性能、容量都不能少,誰是企業級存儲的最優之選?

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近年來, 傳統NAND閃存 SSD在技術上取得了一定進步,其中一個體現是傳輸接口從之前的PCIe 3.0升級到了PCIe 4.0,常見的x4(四通道)基礎上理論傳輸帶寬可達到近8GB/s。不少廠商都為PCIe 4.0接口的SSD貼上了“性能旗艦”的標簽,那么這是否意味著NAND閃存SSD在換用新接口后就能具備很強的性能,能夠滿足企業級應用的要求呢?接下來先讓我們看看目前在企業存儲應用領域有什么新的需求。

SCM(Storage Class Memory存儲級內存產品)熱潮正在興起

英特爾院士、首席傲騰系統架構師、英特爾非易失性存儲解決方案事業部Frank Hady博士認為數據量的暴增提升了企業端對存儲性能的需求。

2020年,企業存儲與多年前相比已大有不同,其中一個重要的體現是數據量的暴增使得企業級存儲需要更快、更強的產品。英特爾院士、首席傲騰系統架構師、英特爾非易失性存儲解決方案事業部Frank Hady博士認為未來存儲的發展將由工作負載的需求驅動。龐大的數據集將在未來不斷涌現,全球數據量每三年就會翻一番。而且如人工智能與物聯網這樣的工作負載則需要具備越來越高的性能,能夠快速訪問這些海量數據集。舉例來說,在人工智能的流水作業中,其每個階段都需要從處理器/工作負載到數據進行不同的交互。

SCM存儲級內存產品要求產品擁有介于內存與閃存之間的性能、容量,傳統NAND閃存顯然難以達到這一要求。

因此,現代存儲系統需要靈活多變,并能夠為隨機讀/寫和順序讀寫提供高性能支持。存儲技術正在不斷演進以滿足這類需求。這也意味著我們需要讓存儲的性能變得更高,從而拉近更多數據與處理器之間的距離,而正在興起的SCM(Storage Class Memory)存儲級內存就是為滿足這一要求設計的產品。符合SCM標準的存儲產品不僅應擁有接近內存DRAM的性能表現,同時還得兼具傳統閃存的容量優點,具備存儲級的持久化和內存快速字節級訪問的共性。畢竟在傳統計算機中,各類存儲產品與內存的性能差異太大,徒增了不少功耗,數據往返的時間,存儲系統成為整體性能的短板。如果能引入性能更強的SCM產品作為內存、SSD之間的“橋梁”,成為它們的暫存器、緩存,就能彌補內存與普通SSD在性能上存在的巨大鴻溝。

所以用戶需要SCM產品擁有接近內存的整體性能,特別是訪問延遲,可以起到大幅降低I/O延遲,并用于延遲敏感型實時處理場景的目的。同時除了用作緩存,SCM產品也應像傳統SSD那樣,可用作最高性能層級的持久化存儲,在這個用途上,企業端用戶對它也有三大要求:第一同樣是需要接近內存的讀寫性能,能帶給用戶更快的讀寫速度;第二是性能一致性,在長時間使用后,存儲設備的性能不能出現明顯衰減;第三則是長壽命,畢竟企業級存儲里的數據都是“無價之寶”。

新型存儲介質才能打造高性能SCM產品

顯然,企業對SCM產品的需求是傳統SSD難以滿足的,哪怕它換用PCIe 4.0接口也無濟于事,畢竟傳輸接口的升級并沒有改變新款SSD仍使用NAND閃存的現狀。而NAND閃存與用戶的需求相去甚遠,在延遲上內存的訪問延遲不到0.1微秒,而NAND閃存的訪問延遲高達近百微秒。事實上,從實際測試來看,除了順序傳輸速度能小幅超過4GB/s外,PCIe 4.0 SSD的隨機讀寫性能、訪問延遲與PCIe 3.0 SSD相比都沒有明顯差別。在使用上,不管SSD采用哪個接口,NAND閃存都存在讀-修改-寫這個過程,長時間使用后,都會出現數據臟塊,都需要進行垃圾回收,出現速度下降的問題。同樣,NAND閃存顆粒壽命有限的問題,也不會因為接口的升級而帶來任何改變。

不論是性能還是壽命,傲騰固態盤相對于傳統3D NAND固態盤都具有壓倒性優勢。

所以要打造高性能SCM產品,最為關鍵的還是使用全新的存儲介質,例如英特爾基于3D Xpoint技術打造的傲騰介質?;诎硫v介質的傲騰持久內存、傲騰固態盤具有諸多新特性。首先是它支持就地寫入,寫入前不需要進行數據擦除。不像普通NAND閃存存在讀-修改-寫這個過程,因此它擁有更好的性能。同時在長時間寫入后,它也不會出現數據臟塊,不需要進行垃圾回收,因此傲騰產品可以很好地保持性能一致性,不會出現NAND固態盤用得越久、性能越差的問題。其次是傲騰技術支持位尋址,可以提供超低的延遲,帶來更快的傳輸速度,形象地比喻,就是將數據的載體從汽車升級為飛機。延遲方面,它最好可以做到微秒級別,雖然和內存DRAM的不到0.1 微秒相比還是存在一定的差距,但是已遠遠好于NAND閃存的近百微秒的水平。與采用NAND閃存顆粒的英特爾DC P4600 SSD 相比,傲騰固態盤DC P4800X的讀取延遲在不同寫壓力、不同隊列深度下, 只有傳統NAND SSD的 1/8到1/63。從實際使用來看,新華三HPE 3Par存儲系統在增加英特爾傲騰SCM產品作緩存后,存儲系統的訪問延時降低了50%,而I/O吞吐量則提升了80%。

此外新介質大幅提升了傲騰產品的壽命,英特爾傲騰固態盤可以支持多達60個DWPD(每日全盤寫入次數),而英特爾P4600、P4610這樣的高性能、高壽命NAND固態盤,也只能支持3個DWPD左右,英特爾傲騰固態盤的優勢是非??捎^的。因此只有像傲騰持久內存、傲騰固態盤這類產品才能滿足企業對高性能SMC產品的需求。

攜手3D NAND 帶給企業最優存儲解決方案

在企業級存儲中,應根據數據的類型、負載對它們合理地使用存儲設備。

當然傲騰的優勢并不意味著我們就不需要傳統的NAND閃存了,從經典的存儲分層金字塔架構圖中可以看到,在企業級存儲中,應根據數據的類型、負載對它們合理地使用存儲設備。例如可以使用DRAM內存、英特爾傲騰持久內存來存儲熱數據,因為它們擁有很高的性能和超低的延遲,離CPU和GPU最近,能夠獲得及時的洞察。而英特爾傲騰固態盤搭配以英特爾為代表的TLC、QLC NAND固態盤,則憑借大容量、高性能適合用于熱、溫熱、溫存儲。這種分層設計的絕妙之處在于金字塔里的每一個層級的數據、使用產品在容量和延時特性上正好有數量級的差距,這就使得用戶可以根據數據的類型、工作負載進行冷熱分層,并同時參考自己的預算,對性能的需求,對功耗的預期,來不斷地優化自己的存儲方案。

這樣的分層結構也就意味著英特爾3D NAND將持續提高密度,包括提高每單元的比特數,以及每比特的密度來承載這些數據。圍繞處理器的內存和存儲技術層級結構將隨著專屬的存儲層數量而增長,就性能而言,每一層的作用是將更多的數據移向處理器。畢竟要讓計算更有效率,存儲就必須更接近處理器。

讓存儲更接近處理器 讓存儲容量更大、速度更快

在5G技術日漸成熟、在這個數據爆發的時代,由于成本、技術多個因素的限制,內存容量的增長已經明顯放緩,遠落后于每日新數據的增長速度。雖然SSD所用3D NAND閃存的增長能夠跟上數據的增長速度,但由于它距處理器太遠、性能太差(時延太高),所以無法代替內存來存儲這些數據。而英特爾傲騰這類全新存儲介質的出現則有效解決了這個難題,憑借突出的性能優勢,它將更適合存儲那些超出內存容量之外,但需要盡快計算的龐大數據集,使得存儲和處理器更加靠近,幫助企業實現高效的工作效率。

同時未來的存儲也將在NAND固態盤層面進行創新。由于采用了浮柵技術和CuA設計,英特爾QLC 3D NAND固態盤能夠以更低成本存儲更多數據。在實際使用中,英特爾傲騰持久內存和固態盤能夠存儲使用頻率最高的數據,結合超大容量的3D NAND固態盤,這一組合可以最大程度地發揮各自的優勢所在:對最常用數據進行最高性能訪問,對不太常用的溫數據、冷數據等所有數據也能實現快速訪問。這一靈活、能夠洞察存儲介質,并經過軟件優化的解決方案能夠在QoS SLA中提供現代數據存儲解決方案,并快速傳送所有類型的數據。因此,英特爾傲騰加英特爾3D NAND固態盤這個各有所長、各有分工的組合就是目前企業級存儲解決方案中的最優之選。

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