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2019年回頭看,英特爾要如何突破存儲瓶頸?

作為數據存儲基礎設施領域近年來的一大創新,在2019年,英特爾傲騰在更多場景下普及和落地了,2019年12月,在中國數據與存儲峰會上,英特爾中國區非易失性存儲事業部總經理劉鋼為2019年的非易失性存儲在中國的發展做了一個總結,并宣布2020年將發布新一代的傲騰。

英特爾中國區非易失性存儲事業部總經理劉鋼

在筆者看來,2019年英特爾基于傲騰的創新存儲方案已經有了越來越多的應用案例,創新方案在一些有較高創新熱情的企業中率先落地,創新所帶來的價值在行業非常具有代表性,2019年中國存儲峰會的現場,英特爾展臺前人頭攢動,許多人對于傲騰存儲都表現出了興趣。2020年隨著更具競爭力的新一代方案推出后后,勢必將進入加速發展的階段。

存儲堆棧的性能和容量鴻溝

英特爾反復提及的金字塔是從DRAM到3D Xpoint(傲騰使用的介質),再從NAND到磁盤(磁帶)組成的。從上到下容量越來越高,單位成本越來越低,但性能越來越低。

首先從容量來看。在數據量飛速增長的時代,NAND容量也在飛速增長,NAND SSD的應用場景開始擠壓磁盤的發展空間。遺憾的是,DRAM容量的增長步伐遠遠落后,這使得DRAM到NAND之間的容量鴻溝越來越大。

從SLC到QLC,延遲不斷提升
從SLC到QLC,吞吐帶寬不斷下降

除了容量以外,更嚴重的是性能問題。從MLC到TLC再到QLC,NAND容量增長的過程中時延不斷加劇,而且,在現有的帶寬限制下,單位空間占用的帶寬會減少整體的性能會越來越低。

劉鋼還總結了數據緩存上下層分層的一個現象,在實際應用中,一個存儲層90%的時間都只訪問10%的數據,作為最佳實踐,需要將10%的數據放在性能更高的介質上,這就是存儲分層之間的大致關系。

如今應用系統中需要靠近CPU的數據也越來越多,DRAM的容量增長速度太慢,使得現有的存儲架構分層系統出現鴻溝,系統整體性能的提升受到了存儲架構的限制,存儲是瓶頸。

英特爾如何突破存儲瓶頸

當DRAM和NAND的層級關系不符合分級存儲規則時,業內出現了許多方案來進行應對,有的在用SLC模擬成內存,英特爾傲騰則用創新介質打造了近似內存性能的方案,在DRAM和NAND之間加入一個層級。

伴隨數據量的增長,存儲首要任務就是提升容量。在容量的演進道路上,由于DRAM是平面結構,增長方式受限,容量龜速增長,而3D Xpoint(傲騰的介質)其實跟3D NAND更像,都可以通過堆疊技術提升容量和密度。

3D NAND的堆疊技術方案有兩大派系,一種是浮柵技術(Floating gate),另外一種是電荷截取技術(Charge Trap)。浮柵技術的上下單元之間是分離的,而電荷截取技術上下層之間是連通的,當兩者都是幾十層的水平時,差異不大,當變為幾百層之后,電荷截取技術的上下電荷之間會發生串擾,隨著時間的推移,電子流失會造成數據不可靠。

浮柵技術方案在數據可靠性方面的優勢

浮柵技術雖然工藝更復雜一些,但是在數據保留方面更可靠一點。在NAND層數越來越高的時候,浮柵技術更有優勢,英特爾采取的是浮柵技術方案,也就是說可以把3D NAND做到更高層,實現更高的存儲密度。

現如今的第一代3D XPoint(傲騰的介質)架構,中間有兩個Deck。劉鋼介紹說,明年第二代3D Xpoint中將采用堆疊技術放置4個Deck。這是3D Xpoint的容量增長策略,傲騰可以像3D NAND一樣持續不斷演進,第三代3D Xpoint著重在性能上進一步優化。

英特爾基于傲騰的創新是有長遠且清晰的Roadmap的,這種Roadmap可以給用戶充足的信任感,相信英特爾會持續投入,相信傲騰有未來,這對于企業級用戶來說非常重要,創新絕非一時興起,是要持久投入長遠布局的。

多種多樣的傲騰落地方案

在實踐中,英特爾傲騰分為兩種應用類型,一種是當做內存用,性能略遜于DRAM,但價格比DRAM便宜,可部分替代內存。一種是用作SSD,但延遲比NAND SSD低,而且耐久性比NAND SSD要高很多。

傲騰技術首先在互聯網公司落地:

比如百度把英特爾傲騰固態盤+英特爾QLC SSD的方案用在了智能云平臺上,打造了高性能的全閃解決方案,IOPS更高而且更穩定,為AI、高性能計算提供統一接口的對象存儲服務,令人驚嘆的是,TCO還降低了60%。

比如阿里把PolarDB的Journal放在傲騰SSD上,大幅提升了PloarDB的數據庫性能表現。

比如快手用了傲騰持久內存來支撐Redis方案,將內存擴展到TB級,整體方案性能不減(與純DRAM方案相比),但成本有大幅下降。

隨著應用的深入,一些應用挖掘到了傲騰持久內存的非易失性,使得一些大型應用的故障恢復時間從原來幾個小時變成幾分鐘。在快手,在中國電信的系統應用中得到了體現。

中國電信四川ABM系統中使用傲騰固態盤來保證REDO數據的高并發、大數據量、響應速度高要求的特性。

在海鑫科技掌紋識別系統中,傲騰持久內存部分替代了內存存儲池存儲比對樣本,用更有成本優勢的傲騰持久內存方案打造了不遜于原有DRAM方案的內存池。

傲騰的應用案例還有很多,用戶對傲騰的應用其實可以分兩類,一種是單純的替換硬件,一種是在替換硬件的同時也對應用做針對性的優化和修改,為了幫助用戶用上傲騰,英特爾還推出了一些免費軟件,比如在加速青云NeonSAN時,在傲騰固態盤的基礎上使用了一個叫iCAS的緩存加速軟件,自動識別冷熱數據后進行分層。

從媒體的視角來看,非常多的行業已經成功部署了傲騰創新存儲方案。劉鋼也表示,目前英特爾正在全球范圍內與合作伙伴密切合作打造生態。

在中國市場上,我們看到英特爾與浪潮聯合開發內置了傲騰的軟硬一體化Ceph分布式存儲解決方案,不僅大大降低用戶使用傲騰的門檻,性能與容量與沒有傲騰的方案相比均有明顯提升。英特爾雙端口NVMe SSD——DC 4800X有雙控高可用設計,被視為打造高可用存儲方案的有力武器,全球范圍內包括戴爾易安信的PowerMax,在中國,浪潮在中端存儲AS5000G5中也都在使用。

當然,英特爾的存儲創新方案不只傲騰,在NAND方面也在引領行業,最近還發布了96層的QLC 3D NAND產品——665p,這顯示了英特爾在工藝研發制造上的優勢,在企業級應用上,金山云的CDN服務器中使用了英特爾QLC方案,配合最新的至強處理器,使得單臺設備的服務能力提高了四倍,TCO也有顯著降低,QLC的使用開創了CDN行業的先例。

結語

既有傲騰也有3D NAND,英特爾的存儲戰略還是非常全面的,從遍地開花的應用案例中可見,2019年的英特爾在突破存儲的瓶頸上成果顯著。

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