【傲騰觀察室】基于英特爾傲騰持久內(nèi)存的大內(nèi)存技術(shù)如何打破IO墻
IDC曾發(fā)出預測，預計到2025年，全球數(shù)據(jù)量將達到175ZB，當數(shù)據(jù)量加速增長，當企業(yè)對數(shù)據(jù)價值挖掘的需求越來越高，人們對于存儲和計算效率也提出了更高要求，當有越來越多的數(shù)據(jù)無法被利用，越來越多的技術(shù)專家開始將問題歸咎于經(jīng)典馮諾依曼架構(gòu)的局限性。
如何突破馮諾依曼架構(gòu)的局限性，業(yè)內(nèi)有許多思考和嘗試，其中以英特爾®傲騰™持久內(nèi)存的做法最具代表性。
傲騰觀察室：請回答2021
在11月18日，百易傳媒（DOIT）舉辦的一場名為“傲騰觀察室”的在線直播活動中，作為數(shù)據(jù)存儲產(chǎn)業(yè)的資深觀察者，DOIT總編宋家雨在與業(yè)內(nèi)多位技術(shù)專家溝通中得到一個結(jié)論。
宋家雨表示，目前，應(yīng)對馮諾依曼架構(gòu)局限性問題，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了兩類解決方案：一類是存算一體化架構(gòu)，它讓存儲具備計算的能力，從而解決數(shù)據(jù)反復搬遷導致的效率低下問題。一類是改良性的方案，把內(nèi)存做得更大，把更多數(shù)據(jù)放到靠近核心的地方，從而解決數(shù)據(jù)搬遷的問題。
從目前來看，存算一體化方案在成熟度上還需要更多驗證，而依賴于新型存儲介質(zhì)打造的傲騰持久內(nèi)存方案，可以以更低的成本提供更大的內(nèi)存空間，緩解內(nèi)存不足的問題。而且，由于對架構(gòu)的變化相對較小，所以，這是目前市場上接受度更高，成熟度更高的實踐方案。
站在2021年來看英特爾®傲騰™，與幾年前英特爾®傲騰™剛推向市場時已有很大不同，彼時，都在談?wù)摪硫v是什么。而現(xiàn)在，人們對于傲騰持久內(nèi)存的討論已變?yōu)閷嶋H應(yīng)用場景的實踐分析，談?wù)摪硫v如何提高效率、降低成本，幫助企業(yè)塑造競爭力。
英特爾®傲騰™持久內(nèi)存有兩種使用模式，一種是內(nèi)存模式，它將DRAM作為其高速緩存使用，兩者結(jié)合構(gòu)成大的內(nèi)存資源池，從而以較低的成本提供較大內(nèi)存容量，在許多場景中有不遜色于原來純DRAM內(nèi)存方案的表現(xiàn)。
英特爾®傲騰™持久內(nèi)存技術(shù)的另外一種模式叫做App Direct，它對于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都提出了一定要求，用戶想使用這種模式需要應(yīng)用層面上做出一些調(diào)整，這大大提升了用戶的使用門檻和使用難度。
為了破解這一難題，業(yè)內(nèi)一些創(chuàng)新企業(yè)進行了許多探索和實踐。
基于英特爾®傲騰™的大內(nèi)存技術(shù)：將內(nèi)存和外存合二為一
MemVerge是一家大內(nèi)存技術(shù)方案的代表性企業(yè)，它基于英特爾®傲騰™持久內(nèi)存技術(shù)開發(fā)了一套軟件技術(shù)架構(gòu)，MemVerge可以幫助用戶屏蔽傲騰持久內(nèi)存技術(shù)本身的復雜度，讓用戶能更輕松地用上傲騰持久內(nèi)存，獲得更大的內(nèi)存空間。
MemVerge的創(chuàng)始人兼CEO范承工是數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域的傳奇人物，他曾是EMC中國卓越研發(fā)集團創(chuàng)始人、VMware中國研發(fā)中心創(chuàng)始人，他還是著名分布式存儲VMware vSAN的帶頭人，他對于數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)本身有深入的實踐經(jīng)驗，而他所開創(chuàng)的大內(nèi)存技術(shù)正在成為新的技術(shù)潮流。
范承工在直播中介紹稱，在以前，計算架構(gòu)的瓶頸往往在于計算和網(wǎng)絡(luò)，而當數(shù)據(jù)越來越多，如何快速高效處理，其瓶頸轉(zhuǎn)變?yōu)榇鎯Σ糠?，在于存儲和?nèi)存，大內(nèi)存技術(shù)的出現(xiàn)就是為了解決計算架構(gòu)中的存儲瓶頸。
理想的計算架構(gòu)中，需要參與計算的數(shù)據(jù)都存放在內(nèi)存中，這里所說的內(nèi)存既包括L1、L2、L3緩存，也包括DRAM，系統(tǒng)訪問內(nèi)存數(shù)據(jù)時幾乎可以不用等待。然而，能存在內(nèi)存里的數(shù)據(jù)是非常有限的，DRAM相對于L3、L2、L3緩存要大的多，但仍有許多數(shù)據(jù)不能放在內(nèi)存里。
于是，剩下的數(shù)據(jù)就只能放在外部存儲里，外部存儲包括常見的磁盤、SSD等外部存儲設(shè)備和外部存儲系統(tǒng)等，當系統(tǒng)需要訪問外存上的數(shù)據(jù)時，需要把數(shù)據(jù)搬遷到內(nèi)存里，這需要明顯的等候時間，當數(shù)據(jù)量越來越大時，等候時間也越來越長，這種現(xiàn)象就叫做IO墻。
大內(nèi)存技術(shù)的做法是將內(nèi)存和外存合二為一，將兩者組合成大內(nèi)存，既利用了內(nèi)存的高性能優(yōu)勢，又利用了外存的非易失性（掉電不丟數(shù)據(jù)），從而省去了數(shù)據(jù)在外存和內(nèi)存之間的搬遷時間，從而消除IO墻，消除存儲瓶頸。
2019年，英特爾推出了傲騰持久內(nèi)存，它可以作為大內(nèi)存的核心硬件，作為業(yè)內(nèi)第一款商用的SCM（Storage Class Memory，存儲級內(nèi)存）解決方案，它比傳統(tǒng)DRAM內(nèi)存的容量更大，同時兼具非易失性，性能接近于傳統(tǒng)內(nèi)存，這使得大內(nèi)存方案的落地成為可能。
基于英特爾®傲騰™的大內(nèi)存技術(shù)：落地與應(yīng)用
MemVerge的大內(nèi)存軟件可以將不同的內(nèi)存硬件虛擬為一個大的內(nèi)存池，在應(yīng)用看來，大內(nèi)存軟件構(gòu)建的內(nèi)存池與原來的DRAM沒有任何區(qū)別，應(yīng)用無需做出任何改變即可使用大內(nèi)存池。另外，大內(nèi)存軟件還提供了各種常見的數(shù)據(jù)服務(wù)，比如快照、復制以及安全功能。
宋家雨認為，MemVerge大內(nèi)存軟件的設(shè)計非常巧妙，它構(gòu)建了一個傲騰內(nèi)存與應(yīng)用軟件之間的中間層，屏蔽了背后復雜的技術(shù)實現(xiàn)，讓實際環(huán)境中許多舊有的成熟的應(yīng)用軟件無需做任何修改即可利用以英特爾®傲騰™構(gòu)建的大內(nèi)存方案，這為大內(nèi)存技術(shù)的普及打下了良好基礎(chǔ)。
在將MemVerge大內(nèi)存軟件推向市場的一年多時間以來，已經(jīng)在包括金融行業(yè)，高性能計算，以及云服務(wù)等領(lǐng)域得到了許多應(yīng)用，而且，許多場景的具體用法都有所不同。
金融行業(yè)中，一些銀行和交易市場將大內(nèi)存技術(shù)用于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，不僅提供了更大容量的內(nèi)存，同時還利用了快照技術(shù)，從而能在宕機時快速重啟并恢復業(yè)務(wù)服務(wù)，比起傳統(tǒng)方式的速度快了約1500倍，極大提升了系統(tǒng)的容錯性和服務(wù)的連續(xù)性。
在高性能計算領(lǐng)域，特別是在涉及生物基因計算場景中，大內(nèi)存技術(shù)可以幫助生物信息科學家更高效地進行基因分析，能將獲取結(jié)果的速度提高30%-60%，這無論是對于新冠病毒的研究，還是對于癌癥治療的研究，諸多生物基因相關(guān)研究工作都大有裨益。
云服務(wù)商利用大內(nèi)存技術(shù)提高單臺設(shè)備的內(nèi)存容量，從而提高單臺設(shè)備的虛擬機密度，用一樣的硬件提供更多虛擬機服務(wù)，這意味著單個虛擬機成本的降低，也意味著競爭力的提升。
新技術(shù)新趨勢，傲騰持久內(nèi)存將扮演更重要角色
以英特爾®傲騰™打造的大內(nèi)存技術(shù)要打破IO墻，突破存儲瓶頸，解決真實的用戶痛點，擁有令人向往應(yīng)用前景，但以傲騰為代表的SCM要做的事情還遠不止于此，我們也看到，一場技術(shù)架構(gòu)變革正在數(shù)據(jù)中心里有序進行。
2019年，英特爾牽頭成立了名為CXL（Compute Express Link）標準組織，以實現(xiàn)CPU與GPU、FPGA等各種專用加速件的高速互聯(lián)，對于突破存儲瓶頸也意義重大。
對于存儲來說，CXL是一種新的內(nèi)存接口，與原來的DDR相比，CXL具有更高的可擴展性，更高的帶寬。CXL支持包括英特爾®傲騰™以及SSD等各種存儲方案，它的架構(gòu)設(shè)計不局限于單個系統(tǒng)，而且可以在多機之間進行連接，可以實現(xiàn)多機之間的共享。
范承工表示，CXL是一個改變游戲規(guī)則的新技術(shù)，它可以實現(xiàn)內(nèi)存和計算的相對獨立，可以實現(xiàn)多機之間的內(nèi)存池化共享，可以實現(xiàn)真正的可組合基礎(chǔ)設(shè)施，可以動態(tài)地為系統(tǒng)添加計算、內(nèi)存、存儲資源。
這意味著，CXL將有助于實現(xiàn)計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源的機架級解耦，將改變未來的數(shù)據(jù)中心計算架構(gòu)形態(tài)，一個大的內(nèi)存池將出現(xiàn)，而傲騰持久內(nèi)存在未來數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中也將扮演更重要的角色。
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