英特尔傲腾颠覆内存存储层级结构 加速驱动存储未来

2020年,企业存储与多年前相比已大有不同,存储的发展离不开硬件性能的提升,也离不开软件方案的创新。x86架构的服务器存储方案打破了专有存储设备统治的市场,在数据爆炸的时代,文件存储、非结构化数据也找到了更适合自己的方案,在经济性、可靠性方面都经过了验证。

引领存储新时代,英特尔傲腾突破存储层级结构想象

介质层面的创新开启了新的存储加速发展模式,闪存正在朝着更便宜,更大容量的方向发展,在许多场景下,闪存正在以不可阻挡的趋势替代磁盘,存储系统架构、协议以及一些应用都需要重新面向闪存而优化,与此同时,新的SCM热潮正在兴起,自从英特尔发布基于3D Xpoint的傲腾以来,越来越多的SCM方案或者方案原型也浮出水面。

作为一个底层技术层次上的重大创新,SCM本身需要很大的资金和时间投入,而且失败的风险很高,这些风险直接劝退了喜欢跟风炒作的厂商,对于SCM,大家是认真的,因为背后是有真正的需求作为推动力。

正如英特尔反复提及的“存储金字塔”所说的那样,介于内存和NAND之间的部分差距过于悬殊,Optane就是用来填补这一鸿沟的方案。傲腾已经发布了三四年了,一些用户对于傲腾也有了一些更深入的认识,傲腾的市场发展也取得了阶段性的成果。

下一阶段,手握市场上唯一的SCM商业化方案以及NAND SSD垂直控制能力的英特尔如何看待存储未来发展的呢?为此,百易传媒(DOIT)独家专访了英特尔院士、首席傲腾系统架构师、英特尔非易失性存储解决方案事业部Frank Hady博士。

引领存储新时代,英特尔傲腾突破存储层级结构想象

英特尔如何看待存储技术未来的发展?

Frank Hady博士表示,未来存储的发展将由工作负载的需求驱动。我们可以清楚地看到,庞大的数据集将在未来不断涌现,全球数据量每三年就会翻一番。而且,如人工智能与物联网这样的工作负载则需要具备越来越高的性能,以快速访问这些海量数据集。又比如,在人工智能的流水作业中,其每个阶段都需要从处理器/工作负载到数据进行不同的交互。

因此,现代存储系统需要灵活多变,并能够为随机读/写和顺序读写提供高性能。存储技术正在不断演进以满足这类需求。这也意味着我们需要让存储的性能变得更高,从而拉近更多数据与处理器之间的距离。英特尔傲腾持久内存和英特尔傲腾固态盘就属于这样的技术。

此外,这也意味着我们用来承载这些海量数据的存储需要具有更大的容量。英特尔3D NAND将持续提高密度,包括提高每单元的比特数,以及每比特的密度来承载这些数据。围绕处理器的内存和存储技术层级结构将随着专属的存储层数量而增长,就性能而言,每一层的作用是将更多的数据移向处理器。

“未来的存储”要让更多数据靠近处理器

聆听Frank Hady博士的趋势洞察:

随着数据集的不断增长,存储层级中由颠覆性技术所带来的的全新存储层将让更多数据靠近处理器。
一个很明确的事实是,DRAM的比特密度增长已经明显放缓,落后于数据集的增长速度。虽然3D NAND的密度增长能够跟上数据集的增长速度,但由于距离太远(时延太高),而无法代替DRAM来存储这些数据。这意味着DRAM和3D NAND之间需要一种密度更高的新技术。这种密度更高的新技术就是英特尔傲腾技术,它能够存储不适用于DRAM的庞大数据集,实现快速计算。

引领存储新时代,英特尔傲腾突破存储层级结构想象

未来的存储还将在NAND固态盘层面进行创新。如之前所说,对更加庞大的数据集进行存储迫在眉睫,NAND固态盘将持续提供更大的容量。这些具备更大容量的SSD固态盘主要通过更高的存储单元面积密度和每单元比特数量的增加,实现3D NAND芯片级密度的持续快速提高。

由于采用了浮栅技术和CuA设计,英特尔QLC 3D NAND固态盘能够以更低成本存储更多数据。实际上,英特尔傲腾持久内存和固态盘能够存储使用频率更高的数据,结合超大容量的3D NAND固态盘,这一组合可以最大程度的发挥各自的优势所在:对最常用数据进行最高性能访问,对所有数据进行快速访问。

这一灵活、能够洞察存储介质,并经过软件优化的解决方案能够在QoS SLA中提供现代数据存储解决方案,并快速传送所有类型的数据。

傲腾在“未来的存储”中扮演什么角色?

英特尔傲腾技术在未来的存储中有两个角色:高性能固态盘和持久内存。

英特尔傲腾固态盘的时延比NAND固态盘低一个数量级。事实上,在有些不友好的读/写工作负载下,时延最长的读取差异可以达到近两个数量级。此外,英特尔傲腾存储相比NAND存储在单位容量下也拥有更高的带宽和更强的持久性。这一优势意味着英特尔傲腾存储非常适合系统中最为常用的数据。英特尔傲腾存储拥有能够满足诸多工作负载所需的性能和持久性,与NAND存储相比可以减少处理器等待时间,从而高速完成计算。

引领存储新时代,英特尔傲腾突破存储层级结构想象

英特尔傲腾持久内存同样具备所有上述英特尔傲腾固态盘的优势,并拥有更多其它优势。作为持久内存,英特尔傲腾介质可通过一个处理器指令,在350纳秒内对系统做出响应。这远快于操作系统访问存储的速度,甚至英特尔傲腾固态盘也需要近1万纳秒(NAND固态盘更慢,大约是10万纳秒)。更具优势的地方在于,英特尔傲腾持久内存能够在内存大小(64字节缓存线)而非块大小(至少521或4096字节线)下被高效地访问。得益于这些特性,英特尔傲腾持久内存不仅能够为新应用和软件层面的存储架构创新打开大门,也将进一步加速大型数据集的处理。

未来已经到来!

从技术角度来看,未来已经到来,系统也正在加速拥抱这些新的存储技术。英特尔傲腾持久内存是存储和内存之间的桥梁,使超低延迟的持久性数据存储直接可用于处理器,避免额外系统开销。英特尔傲腾固态盘通过更普及的存储接口提供对同样高性能存储介质的访问能力。

这种快速存储可以保存最常访问的数据,其余数据存储系统可以通过采用英特尔QLC 3D NAND 固态盘存储其他数据,进行自由优化从而降低成本。尽管现阶段这些技术已经可用,但系统仍处于利用它们的早期阶段。vSAN是目前进行系统级创新的典型案例,其通过将写操作缓存在英特尔傲腾固态盘来提高整体性能,而读取操作则放在NAND中进行。

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