仁川连线:一场关于傲腾的不对称战争

​说起Naver可能大家都很陌生,但如果说Line这款App,可能就会恍然大悟——Naver就是Line的母公司。

Naver是韩国第一大互联网公司,韩国排名第一的搜索门户网站——世界上少有的几家在搜索领域与谷歌正面对决,还大获全胜的公司之一。几乎每一部韩国手机中都至少有一款Naver出品的App,这些App涵盖了新闻、视频、地图、图片、支付、购物、翻译以及游戏等诸多领域。在《财富》杂志2018年发布的“未来50强”公司中,Naver排名第六,前景光明。

位于韩国江原道春川古邦(Gubong)山脚的Naver数据中心,设计风格参照18世纪朝鲜王朝的皇家图书馆奎章阁的名称,因此被称之为Gak(阁)。在极富传统艺术气息之下,除了拥有先进的IT基础设施,还使用了雨水收集与回收等节能技术。曾被评为全球十大最美数据中心

Naver的成功除了自身努力之外,也离不开合作伙伴的支持,比如在Naver数据中心内,我们看到了很多英特尔公司的产品或技术解决方案。而这次Naver数据中心之旅也源自英特尔公司的邀请,从仁川机场入关,距离首尔约60公里,从首尔向东北出发,到达江原道春川古邦山脚Naver所属的Gak数据中心,约100公里,这是英特尔主办的韩国“内存/存储日(Memory& Storage Day)”的主要行程。

登陆先锋:Intel Optane Memory H10

英特尔全球“内存/存储日”的活动主要围绕傲腾技术展开,不仅包括Intel Optane SSD(如Intel Optane DC P4800X),还有最新的Intel Optane DC Persistent Memory(英特尔傲腾数据中心级持久内存,简称DCPMM),以及围绕Optane而建立的生态系统,这也许就是Intel的底气所在——在全球内存和固态存储的大本营展开反击。

在存储领域,SSD在性能需求型市场已经全面替代了硬盘(HDD),正向容量型市场发起冲锋。而SSD之所以能够快速普及,Intel是最大的功臣之一。但现在Intel正面临挑战,其主要对手就是三星——全球最大的NAND闪存供应商,而英特尔也一度是企业级市场最大的SSD供应商。两者都希望将自己的优势扩展到对方领域,从目前态势来看,明显英特尔的进攻势头更足,因为其拥有全球领先的新型技术——傲腾(Optane)。

英特尔公司高级副总裁兼非易失性存储解决方案事业部总经理Rob Crooke在2019英特尔内存/存储日上与全球媒体分享英特尔的内存/存储策略与愿景

相比于NAND闪存,Optane有两大主要优势:性能更好,寿命更长。相比于NAND闪存有擦写次数限制,采用3D XPoint技术的Optane更类似相变存储的特性,理论上寿命更好。同时NAND闪存通过改变电荷储存状态来实现数据写入,写性能总是不佳,尤其是与读性能相比,通常写性能要比读性能差好几倍。而Optane拥有均衡的读写性能,且延迟要比NAND闪存低十倍以上,尤其是随着QLC SSD的普及,Optane SSD将替代NAND闪存SSD成为性能需求型市场的首选。

Optane SSD在写入性能、延迟以及寿命方面,相比于NAND闪存SSD,拥有极大的优势;相比于QLC SSD,Optane SSD的性能至少高出10倍以上

将Optane优异的写性能与低延迟优势,与NAND闪存的大容量和较佳的读性能进行组合,Intel在韩国的“内存/存储日”上展示了英特尔首个集成Optane与QLC SSD于一体的存储产品——Intel Optane Memory H10 with Solid State Storage(简称H10)。其实质是利用Optane为QLC SSD加速,既有高读写性能,又兼顾大容量存储。

Intel在韩国“内存/存储日”上展示的H10,是在一个M.2形状的PCB板上同时集成了Optane与QLC闪存芯片,利用Intel Rapid Storage Technology(Intel快速存储技术),让H10既有Optane高性能低延迟的特点,又有QLC闪存的大容量特点

利用高性能存储介质为较低性能的存储介质加速,这在企业级市场是一种常用的做法,且技术成熟。在客户端领域此前也有类似方案,比如利用SSD为HDD加速,但市场反馈还有待观察,一则SSD的容量较小,通常只能为开机启动加速,意义不大;二则SSD的写性能并不好,而客户端通常是读写混合场景,这会缩小SSD的性能优势,使其性能提升并不明显。这类缓存加速方案通常是基于硬盘级别,很难从架构上去感知应用,这也是效果不好的一大原因。而且这种集成方案的SSD与HDD容量总是固定的,不够灵活,这意味着可能适用场景受限。

从Intel提供的测试结果来看,在日程生活实用中,Intel处理器+H10的配置,相比TLC SSD,至少有50%以上的性能提升

相比于此前基于SSD和HDD的加速方案,H10的优势还是比较明显的,首先QLC SSD的读性能非常高,Optane只需写性能加速即可,类似读写分离,这对应用性能提升较为明显。并且,Intel拥有架构方面的优势,即从处理器到存储,再到软件,Intel能够提供整套解决方案,并基于此对各子系统进行优化,一次达到较好的整体性能提升。

Intel公司自我总结的六大技术优势:制程、架构、内存存储、互联、软件与安全。在过去三十多年里,Intel基于x86处理器构建了一个庞大的生态,将自己的触角从下而上遍及整个应用架构的方方面面,每一个Intel产品都能借助这一生态发挥出其独有的特点

利用Intel历经数十年建立的技术生态优势对H10进行优化,以更利于其性能发挥,只是Intel牛刀小试,其目光更多地聚焦在数据中心领域,利用其强大的生态以及应用架构感知优势,与先进的存储技术相结合,构建起更领先的优势。

数据中心:基于Optane的降维打击

数据中心正面临巨大的挑战,一方面移动智能终端和物联网边缘设备产生的海量数据需要更大的存储空间;另一方面机器学习、人工智能以及大数据分析等应用越来越广泛,这些技术需要底层存储提供更高的性能。而从NAND闪存的发展趋势来看,容量与性能二者无法兼得。

NAND闪存SSD以容量为主要发展路线,随着新SSD的容量越来越大,单个SSD的性能并没有增长,这意味着平均到每TB的性能(IOPS)将逐渐下滑

NAND闪存SSD随着容量的增加,每GB/TB所提供的性能反而下降,如同样提供50万IOPS性能,但新SSD的容量增长了一倍,这意味着新SSD每TB容量所能提供IOPS下降了一半。Optane SSD则没有此担忧,即使在很小存储容量点也可以发挥出超高的性能,以Intel官网的数据为例,即使是375G最小容量的Optane SSD,其也能达到50万以上的随机读写性能。

由于Optane的性能加持,使得Intel得以不断发展其NAND闪存SSD,相比于其他NAND闪存厂商止步于TLC SSD,Intel不仅率先推出了QLC SSD,还不断增加其3D NAND堆叠层数,从原来的64层到现在开始量产96层,层数的增加,意味着单盘容量将越来越大。而据Intel在“内存/存储日”上透露的消息,其将于明年(2020年)推出144层的QLC SSD。并且Intel还在会上预览了新一代5Bit/Cell的PLC(Penta-levelcell)SSD,一切都是为了容量。NAND闪存的这一发展趋势必然导致Optane替代其满足高性能市场的需求。

如果NAND闪存SSD沿着容量路线向前发展,那么显然现有的2.5英寸驱动器形态将不再适宜SSD,有限的空间内很难做到大容量。Intel早在几年前就开始布局适用于企业数据中心的新SSD形态——Ruler(从外形上看确实很像“尺子”)。

Intel展示采用EDSFF(Enterprise & Datacenter Storage Form Factor,企业与数据中心存储接口形状)接口的Ruler系列SSD,更大的空间可以容纳更多的NAND闪存颗粒,也就意味着更高的存储容量

为了提升存储密度,互联网企业可以说无所不用其极,比如微软就曾专门基于M.2 SSD设计过服务器,以在服务器内提升SSD密度。而如果EDSFF接口得以普及,不仅可以提升存储密度,还能够扩大到企业级市场,用以替代现有的U.2接口。并且EDSFF的性能可以扩展,其支持x4、x8以及x16等不等数量的PCIe通道,还支持未来PCIe 4.0及5.0。据目前搜集到的数据来看,Intel Ruler目前单条最大容量可以高达30TB以上,1台标准1U服务器可以支持36条Ruler,这意味着实现单机PB级以上的存储容量。

随着NAND闪存SSD发展,Intel Optane产品也在向前发展,与NAND闪存容量增加但性能下降的发展路线不同的是,Optane则容量与性能共同发展,据Intel提供的测试数据显示,新一代Optane SSD将拥有相比现在Optane DC P4800X SSD更好的性能。

Alder stream即为新一代Optane SSD的内部代号(DC P4800X的内部代号为Cold stream),相比于DC P4800X SSD,代号为Alder Stream的新一代Optane SSD在Aerospike性能测试中有更低的错误率(Failure Rate),并拥有至少三倍以上的性能

Intel公布的Optane与NAND闪存SSD发展路线图,第二行即为Optane SSD的发展路线,下一代Optane SSD代号名为Alder Stream

上图中同样显示了Intel Optane另一种产品形态的发展路线图(第一行),即傲腾数据中级持久性内存,第二代傲腾数据中级持久性内存内部代号为Barlow Pass,这是一个用以弥补内存与SSD之间的巨大性能鸿沟、采用DIMM接口形态的产品。这一产品将颠覆现有的应用架构,为数据中心带来全新的性能体验。

傲腾DCPMM:新型数据中心“核”动力

近十年来,内存在容量方面的发展几乎止步不前,而应用对内存容量的需求却无止境。比如Intel至强可扩展处理器支持六通道内存,提升了单机可支持的最大内存容量。但这一做法不可持续,且效果并不明显。比如以一台最新的支持第二代英特尔至强可扩展处理器的四路服务器为例,其最大可支持12TB内存容量,但通过E企研究院的估算,在配满12TB内存后,其内存的采购成本可能是服务器其他组件总购置成本的数倍。

内存数据库、虚拟化、云计算等新型应用对内存容量的需求越来越强烈,但高昂的购置成本却成为阻碍,Intel Optane的高性能与低延迟特点则让其可以作为内存的补充,这就是英特尔傲腾数据中级持久性内存。目前第一代英特尔傲腾数据中级持久性内存已经获得了诸多ISV和用户的认可,用于实际环境中获得了巨大的性能提升。

韩国现代集团已经率先将英特尔傲腾数据中级持久性内存部署于研发实验室,用于支撑虚拟桌面(即VDI应用),通过将DCPM和英特尔快速存储技术(Intel Rapid Storage Technology)相结合,减少了所需的本地存储性能,大幅提高了效率,并获得更高的安全性

除了展示用户案例之外,Intel还提供诸多测试数据来证明英特尔傲腾数据中级持久性内存对应用性能的提升,主要包括三大类:以数据库为代表的企业关键应用场景、以Spark为代表的分布式内存数据库在线分析场景、以vSAN为代表的分布式存储场景,及以超融合(HCI)为代表的云计算场景。

Intel提供的在各种应用场景下,英特尔傲腾数据中级持久性内存对应用性能的提升作用,在SAP为代表的内存数据库方面,有2.4倍的性能提升

傲腾数据中心级持久内存主要由两种应用模式,即:

  • Memory模式,英特尔傲腾数据中级持久性内存可以直接作为内存使用,这适用于虚拟化云计算环境中那些对计算性能需求并不敏感的应用,为其分配英特尔傲腾数据中级持久性内存内存,有助于总体成本节省;

  • App Direct模式,需要应用软件支持,可将其作为高速存储,比如数据库应用或分布式存储;或利用其非易失性存储特点,存放内存数据,比如SAP内存数据库,加速数据加载过程。

在App Direct模式下,英特尔傲腾数据中级持久性内存实际上改变了整个应用架构,在内存和数据存储之间新增了一层高速存储层。鉴于英特尔傲腾数据中级持久性内存表现出来的高速性能体验,其已经得到了包括OEM、云服务供应商以及独立软件供应商的支持,一个新的生态系统正在形成。

Intel围绕英特尔傲腾数据中级持久性内存构建的合作伙伴关系,其中包括了大部分的OEM、云服务供应商以及第三方软件开发商,新的生态正在形成

纵观Intel存储的整个发展历程,似乎总能看到某些历史的缩影,比如Tick-Tock,利用更先进的工艺实现隔代竞争;比如x86生态的成功之道……利用处理器、架构以及软件等方面的优势综合发力,Optane——代表不仅仅是一个技术或产品,而是一个完整的生态。这才是Intel最强大的优势。

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