英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存将高密度、经济实惠性和持久性完美结合。通过扩展经济实惠的系统内存容量(每个 CPU 插槽超过 3 TB),企业可以更好地优化数据中心工作负载,方法是将更多的数据移到离处理器更近的地方,并将从传统非易失性系统存储访问数据的较高延迟降至最低。

英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存将在 2019 年大范围推出,届时将发布新一代英特尔® 至强® 可扩展平台。

图 3.英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存模块

英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 可处理数据中心内的工作数据

英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 驱动器外观像标准固态盘,但由于是利用英特尔® 傲腾™ 技术构建,因此不是基于 NAND。英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 的独特架构可提供突破性的性能,比基于 NAND 的固态盘更快、更一致。基于 NAND 的驱动器通常具有快速读取时间但写入时间较慢,在高频操作压力下,写入时间甚至会更慢。相比之下,英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘的架构设计为可在字节或页面级别执行写入操作,从而获得更快、更可预测的性能,兼具更均衡的读写性能,并且不需要垃圾收集。

英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 可保持一致的读取响应时间,不受应用于驱动器的写入吞吐量影响。图 4 中的图形显示了英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘的延迟相比当代英特尔® 3D NAND 固态盘低多少,特别是在随机写入操作不断增加的压力下。与基于 NAND 的固态盘不同,英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘的延迟对于所有写入请求始终保持低水平。1

图 4.英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 相比英特尔® 3D NAND 固体盘始终保持低延迟1

由于结合了一致的低延迟和高耐久性,英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘作为缓存设备运行的效率比基于 NAND 的解决方案高得多。

Evaluator Group 的一项研究证明了在缓存层将 NAND 全闪存写入缓存和存储解决方案替换为英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘的影响。测试发现,利用英特尔® 至强® 可扩展处理器和英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 驱动器构建的系统,相比上一代系统和存储介质提供了高达 3 倍的性价比,其中按 IOmark-VM* 基准测量。2

英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 还提供比基于 NAND 的驱动器高得多的耐久性。例如,比较两个当前发货的驱动器时,可以发现英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 多达 60 次驱动器写入/天 (DWPD),而基于 NAND 的英特尔® 固态盘 DC P4600 只有 3 次 DWPD。3这使得英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘在高流量缓存环境中更加耐用。

英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存也可与英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘结合使用,从而创建全新、灵活、如同内存的层,如图 5 所示。可以快速访问和操作在传统上放入较慢的 NAND 存储的重要数据。

图 5.英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存可与英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘结合使用,从而创建全新层来处理热工作数据和温容量数据进行内存中分析(红色 =“热”数据,黄色 =“温”数据,蓝色 =“冷”数据)

优化软件以充分利用英特尔® 傲腾™ 技术的性能

只需将英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘添加到现有数据中心的基础架构,即可轻松实现大幅的性能提升,但软件优化可为利用英特尔® 傲腾™ 技术的应用程序生成更出色的性能结果。尤其是,开放源代码软件与英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘搭配效果极好,因为开发人员可以修改应用程序,以便充分利用英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 提供的优势。

例如,甲骨文 (Oracle) 的一名性能架构师针对英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 优化了 MySQL*,从而在受繁重输入/输出 (I/O) 束缚的工作负载中实现了 5 倍的性能提升。该架构师还利用单个英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘实现了 100 万次读取。4

在另一个示例中,直接 I/O* 优化证明了相比缓冲 I/O* 可在 Java 10* 中实现高达 48% 的效率提升。5这些优化对于运行依靠 Java 的人工智能工作负载或数据库的组织而言具有重大影响,例如 Cassandra* 或 Apache HBase*。

软件架构师可以使用现有工具和开发套件优化英特尔® 傲腾™ 技术的性能。使用英特尔提供的以下资源轻松开始:

利用英特尔® 内存驱动器技术扩展内存

英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘也可以使用英特尔® 内存驱动器技术配置为扩展内容。英特尔® 内存驱动器技术可将固态盘透明地集成到内存子系统,使得它表现得像是 DRAM,而且无需更改操作系统或应用程序。英特尔® 内存驱动器技术可用于替换 DRAM 的某个部分并降低总体内存成本,或者在需要大型系统内存容量时扩展内存池使其超过 DRAM 容量。

事实上,Apache Spark* 性能可快 5 倍,方法是添加搭载英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 的英特尔® 内存驱动器技术软件。4

利用英特尔® QLC 3D NAND 固态盘缩小容量存储缺口

随着 NAND 技术效率的提高和价格的下降,机械驱动器的需求持续下降。英特尔® QLC 3D NAND 固态盘这一最新突破可能会使旋转磁盘降级到仅限最冷的数据存储情景。

英特尔® QLC 3D NAND 固态盘旨在以较高密度和经济实惠的价位提供闪存可靠性。这些优势有助于消除替换传统机械硬盘的障碍。相比闪存驱动器,传统机械硬盘通常较慢,较不可靠,更耗电,需要更多冷却,而且占用更大的数据占用空间。

图 6.通过从机械硬盘转换为英特尔® QLC 3D NAND 固态盘,企业可以在电源、冷却和服务方面实现重大节省,而且数据中心占用空间较小67

英特尔® QLC 3D NAND 固态盘可与英特尔® 傲腾™ 技术结合使用,从而提高经常访问的数据的速度,同时利用闪存技术在大容量存储方面相比机械硬盘的价格和容量优势。这让组织可弥补英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘和机械硬盘之间的存储成本/容量缺口。此外,由于英特尔® QLC 3D NAND 固态盘可提供高可靠性和经济实惠性,许多组织可以将其用于取代机械硬盘。

利用英特尔创新的全新外形整合数据

英特尔还在利用创新的全新外形填补存储成本/容量缺口。英特尔 3D NAND“Ruler”固态盘外形获得了 2018 年国际设计优秀奖金奖,它改进了密度、可管理性和可维护性,同时采用正在变革服务器架构的高效热设计。

由于基于 EDSFF 的驱动器的独特形状和特征,Supermicro 等供应商可将各为 32 TB 的 32 个英特尔“Ruler”驱动器安装到单台 1U 服务器中,从而每台服务器可提供多达 1 PB 的数据。8

重新构想数据中心存储

英特尔® 技术让现代企业可快速、灵活地存储、处理和管理用于数据分析、人工智能、高性能计算 (HPC) 和其他工作负载的大量数据,方法是利用完整系列的选项填补内存和存储缺口——从英特尔® 傲腾™ 数据中心级持久内存和英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X 到英特尔® QLC 3D NAND 固态盘和高容量“Ruler”外形驱动器。

英特尔存储技术和产品一起,可为数据中心架构师提供灵活性,以便将性能、容量、可靠性和经济实惠性与其业务应用程序和工作负载相匹配。现在是利用英特尔® 傲腾™ 技术和英特尔® QLC 3D NAND 技术重新构想内存和存储的时候了。

了解更多

利用英特尔存储技术重新构想数据中心。了解更多,请访问 intel.cn/content/www/cn/zh/storage

产品和性能信息

1

来源 - 经英特尔测试:响应时间指使用 FIO 3.1 在 4K 随机写入工作负载期间,在队列深度 1 测得的平均读取延迟时间。请在上方脚注 1 中查看配置。

2

英特尔委托的评估员小组测试。请访问 https://www.evaluatorgroup.com/document/lab-insight-latest-intel-technologies-power-new-performance-levels-vmware-vsan-2018-update/ 查看配置详细信息。上一代配置:英特尔® 至强® E5-2699 v4 处理器,ESXI:ESXi600-201803001 内部版本:7967764,Ubuntu Linux 18.04,BIOS:2600WT SE5C610.86B.01.01.0024。存储介质:1 x 英特尔® 固态盘 DC S3700 系列 800GB + 6 x 英特尔® 固态盘 DC S3510 系列 1.6TB。性能:320 IOmark-VM,性价比:$684/VM;当前配置:英特尔® 至强® 金牌 6154 处理器,ESXI:ESXi-6.7.0-8169922 内部版本:8169922,Ubuntu Linux 18.04,BIOS:SE5C620.86B.00.01.0013.030920180427。存储介质:2 x 英特尔® 固态盘 DC P4800X 系列 375GB + 5 x 英特尔® 固态盘 DC P4500 系列 4TB,性能:1152 IOmark-VM,性价比:$216/VM。存储介质:1 x 英特尔® 固态盘 DC P3700 系列 + 4 x Seagate 1TB 10K 硬盘,性能:88 IOmark-VM-HC,性价比:$2153 / IOmark-VM-HC;当前配置:存储介质:2 x 英特尔® 固态盘 DC P4800X 系列 + 4 x 英特尔® 固态盘 DC P4500 系列 4TB,性能:704 IOmark-VM-HC。性价比:$684 / IOmark-VM-HC。**。性价比:$237 / IOmark-VM-HC。性能结果基于截至 2018 年 8 月 20 日的测试,并且可能无法反映所有公开的安全更新。有关详细信息,请参见配置信息披露。

3

英特尔。请在“产品简介:英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X”的相应表格中查看产品规格。https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/docs/memory-storage/solid-state-drives/data-center-ssds/optane-ssd-dc-p4800x-p4801x-brief.html

4

性能结果基于截至 2018 年 9 月 20 日的测试,并且可能无法反映所有公开的安全更新。有关详细信息,请参见配置信息披露。没有任何组件或产品能够做到绝对安全。资料来源:英特尔。系统配置:服务器英特尔® 服务器系统,2 x 英特尔® 至强® 金牌 6154 处理器,384 GB DDR4 DRAM,数据库驱动程序:2 x 英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X (375 GB) 和 1 x 英特尔® 固态盘 DC P4510 系列,1 x 英特尔® 固态盘 DC S4510 系列,CentOS 7.5*(内核 4.18 (elrepo)),BIOS:SE5C620.86B.00.01.0014.070920180847,系统产品类型:英特尔® 服务器主板 S2600WFT。MySQL 服务器 8.0.13*,Sysbench 1.0.15*,采用使用 100-GB 数据库分离的 70/30 读/写在线交易处理 (OLTP) 事务。向 MySQL 提供的数据库 30% 的内存 (30 GB)。

5

性能结果基于截至 2018 年 7 月的测试,并且可能无法反映所有公开的安全更新。有关详细信息,请参见配置信息披露。没有任何产品能保证绝对安全。来源:英特尔:系统配置:英特尔® 服务器主板 S2600WFT 白盒,2 x 英特尔® 至强® 金牌 6154 处理器(3.00 GHz,36 个虚拟内核),64 GB DIMM DDR4 同步(2,666 MHz (0.4 ns))(4 x 16 GB),1 x NVM Express* (NVMe*),外围组件互连高速* (PCIe*),750 GB 英特尔® 傲腾™ 固态盘 DC P4800X(固件版本:E2010324),1 x NVMe* PCIe* 4 TB 英特尔® 固态盘 DC P4500 系列(固件版本:QDV10150),英特尔® BIOS 版本:SE5C620.86B.00.01.0013.030920180427,CentOS 7.4* 通过 4.15.7 内核发布。请访问 OpenJDK 查看 OpenJDK* 信息。“JDK 10。” 2018 年 3 月。https://openjdk.java.net/projects/jdk/10/

6

电源、冷却、整合成本节省。基于硬盘驱动器:7.2K RPM 4TB 硬盘驱动器,2.00% AFR,7.7W 有源功率,2U 中安装 24 个驱动器(1971W 总功率)https://www.seagate.com/files/www-content/datasheets/pdfs/exos-7-e8-data-sheet-DS1957-1-1709US-en_US.pdf 固态盘:22W 有源功率,44% AFR,1U 中安装 32 个驱动器(704W 总功率);基于 5 年部署期的冷却成本:Kwh 成本为 0.158 美元,冷却功耗为 1 瓦 1.20 基于 3.5 英寸硬盘驱动器 2U 24 个驱动器和 EDSFF 1U 长 1U 32 个驱动器。混合存储基于将英特尔® 转型学习课程(英特尔® TLC)固态盘用于高速缓存。

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驱动器更换成本节省。计算方法:硬盘驱动器 2% AFR x 256 个驱动器 x 5 年 = 5 年中 25.6 个替换件;固态驱动器:0.44% AFR x 32 个驱动器 x 5 年 = 5 年中 0.7 个替换件。

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Supermicro。“系统支持前端热插拔访问适用于 1U 高达 1PB 的快速型低延迟 NVMe* 存储 32 EDSFF 驱动器”。来源:“Supermicro 打开利用最多可扩展为一个高性能存储 PB 的一系列全闪存 NVMe 1U 系统计算的 Petascale 新时代。” 2018 年 8 月。引用 SuperStorage SSG-136R-NR32JBF: