英特尔助力“存储金字塔”进化,携手浪潮共创业界最高性能中端全闪存储

作者:任新勃   【原创】   2019-12-16 15:26:30

关键字: 浪潮 英特尔 傲腾

随着数据的爆炸式增长,如人工智能、物联网等新技术的成熟,人们对于数据处理的极高需求与底层存储技术之间的不匹配感越来越强烈。

从计算机诞生以来,数据金字塔就存在,它涵盖最上层的CPU、中层的内存,以及底层的闪存、硬盘。CPU和内存能够最快速地处理数据,但是不能保留数据;HDD能够长久存储数据,但是存在读写性能和时延等问题,因此,数据洪流时代,最底层的数据存储层目前已经成为制约企业数字化进程的最大瓶颈。英特尔致力于通过傲腾和3D NAND技术填补当前存储层级中的巨大鸿沟,帮助企业消除制约数据流动和数据处理方面的瓶颈,最大化挖掘数据价值。

存储金字塔的进化之路

今天随着数据的爆炸式增长,如人工智能、物联网等新技术的成熟,人们对于数据处理的极高需求与底层存储技术之间的不匹配感越来越强烈。数据增长的越多,在内存和存储上的数据堵塞越严重,人们愈发希望扩大内存,在DRAM上存储更多数据,同时需要保持低时延,不能和CPU的运算速度相差太远。

 英特尔助力“存储金字塔”进化携手浪潮共创业界最高性能中端全闪存储

海量数据时代,企业不仅面临更复杂的数据处理需求,对于数据实时分析的需求也明显增加。人们按照数据的访问频度把数据分为冷、温、热数据,其中经常访问的数据占全体数据总量的约10%,但人们通常需要花费90%的时间来访问这10%的数据。这样看来,一个理想的计算平台,存储之间需要通过分层,达到与CPU和内存之间的容量和性能的平衡。因此,需要把频繁访问的数据向上移动靠近内存、不经常访问的数据向下移动靠近SSD甚至于HDD。如果每个层级的容量能够达到上一层级的10倍,同时性能只有十分之一,这样每一层级都(自下而上)可以保留“更热”的数据,使处理器实现快速访问。

过去几年,英特尔推出傲腾技术和英特尔3D NAND技术来填补内存和SSD之间的缺口。傲腾技术是对内存的扩展和延续,而英特尔3D NAND技术则能够实现满足海量数据存储的需求。基于傲腾技术和英特尔3D NAND技术,“存储金字塔”模式整体进化。最底层可以由大容量、低延迟,运用英特尔3D NAND技术的SSD替代;中间由高吞吐量、高性能、超低延迟,且使用傲腾技术的非易失性持久内存代替;最上层则用CPU、内存来代替。对此,英特尔公司中国区非易失性存储事业部总经理刘钢指出,这样的组合能够让整个分层存储更高效,“当主存储已经采用NAND SSD以后,其实10%的热点数据或沸点数据应该放在更快的存储介质里面去,当主存储从硬盘提升到NAND之后,那些热点数据要放在傲腾持久内存里。”

英特尔傲腾和3D NAND的技术创新之路

诚如前言,数据规模每三年成长两倍,DRAM大约每四年增长两倍,硬盘平均每五年提升两倍,根本无法与大数据的增长速度保持平衡。这也使得“存储金字塔”中的DRAM、NAND、HDD存储介质面临巨大挑战,主要表现在容量、时延和带宽三个方面。正如刘钢所说,目前金字塔中,一是DRAM的存储容量没有跟上,二是3D NAND时延没有跟上,三是3D NAND的容量增大但是吞吐量没有增加。基于此,英特尔傲腾技术和QLC NAND技术将持续在这三个层面发力进行创新。

英特尔助力“存储金字塔”进化携手浪潮共创业界最高性能中端全闪存储

英特尔将于明年在业内率先推出用于数据中心级固态盘的144层QLC(四级单元)NAND,以进一步提升数据响应速度,满足以数据为中心的计算需求。英特尔基于更先进、更可靠的浮栅技术,可以堆叠更多层的3D NAND。浮栅技术工艺更加复杂,但是数据保留更可靠,可以更好地做堆叠,当要实现QLC时,浮栅技术可以让3D NAND更加可靠。

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目前在英特尔的大连工厂,已经可以生产96层QLC,明年将生产144层QLC。同时刘钢表示,采用了全新的技术的3D NAND不仅实现了更多的堆叠,同时每个单元可以做到更多的电子水平,密度更高,在同一个堆片上可以做到更高的密度。“我们也有信心,可以实现在同一个芯片上面更高的存储密度。如果说64层3D NAND是把原来的2D NAND从平面变成高楼大厦,那即将出现的144层QLC就是‘摩天大楼’。”

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与此同时,英特尔傲腾技术也会进行创新。目前的傲腾架构中间是基于两层的3D XPoint材料来设计;下层是控制电路,不占存储的面积,保证了芯片的高效率。英特尔同时分享了明年即将推出的全新傲腾产品,能够比今天傲腾产品的性能时延再降低4倍,吞吐量提高3倍。其主要架构设计是把傲腾架构中间的两层的3D XPoint材料升级到4个堆层,这样的优势能够一方面增大容量,一方面实现时延和吞吐量的提升,也进一步提升了3D XPoint与DRAM的竞争优势。

同时针对大容量,英特尔除了在芯片介质上通过144层QLC闪存颗粒提升存储密度,也从整个平台和系统角度出发进行创新。3D NAND芯片出来之后,英特尔通过集成到Ruler这种新的存储形状里去,使每一个Ruler可以做到的存储容量达到32TB,在1U的服务器可以做到1PB的容量,从而通过每个芯片的高容量实现整个系统的高容量。

浪潮联合英特尔的应用创新之路

浪潮作为全球领先的综合云解决方案和服务提供商,提供全面的解决方案和服务。浪潮与英特尔也有着长期合作,涵盖服务器到存储,完整的堆栈解决方案等方面。近期,浪潮联合英特尔推出中国首款采用傲腾双端口NVMe SSD的中端全闪存储—AS5000G5-F系列,实现了高达800万IOPS、0.1ms延时,是当前业界最高性能的中端存储。

英特尔助力“存储金字塔”进化携手浪潮共创业界最高性能中端全闪存储    

浪潮存储产品线副总经理孙斌谈到浪潮最新存储系统基于傲腾技术的创新,主要是聚焦到NVMe,或者是NAND介质,尤其是Optane介质上进行技术创新。

第一,软件层面的创新。傲腾技术和3D NAND介质需要软件系统的支撑,特别是底层的驱动层面要重构,进而需要对整个软件战略层面进行重构。基于英特尔傲腾数据中心级固态盘,浪潮在Ceph、HBase、Spark、Redis等方面做了方案实践测试,都获得了良好的性能。如浪潮K-DB数据库使用傲腾固态盘代替普通SSD磁盘建库和建表性能提升1-2倍,数据加载和压力测试表现了20~40%左右的性能提升。

第二,基于低延迟的创新。傲腾数据中心级持久内存有APP DIRECT MODE(AD)和MEMORY MODE(MM)两种模式。直接访问模式要应用优化,内存模式则可以直接当内存使用。浪潮在与一些客户业务应用测试中两种模式都有使用。通过用NVMe双端口Optane的介质,浪潮基于内存进行重构,做到了以个位数微秒的延迟来提供存储。

第三,分层存储的创新。孙斌表示在应用全闪、NVMe时,面对Optane这样新的介质,分层技术也在演进。他指出,“举例来看,分层的颗粒度从以前以MB为单位发展到今天以KB为单位,分层、迁移的时间也从以天、小时为单位,发展到现在以分钟计算。还有很重要的一点,我们传统分层总是会放到大家使用最多的硬盘上,但现在都是全闪存储,而且如果只落在TLC上面,性能得不到有效的提升,因此存放在哪里就变成了我们需要面对的问题。我们需要根据这个地址判断数据的冷热属性,将分层作为Tier 0沸点,生产应用数据,从而在读写上进行加速。”

第四,元数据存储的创新。元数据通常占存储容量的1%,随着元数据越来越大,元数据的缓存从以前的内存或部分SSD,现在迁移到NVMe上面基于Optane的接口上,达到更低的时延。“浪潮称为沸数据或者热数据,我们需要加速它的访问,因此浪潮也需要在元数据的快速存取上更好地利用NVMe接口的全闪NAND和Optane技术进行创新。”孙斌分享到。

英特尔助力“存储金字塔”进化携手浪潮共创业界最高性能中端全闪存储

通过携手合作伙伴,英特尔持续以技术创新、应用实践让存储金字塔架构能够更加清晰、顺畅,让沸数据、热数据、温数据、冷数据分别能够在合适的存储介质中发挥更大的价值,从而最大化发挥数据基础设施价值,助力企业业务创新和发展,加速企业数字化转型。

 

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