借助英特尔® 傲腾™ 持久内存,从数据中获取更深层次的洞察

英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列将带宽平均提升 32%1,总内存每路高达 6 TB2

  • 本文是英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列的产品简介。

  • 文中介绍并分析了该系列产品的工作模式、产品特性和优势所在,以及为开发人员、架构师、程序员、数据中心和企业等带来的诸多益处。

BUILT IN - ARTICLE INTRO SECOND COMPONENT

现在,已有超过 90% 的企业走上数字化转型之路3,致力成为以数据为中心的企业。 因此,他们需要不断采集、分析和保护日益增长的数据。数据增长带动了对高性能、 数据密集型计算的需求。而随着算力需求的增长,系统的内存容量通常也必须随之 扩展。大型 DRAM 池虽然时延低,有利于加快计算速度,但是 DRAM 的容量有限、价格昂贵且具有数据易失性。DRAM 成为现代服务器中造价不菲的组件。而另一方面,块存储虽然容量大、价格便宜且具备数据持久性,但将数据传输到 CPU 的速度较慢。 

英特尔® 傲腾™ 持久内存 (PMem) 采用创新内存技术,弥补了上述产品的不足,将高 性价比的大容量内存与对数据持久性的支持巧妙地结合在一起。第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器和英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列双剑合璧,通过创建两层内存和存储分层架构,优化工作负载的性能与成本。在支持这些处理器的双路和四路平台上,持久内存正帮助企业将更多数据转化成可行洞察。

图 1. 英特尔® 傲腾™ 持久内存支持分层架构,从而实现高性能、大内存计算。


英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列 

英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列与系统内存共存,可插入现有的 DRAM 插槽。与上一代产品相比,200 系列将内存带宽平均提高多达 32%1。该系列有 128 GB、256 GB 和 512 GB 模组可供选择,提供大容量和持久性,使新平台架构能够做到以下几点: 
• 将更多数据保存在更靠近 CPU 的地方,帮助加速大内存计算
• 将数据长久保存在内存中,而无需从存储设备中重新加载, 因此可加快重启时间并减少 I/O 
• 降低大内存节点的功耗

第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器和英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列为多种类型的工作负载优化平台提供了强大的基础。凭借支持双路和四路平台的第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器, 每条内存通道可支持一个英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列模组(四路平台上有 6 条通道,双路平台上有 8 条通道)。每个模组最多只消耗 15 瓦电,提供大容量的同时不会消耗过多电能, 再加上能够创建大内存平台,可有效助力以数据为中心的企业发展。

图 2. 第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器和英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列为大内存计算奠定强大的基础。

从云到数据库,再到内存分析、虚拟化基础设施、内容分发 网络等,数据密集型和计算密集型工作负载可以轻松利用大规模持久内存。这些大内存池的实现有助于加速获取洞察,为制定关键业务决策、节约成本和新增收入奠定基础。

新的持久内存系列能与面向上一代英特尔® 傲腾™ 持久内存建立的软件生态系统兼容。因此,对于为上一代产品设计的软件来说, 它们可以无缝迁移到或添加基于第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器和英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列构建的新系统,整个过程完全透明。借助行业标准的持久内存编程模型,开发者可以构建更简单、更强大的应用,为未来做好数据中心投资准备。


高性价比的大容量内存

有了英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列,您可以从更大的数据集中发掘更多价值,提高每台服务器的实用性;内存数据库能以与 DRAM 相似的速度访问更多数据;处理诸如科学或数据仓库和分析这类海量数据集的工作负载也能够持续运行,而无需在本地重复加载和存储数据。此外,英特尔® 傲腾™ 持久内存可为虚拟化数据中心基础设施提供比 DRAM 更大的每路内存容量。持久内存留出更多余量,便于对日后需要更大内存容量的工作负载实施虚拟化,而不是在裸机上运行这些要求苛刻的工作负载。部署英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列后,您就可以整合服务器,减少服务器占用空间,从而减少软件许可成本、降低功耗、提高其他环节的运营效率。


保护静态数据,提供更强大的数据保护

英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列采用强大的行业标准安全措施,可为静态数据提供更好的保护。所有数据按照行业标准的 256 位高级加密标准 (AES-256) 进行加密。通过基于硬件的密钥处理,应用软件对加密一目了然。因此,添加持久内存不需要修改软件代码。第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器上的硬件加密能够带来强大的行业标准数据安全,而对性能的影响却很低。 


数据持久性和自动清理缓存可提高运营效率

与 DRAM 不同的是,英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列在进行计划内或计划外重启时会留存数据,从而避免耗时的数据重新加载。将数据保留在持久内存中意味着缩短停机时间、减少系统断电造成的数据丢失并提高运营效率。 

正如持久内存编程模型中所述,管理持久内存中数据结构的应用会经常调用清理缓存命令,将 CPU 缓存中存储的数据移至持久内存。在等待清理缓存完成的过程中,性能可能会降低。现在,通过扩展的异步 DRAM 刷新 (eADR),应用可以避免这些等待。eADR 是采用英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列与第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器的平台提供的新功能。应用会自动检测 eADR 并跳过清理缓存步骤,因为应用知道即使发生系统崩溃或断电,系统也会自动执行该步骤。这意味着,只要应用 “存储空间” 对应用可见,便被视为具有持久性。这为持久内存提供了 “无锁” 编程。eADR 的推出可帮助释放资源并提高性能。

要结合使用 eADR 与英特尔® 傲腾™ 持久内存,必须具备平台硬件支持,能够储存额外电能,允许在断电时执行缓存清理。此外还需要应用检查是否支持 eADR,并要遵循持久内存编程模型,这样才能确保您的解决方案充分获得 eADR 支持。

利用英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列创建高性能、大容量的持久内存层,可改善数据中心关键指标,例如: 
• 提高 CPU 利用率和每台服务器的实用性 
• 通过更大的内存容量提升应用吞吐量 
• 增加虚拟机密度,或为更多服务及用户提供支持 
• 以较高的性价比为更大的内存数据库提供支持 
• 提高关键数据存储系统的业务弹性 
• 整合服务器并减少占用空间,降低软件许可成本,优化企业投资回报率


持久内存能够解决许多关键挑战

英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列能够解决当今数据中心面临的许多计算挑战。这些挑战包括大内存节点的高 DRAM 成本、断电和维护期间的数据保护、利用分层内存架构的新兴工作负载等。

图 3. 英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列解决了当今计算领域面临的几个关键挑战。


通过两层内存和存储分层架构优化工作负载

英特尔® 傲腾™ 持久内存为系统架构师和应用开发人员提供新选项,允许创建分层内存和存储层,从而解决数据性能与容量挑战。通过分层方法,应用开发人员可以优化平台资源,便于数据访问和传输。程序员可以利用最靠近 CPU 的技术的速度与邻近性,同时利用系统中的可用容量。

对于两层内存模型,低时延的 DRAM 带来超快数据处理性能,英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列则创建大容量内存,以类似 DRAM 的速度存储和保护数据。根据应用的不同,作为大容量内存使用的持久内存可以具有持久性,也可以具有易失性。 

通过将 DRAM 与持久内存相结合:
• 能够对海量数据集执行快速内存计算。 
• 能够在具有高性能大容量的虚拟环境中整合平台上的更多虚拟机。
• 当应用能够感知持久内存时,降低关键数据丢失的风险。 
• 加快大型计算的求解速度,在计算中可以保存并重新加载中间结果,以便执行最终分析。

凭借两层存储模型,作为性能层使用的英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列可按字节寻址快速访问最常用的数据。固态盘等其他技术在访问容量层存储的温数据时速度通常较慢。 

这些内存和存储分层架构通过英特尔® 傲腾™ 技术得以实现,帮助优化速度、时延、容量和成本。为每个应用选择正确组合有利于优化系统及从云到数据库,再到内存分析、虚拟化基础设施、内容分发网络等工作负载。

图 4. 英特尔® 傲腾™ 技术创建多层内存和存储分层架构,从而实现工作负载优化。


工作模式 

英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列具有多种工作模式4: 

内存模式无需更改应用即可提供大内存容量,并且性能接近 DRAM,具体视工作负载而定。在内存模式下,CPU 内存控制器将所有英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列视为易失性系统内存(无数据持久性)。CPU 将 DRAM 用作英特尔® 傲腾™ 持久内存的高速缓存。内存模式下,模组中的数据将通过单个加密密钥进行保护。该密钥在断电时会被丢弃,使数据不可访问。

与 DDR4 DRAM 相比,内存模式下持久内存的大内存容量能够以更低的成本支持更多虚拟机,并为每个虚拟机分配更多内存5。 I/O 依赖型工作负载也可以从内存模式中受益。因为与 DDR4 DRAM 相比,此种模式下的英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列能够以更低的成本提供更大的容量,因而能够支持更大的数据集。随着内存容量的增加,虚拟机和应用的密度也得到提升, 第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器的利用率也随之提高。

App Direct 模式能够实现大内存容量和数据持久性。这样软件就可以将 DRAM 和持久内存作为两个独立的内存池进行访问。在 App Direct 模式下,支持行业标准持久内存编程模型的软件 和应用能够直接与持久内存通信。直接访问降低了堆栈的复杂性并能充分利用具备缓存一致性和字节可寻址特点的持久内存, 这可将持久内存的使用扩展到本地节点之外,并能始终提供低时延,为处理更大的数据集提供支持。

此外,App Direct 模式还能与标准的文件 API 结合使用,以便访问相同的持久内存地址空间(这称为基于 App Direct 的存储模式),而无需对现有应用或原本需要块存储设备来支持的文件系统进行任何修改。在基于 App Direct 的存储模式下,英特尔® 傲腾™ 持久内存可用作高性能块存储,而不会产生将数据移入和移出 I/O 总线时造成的时延。

在 App Direct 模式下,数据将使用持久内存模组上存储于安全元数据区域的密钥进行加密。该密钥只能由英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列的控制器访问。在断电时,持久内存模组将被锁定,需要使用密码来解锁和访问数据。如果需要重新利用或清空持久内存模组,可以利用安全加密擦除和 DIMM 覆写来避免此前的数据被意外访问。


部署在数据中心的英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列:助力实现真正价值1

图 5. 英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列可提高各类企业应用的性能。


推动应用创新,探索新的数据密集型用例

借助英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列,开发人员能够直接按字节寻址访问大内存进行加载/存储。他们可使用与第一代英特尔® 傲腾™ 持久内存相同的持久内存编程模型推动创新和研发新的功能。迅速采用该系列产品可谓轻而易举。随着汇聚以下各方资源的全球生态系统不断壮大,客户可以充分利用持久内存的各项优势:
• 独立软件供应商和操作系统供应商 
• 虚拟化解决方案提供商 
• 数据库和企业解决方案供应商
• 数据分析供应商
• 开源解决方案提供商
• 云服务提供商
• 硬件原始设备制造商
• 全球网络存储行业协会 (SNIA)、高级配置与电源接口 (ACPI)、统一可扩展固件接口 (UEFI) 和分布式管理任务组 (DMTF) 等标准组织

 

编程模型

英特尔与众多公司合作设计了英特尔® 傲腾™ 持久内存的软件接口,为这一技术创建了统一的编程模型。全球网络存储行业协会 (SNIA) 成立了一个技术小组。他们已发布了这一编程模型的规范。该软件接口独立于任何特定的持久内存技术,能够与英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列或任何其他持久内存技术配合使用。

该模型提供三个主要功能:
• 管理路径,允许系统管理员配置持久内存产品并检查其运行状况。
• 存储路径,支持传统存储 API,无需更改现有的应用和文件系统。它们只是将持久内存视为高速存储设备。
• 内存映射路径,通过能够感知持久内存的文件系统来显露持久内存。因此,应用可以直接访问持久内存进行加载/存储。这种直接访问模式不会像传统文件系统那样使用页面缓存,并且已被操作系统供应商命名为 DAX。

持久内存开发套件(PMDK,可在 https://pmem.io 获取)提供的库能够简化持久内存编程。软件开发人员只要选择自己所需的功能,因此能够轻装上阵,在持久内存上快捷地运行自己的程序。这些库经过英特尔的全面验证和性能调优,具有开源且中立的特点,在各类持久内存产品上都运行良好。PMDK 包含一系列基于 SNIA 编程模型的开源库,可提供包括代码示例、教程和博客在内的完整文档。PMDK 还为这些库提供 C 和 C++ 语言支持,并支持 Java、Python,陆续还会支持其他语言。


让数据从负担变为资产 

英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列是新一代具有突破意义的内存技术创新产品,与第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器一同部署时,能够为云、数据库、内存分析、虚拟化基础设施和内容分发网络等关键数据型工作负载带来改善。

 

英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列产品规格表

一般提示和法律声明

实际性能受使用情况、配置和其他因素的差异影响。更多信息请见 www.intel.cn/PerformanceIndex

性能测试结果基于配置信息中显示的日期进行的测试,且可能并未反映所有公开可用的安全更新。详情请参阅配置信息披露。没有任何产品或组件是绝对安全的。

具体成本和结果可能不同。

英特尔技术可能需要启用硬件、软件或激活服务。

© 英特尔公司版权所有。英特尔、英特尔标识以及其他英特尔商标是英特尔公司或其子公司的商标。

其他的名称和品牌可能是其他所有者的资产。

0321/BW/HBD/PDF 请回收利用

产品和性能信息

2双路系统上高达 6 TB。四路系统上高达 4.5 TB。 
3来源:“IDC 2020 MaturityScape Digital Transformation”(IDC MaturityScape:全球数字化转型 2020 年预测)
4要实现英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列的功能,需要使用第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器。
5总体拥有成本 (TCO) 更低*。 * 与上一代产品相比,支持的虚拟机数量增加 1.2 倍以上。基于英特尔 2020 年 4 月 27 日(基准)和 2020 年 3 月 31 日(新配置)所做的测试。基准配置:1 个节点,双路平台上 2 个英特尔® 至强® 铂金 8270 处理器,总内存为 768 GB(DDR 24 个插槽/32 GB/2,666),运行 Windows Server 2019 RS5-17763 的 ucode 0x4000014,联机事务处理 (OLTP) 云基准测试,存储为 7 个三星 PM963 M.2 (960 GB)、4 块英特尔® 固态盘 S4600 (1.92 TB)、1 个英特尔® X520 SR2 (10 GB)。由英特尔于 2019 年 1 月 31 日进行测试。新配置:1 个节点,双路平台上 2 个英特尔® 至强® 铂金 8270 处理器,总内存为 192、1,024 GB(DDR 12 个插槽/16 GB/2,666 + 持久内存 8 个插槽/128 GB/2,666),运行 Windows Server 2019 RS5-17763 的 ucode 0x4000014,联机事务处理 (OLTP) 云基准测试,存储为 7 个三星 PM963 M.2 (960 GB)、4 块英特尔® 固态盘 S4600 (1.92 TB)、1 个英特尔® X520 SR2 (10 GB)。由英特尔于 2019 年 1 月 31 日进行测试。英特尔® 傲腾™ 持久内存定价和 DRAM 定价截止日期为 2021 年 3 月。总体拥有成本 (TCO) 计算中引用的定价仅用于指导和规划之目的,不构成最终报价。定价指导可能会发生变更,并可能根据市场变化情况上调或下调。请与 OEM/经销商联系,了解实际价格。