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2019年回头看,英特尔要如何突破存储瓶颈?

  作为数据存储基础设施领域近年来的一大创新,在 2019 年,英特尔傲腾在更多场景下普及和落地了。2019 年 12 月,在中国数据与存储峰会上,英特尔中国区非易失性存储事业部总经理刘钢为 2019 年的非易失性存储在中国的发展做了一个总结,并宣布 2020 年将发布新一代的傲腾


英特尔中国区非易失性存储事业部总经理刘钢

  在笔者看来,2019 年英特尔基于傲腾的创新存储方案已经有了越来越多的应用案例,创新方案在一些有较高创新热情的企业中率先落地,创新所带来的价值在行业非常具有代表性,2019 年中国存储峰会的现场,英特尔展台前人头攒动,许多人对于傲腾存储都表现出了兴趣。2020 年随着更具竞争力的新一代方案推出后后,势必将进入加速发展的阶段。

  存储堆栈的性能和容量鸿沟

  英特尔反复提及的金字塔是从 DRAM 到 3D Xpoint(傲腾使用的介质),再从 NAND 到磁盘(磁带)组成的。从上到下容量越来越高,单位成本越来越低,但性能越来越低。

  首先从容量来看。在数据量飞速增长的时代,NAND 容量也在飞速增长,NAND SSD 的应用场景开始挤压磁盘的发展空间。遗憾的是,DRAM 容量的增长步伐远远落后,这使得 DRAM 到 NAND 之间的容量鸿沟越来越大。


从 SLC 到 QLC,延迟不断提升


从 SLC 到 QLC,吞吐带宽不断下降

  除了容量以外,更严重的是性能问题。从 MLC 到 TLC 再到 QLC,NAND 容量增长的过程中时延不断加剧,而且,在现有的带宽限制下,单位空间占用的带宽会减少整体的性能会越来越低。

  刘钢还总结了数据缓存上下层分层的一个现象,在实际应用中,一个存储层 90% 的时间都只访问 10% 的数据,作为最佳实践,需要将 10% 的数据放在性能更高的介质上,这就是存储分层之间的大致关系。

  如今应用系统中需要靠近 CPU 的数据也越来越多,DRAM 的容量增长速度太慢,使得现有的存储架构分层系统出现鸿沟,系统整体性能的提升受到了存储架构的限制,存储是瓶颈。

  英特尔如何突破存储瓶颈

  当 DRAM 和 NAND 的层级关系不符合分级存储规则时,业内出现了许多方案来进行应对,有的在用 SLC 模拟成内存,英特尔傲腾则用创新介质打造了近似内存性能的方案,在 DRAM 和 NAND 之间加入一个层级。

  伴随数据量的增长,存储首要任务就是提升容量。在容量的演进道路上,由于 DRAM 是平面结构,增长方式受限,容量龟速增长,而 3D Xpoint(傲腾的介质)其实跟 3D NAND 更像,都可以通过堆叠技术提升容量和密度。

  3D NAND 的堆叠技术方案有两大派系,一种是浮栅技术(Floating gate),另外一种是电荷截取技术(Charge Trap)。浮栅技术的上下单元之间是分离的,而电荷截取技术上下层之间是连通的,当两者都是几十层的水平时,差异不大,当变为几百层之后,电荷截取技术的上下电荷之间会发生串扰,随着时间的推移,电子流失会造成数据不可靠。


浮栅技术方案在数据可靠性方面的优势

  浮栅技术虽然工艺更复杂一些,但是在数据保留方面更可靠一点。在 NAND 层数越来越高的时候,浮栅技术更有优势,英特尔采取的是浮栅技术方案,也就是说可以把 3D NAND 做到更高层,实现更高的存储密度。

  现如今的第一代 3D XPoint(傲腾的介质)架构,中间有两个 Deck。刘钢介绍说,明年第二代 3D Xpoint 中将采用堆叠技术放置 4 个 Deck。这是 3D Xpoint 的容量增长策略,傲腾可以像 3D NAND 一样持续不断演进,第三代 3D Xpoint 着重在性能上进一步优化。

  英特尔基于傲腾的创新是有长远且清晰的 Roadmap 的,这种 Roadmap 可以给用户充足的信任感,相信英特尔会持续投入,相信傲腾有未来,这对于企业级用户来说非常重要,创新绝非一时兴起,是要持久投入长远布局的。

  多种多样的傲腾落地方案

  在实践中,英特尔傲腾分为两种应用类型,一种是当做内存用,性能略逊于 DRAM,但价格比 DRAM 便宜,可部分替代内存。一种是用作 SSD,但延迟比 NAND SSD 低,而且耐久性比 NAND SSD 要高很多。

  傲腾技术首先在互联网公司落地:

  比如百度把英特尔傲腾固态盘+英特尔 QLC SSD 的方案用在了智能云平台上,打造了高性能的全闪解决方案,IOPS 更高而且更稳定,为 AI、高性能计算提供统一接口的对象存储服务,令人惊叹的是,TCO 还降低了 60%。

  比如阿里把 PolarDB 的 Journal 放在傲腾 SSD 上,大幅提升了 PloarDB 的数据库性能表现。

  比如快手用了傲腾持久内存来支撑 Redis 方案,将内存扩展到 TB 级,整体方案性能不减(与纯 DRAM 方案相比),但成本有大幅下降。

  随着应用的深入,一些应用挖掘到了傲腾持久内存的非易失性,使得一些大型应用的故障恢复时间从原来几个小时变成几分钟。在快手,在中国电信的系统应用中得到了体现。

  中国电信四川 ABM 系统中使用傲腾固态盘来保证 REDO 数据的高并发、大数据量、响应速度高要求的特性。

  在海鑫科技掌纹识别系统中,傲腾持久内存部分替代了内存存储池存储比对样本,用更有成本优势的傲腾持久内存方案打造了不逊于原有 DRAM 方案的内存池。

  傲腾的应用案例还有很多,用户对傲腾的应用其实可以分两类,一种是单纯的替换硬件,一种是在替换硬件的同时也对应用做针对性的优化和修改,为了帮助用户用上傲腾,英特尔还推出了一些免费软件,比如在加速青云 NeonSAN 时,在傲腾固态盘的基础上使用了一个叫 iCAS 的缓存加速软件,自动识别冷热数据后进行分层。

  从媒体的视角来看,非常多的行业已经成功部署了傲腾创新存储方案。刘钢也表示,目前英特尔正在全球范围内与合作伙伴密切合作打造生态。

  在中国市场上,我们看到英特尔与浪潮联合开发内置了傲腾的软硬一体化 Ceph 分布式存储解决方案,不仅大大降低用户使用傲腾的门槛,性能与容量与没有傲腾的方案相比均有明显提升。英特尔双端口 NVMe SSD——DC 4800X 有双控高可用设计,被视为打造高可用存储方案的有力武器,全球范围内包括戴尔易安信的 PowerMax,在中国,浪潮在中端存储 AS5000G5 中也都在使用。

  当然,英特尔的存储创新方案不只傲腾,在 NAND 方面也在引领行业,最近还发布了 96 层的 QLC 3D NAND 产品——665p,这显示了英特尔在工艺研发制造上的优势,在企业级应用上,金山云的 CDN 服务器中使用了英特尔 QLC 方案,配合最新的至强处理器,使得单台设备的服务能力提高了四倍,TCO 也有显著降低,QLC 的使用开创了 CDN 行业的先例。

  结语

  既有傲腾也有 3D NAND,英特尔的存储战略还是非常全面的,从遍地开花的应用案例中可见,2019 年的英特尔在突破存储的瓶颈上成果显著。

来自:
DOIT传媒(ID:doitmedia)

作者:Johnson
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