SCM - перспективы одноуровневой памяти - Storage News
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
SCM – перспективы
одноуровневой памяти
Преимущества SCM (Storage Class Memory), построенной на базе Persistent Memory (PMEM или nonvolatile
memory – NVDIMM – энергонезависимая/постоянная память), которая уже в ближайшие годы (начиная с конца
2018 г.) кардинально изменит как архитектуру вычислительных систем, так и принципы разработки ПО.
Введение (SCM позиционируется с задержкой
10–20 микросекунд вместо диапазона
Появление памяти класса SCM (Storage 100–200 микросекунд у флэшнакопи
Class Memory) на базе PMEM расценивает телей.);
ся многими аналитиками как одно из рево
люционных событий десятилетия. SCM по – установка большего объема SCMпа
зволит не только удовлетворить требова мяти на серверах гораздо более эконо
ния все возрастающей доли современных на мична, чем увеличение количества дис
грузок, связанных с: ков и массивов в SAN для повышения
производительности базы данных;
– аналитическими приложениями реаль
ного времени (включая большие данные, – увеличение эффективности потребляе
inmemory databases, NoSQL, BI, слож мой мощности (в сравнении с HDD/
ные запросы); SSD, особенно в случае LRDIMM);
– виртуализацией / облачными вычисле – улучшение планирования многоядерных
ниями / IaaS (нововведения в Windows процессоров;
Рис. 2. Преимущества SCM над DRAM со време
Server 2012 и 2016: расширении виртуа – снижение свопинга виртуализирован нем будут возрастать.
лизации с MS HyperV до 1024 VMs на ного приложения во время виртуали
хост и 64 vCPUs на VM с до 1TB RAM на зации, что увеличивает среднее число
VM и 64TB VHDX); экземпляров виртуальных машин, ко
– высокопроизводительными HPC/GPU на торые могут выполняться на каждом
грузками; хосте (иногда удваивая объем рабочей
нагрузки).
– поддержкой контейнеров;
– открытыми программируемыми сетями Тенденции в технологиях
(SDN/NFV) Технологии и архитектуры традицион
и др., но и качественно изменить подход ных хранилищ данных и оперативной па
к обработке данных, программированию, мяти все в большей степени переплета
обеспечению целостности/сохранности/ ются. Тому свидетельство:
безопасности/комплайнсу данных. – хранилище, построенное на полупро Рис. 3. Изменение во времени иерархии хранения
SCM положительно скажется как с точки водниковых медиатехнологиях, таких данных.
зрения появления новых бизнесов/сервисов, как 3D NAND Flash, может достичь
так и их ценовой доступности для всех очень низких латентностей (
пользования с другим компьютером в обеспечивают независимые инновации и подсистемы хранения и приводят к опе
сети. Возможно, образ памяти будет про поддерживают взаимозаменяемость ком рациям вводавывода, которые сохраняют
верен в файловой системе, которая будет понент между поставщиками компонент и или извлекают связанные данные с физи
бэкапироваться, архивироваться или об системными решениями. В случае PMEM ческого устройства хранения. Поскольку
рабатываться любым из множества про сегодня есть два основных интерфейса: эти операции часто могут занимать не
цессов на требования соответствия дан сколько сотен микросекунд, операцион
1. Формфактор DIMM и интерфейс
ных стандартам/рекомендациям. Теперь ная система отмечает, что это приложе
DDRx: это основная модель памяти
это явные, проактивные, независимые ние ожидает завершения вводавывода, а
DRAM в экосистеме процессора x86. Ар
решения в области управления информа затем переходит к поиску другой работы.
хитектура процессоров и материнские
ционной политикой, а не побочные эф Когда операция запоминающего устрой
платы определяют фиксированное коли
фекты, возникающие в результате ис ства, наконец, завершается, операцион
чество каналов памяти DDR и слотов
пользования технологии энергозависи ная система прерывается достаточно дол
DIMM, предназначенных для соответст
мой памяти. го, чтобы отметить, что ожидающая опе
вия ограничениям производительности,
рация завершена и что приложение может
Разработчики приложений могут исполь мощности и охлаждения. Некоторые ре
быть возобновлено.
зовать преимущества постоянной памяти шения SCM (Storage Class Memory), такие
как фундаментальную особенность для как 3DXP (Intel 3D Xpoint) от Intel, могут 2. Load/Store (загрузка/сохранение). По
написания приложений. Сегодняшние быть адаптированы для работы в рамках сути, приложения состоят из небольших
БД с inmemoryобработкой являются в этих ограничений. В этом случае Intel соз инструкций, которые кодируют логику
основном эволюционными приложения дала проприетарное расширение для программиста в последовательность дво
ми из мира чтения / записи данных. Хотя DDR для обеспечения более медленного ичных или арифметических операций
они были доработаны, чтобы использо времени доступа к 3DXP и DRAM. С точ с данными. Современный процессор x86
вать преимущества большой памяти, они ки зрения отрасли, идеальный PMEM бу выполняет эти операции путем быстрого
обычно имеют резервную копию, которая дет работать в стандартной специфика доступа к данным непосредственно из
делает необходимым хранение согласо ции DDR без проприетарных или пользо своей основной памяти. Операция LOAD
ванных копий данных в составе приложе вательских расширений. принимает данные из памяти и выводит
ния. Мы можем ожидать, что для мира их в логический движок процессора, что
2. Интерфейс PCIe: это основной интер
PMEM будут созданы новые механизмы бы выполнить некоторый шаг вычисле
фейс вводавывода для процессора x86 и
консистентности и восстановления. ния. Аналогично, операция STORE берет
сегодня NVMe стал самым эффективным
данные из процессора и помещает их в па
протоколом для поддержки блочного хра
История SCM мять. Процессоры, как правило, имеют
нения на базе PCIe. Интересны 4 форм
небольшие, очень быстрые внутренние за
В рамках темы флэшинвестиций появил фактора PCIe:
поминающие устройства, известные как
ся набор новых возможностей памяти. – плата расширения (AIC, AddInCard), кэши, которые достаточно быстры, чтобы
Эти возможности «новой памяти» в ос предназначенная для постоянной уста синхронно работать с процессором, – час
новном подразделяются на две категории: новки в физический слот PCIe; то всего несколько наносекунд. Когда тре
1. Fast Storage (быстрое хранилище). Это – U.2устройство, предназначенное для буемый доступ не может быть обработан
технологии, которые работают от 110 до физически обратной совместимости кэшем, процессор ждет, пока подсистема
10100 раз быстрее, чем флэш, для storage с формфактором 2,5 "HDD; памяти завершит операцию, обычно в те
приложений с высокой частотой обраще чение 50100 наносекунд. Процессор ждет
ний / низкой задержкой. Промышлен – Enterprise Datacenter Solid State Form или «останавливается», пока операция па
ность называет эти технологии «Storage Factor (EDSFF) – новый формфактор, мяти не будет выполнена.
Class Memory» (SCM). SCM часто исполь разработанный с нуля, для размещения
зуется как высокоскоростное устройство и использования уникальных возмож SW'экосистема
READ / WRITE для использования в ка ностей твердотельных носителей без 1. Операционные системы. Windows и
честве хранилища компьютеров и будет "устаревшего багажа" для совместимо Linux быстро развиваются для создания
использоваться для создания твердотель сти с формфактором жесткого диска. или улучшения поддержки как операций
ных дисков (SSD). Технически, NAND Dell EMC внедрила этот дизайн под с очень малой задержкой SCM IO (~ 1
Flash – это тип SCM. названием «SoloFlex», при поддержке 10us READ / WRITE), так и высокоскоро
других производителей OEMпроизво стных LOAD / STORE до PMEM. В ре
2. Large & NonVolatile Memory (большая дителей и производителей SSD.
и энергонезависимая память). Техноло зультате IO SW стеки, файловые системы
гии, которые работают в области 50ns, по Кроме того, в рамках развиваемой дата и менеджеры памяти ядра расширяются
падают в эту категорию, как правило, центричной архитектуры сообществом для поддержки нового класса приложе
в слот DIMM, но более высокоемкие и/ производителей развивается протокол/ ний, желающих использовать эти новые
или более рентабельные, чем DRAM. Эти стандарт GenZ, который становится но возможности.
технологии с «большой памятью» хорошо вым типом фабрики, масштабируемой 2. Приложения. Фрэймворки управления
подходят для растущих потребностей на в рамках шкафа и который может быть за корпоративными данными оптимизиро
грузок с высокой бизнесценностью и in менен на DIMM/DDR и/или PCIe/NVMe ваны для поддержки как очень быстрого
memory масштабируемостью. Кроме того, (см.: http://genzconsortium.org/ – для все вводавывода, так и очень большой про
эти носители являются энергонезависи стороннего изучения этой новаторской от цессорной памяти. SAP/HANA, Oracle/
мыми – они сохраняют свое состояние раслевой технологии). TimesTen and Microsoft SQLServer In
при отключении питания или перезагруз Семантика доступа Memory OLTP являются действующими
ке, или неожиданном удалении, свойства примерами этой оптимизации. Кроме
сохранения данных, которые ранее были Информация, хранящаяся как "0" и "1", того, аналогично адаптируется множество
приписаны только устройствам хранения. получает доступ к рабочим нагрузкам разнообразных фрэймворков near / no
Промышленным термином для этих тех программного обеспечения одним из двух SQL и opensource. Техническая рабочая
нологий является «Постоянная память» основных способов: группа по программированию в области
(PMEM). PMEM чаще всего используется 1. Read/Write (чтение/запись). Приложе энергонезависимой памяти SNIA провела
как устройство LOAD/STORE, исполь ние, поддерживаемое библиотекой из исключительную работу по подготовке
зуемое непосредственно процессорами фрэймворка или из языка программиро как независимых разработчиков, так и
в качестве основной памяти без вмеша вания, обращается к своим данным, ис IHV для этого нового мира. В частности,
тельства SW. пользуя READ или WRITE системный Энди Рудофф (Intel), возможно, является
вызов, семантика которого определяется самым заметным и последовательным
Архитектура SCM программным интерфейсом POSIX. Этот евангелистом в этой области.
Форм'фактор и интерфейс стандарт интерфейса является основой 3. Языки программирования. Большинст
мобильности приложений в течение поч во современных языков программирова
ИТиндустрия определила ряд стандарт ти 30 лет. Как правило, эти системные
ных электромеханических интерфейсов и ния и программистов понимают разницу
вызовы посылаются в ядро операционной между быстрым хранением (DAS/внеш
протоколов данных, которые в целом системы, проходят через блокуровень
“Storage News” № 2 (71), 2018, www.storagenews.ru 15
journ_71.pmd 15 12.09.2018, 12:46
ние СХД) и памятью (оперативной). Тем
не менее, большинство из них также «зна
ют», что хранилище (как правило) посто
янно, а память (всегда) изменчива. Теку
щие языки программирования будут раз
виваться, и из академических кругов бу
дут возникать новые модели программи
рования. Это не произойдет в одночасье,
подобно длительному и изнурительному
внедрению параллельных и многопоточ
ных моделей программирования в ответ
на экономические преимущества много
ядерных процессоров.
4. Шифрование. Значительные отраслевые
усилия пошли на поддержку шифрования
DataAtRest. Накопители хранилищ хра Рис. 4. Со временем доля SCM будет возрастать и замещать традиционные уровни хранения на HDD/SSD.
нилищ и твердотельные накопители были
– 3D CrossPoint (3DXP) – Intel / Micron. ется, не смогут обеспечить настоящую
расширены для поддержки промышлен
Это технология резистивного ОЗУ PMEMзамену PMEM в областях про
ных требований комплайнса к данным та
(RAM) с фазовым переключением. Она изводительности, мощности, выносли
ких, как FIPS. С появлением PMEM эти
быстрее, чем флэш, имеет бОльшую ем вости или масштаба литографии (стои
модели должны быть расширены и на па
кость, но медленнее, чем DRAM. В на мость). Из оставшихся потенциальных
мять. Предлагается несколько моделей на технологий NRAM является наиболее
стоящее время Intel позиционирует эту
основе того, выполняется ли шифрование перспективной изза ее уникальных
технологию под брендом Optane. Intel
процессором, межсоединением памяти способностей для решения проблемы
планирует запустить DIMMвариант
или внутри самого модуля памяти. замены DRAM и, следовательно, по
3DXP, Apache Pass, как «большую (но
медленную) память» в конце 2018 года; тенциально ускоряет развитие зарож
Области применений SCM, на дающегося рынка PMEM и окружаю
которые ориентирована Dell EMC – Faster NAND (более быстрая NAND) –
щей экосистемы оборудования и про
Samsung и Toshiba создали каждый свой
Память версии 1.0, как известно, сложна и граммного обеспечения.
SLC флешнакопитель как тактический
имеет существенные технологические рис ответ на Optane – ожидаются в продаже Когда ожидается выход Persistent Memory
ки. Среди рынков и компаний, готовых в 2018 году. Samsung продвигает свою на внешний рынок?
внедрять постоянную память, следующие: разработку под брендом «ZNAND»;
Intel готовит своих клиентов к продукту
– компании с гипермасштабируемой ин – Resistive RAM (ReRAM, Memristor, ре PMEM NVDIMM в конце 2018 года. Эти
фраструктурой, такие как Google, стре зистивная оперативная память) – продукты должны быть быстро приняты
мятся ускорить внедрение большой па Toshiba / SANdisk. Технология популя OEMпроизводителями и поддерживать
мяти серверов; ризируется лабораториями HP, но это ся независимыми поставщиками ПО.
– раннее внедрение технологий PMEM затрудняет их коммерциализацию. В результате усилий Intel по развитию
Dell нацелено на замену большой па Планы выпуска WD / SNDK перенесе рынка, другие новые технологии памяти,
мяти серверов и рабочих станций; ны на 2019 год; которые будут выходить на рынок, будут
– RAM Phase Phase (PCRAM) – SK Hynix. более легко им восприниматься, посколь
– платформы хранения, поскольку при ку достигнут коммерциализации в тече
менение PMEM в них обосновано за Разработка технологически аналогична
3DXP. Hynix планирует поставлять пер ние следующих 2 лет.
счет того, что стеки программного
обеспечения улучшаются, что дает воз вые устройства PCRAM в 2019 году. Со временем доля SCM будет возрастать и
можность использовать PMEM для К 2020 году системные архитекторы и ко замещать традиционные уровни хранения
дифференцированных затрат, произ нечные пользователи будут иметь широ на HDD/SSD (рис. 4).
водительности и возможностей. кий выбор вариантов дизайна в этой об Публикация подготовлена по материалам,
PMEM, скорее всего, будет использо ласти «быстрого хранения». предоставленным Dell EMC
ваться в разработке новых твердотель
ных накопителей, чтобы повысить Хотя вышеупомянутые технологии подхо
производительность и избежать слож
ности современных встроенных
DRAM и решений SuperCap;
дят как устройства блочного хранения,
подключенные к шине PCIe, они не име
ют требуемых характеристик производи
Dell EMC ускоряет
– в долгосрочной перспективе использо
вать PMEM будут такие традиционные
тельности и долговечности, чтобы быть
настоящей памятью класса DRAM. Из ос
тавшихся технологических возможностей
внедрение ИИ
ISV, как SAP, ORCL и MSFT, чтобы два показывают наибольший потенциал Август 2018 г. — Компания Dell EMC
использовать ценность сохранения для замены DRAM: объявила о доступности готовых решений
данных, поскольку экосистемы PMEM Ready Solutions for AI с технологиями
SW созревают, и ожидается, что старта – Magnetic RAM (MRAM, магнитная па
Hadoop для машинного обучения и
пы будут финансироваться в Office мять) – скорость DRAMкласса, но тех
NVIDIA для глубинного обучения. Гото
CTO, создавая новые неопасные, по нология не имеет хороших показателей вые решения Ready Solutions от Dell EMC
стоянные накопительные пакеты SW, по стоимости / плотности для поддерж упрощают среды искусственного интел
где простота и доступность данных/вы ки крупномасштабных бизнескейсов. лекта (ИИ) и помогают быстрее получать
числений являются первостепенными; Поиск ниши во встроенных приложе более глубокую аналитическую информа
ниях. Everspin – самая заметная компа цию по сравнению с конкурирующими
– наконец, архитектуры Edge / IoT HW, ниястартап в этом области; решениями1). С помощью новых ком
требующие локального захвата, хране
– Carbon Nanotube RAM (NRAM, угле плексных предложений Dell EMC помо
ния и анализа, извлекают выгоду из гает организациям полностью реализовы
единой простой модели постоянной родная нанотрубка) – скорость
DRAM, малая мощность и возмож вать потенциал новой технологии.
памяти с чрезвычайно низким энерго
потреблением и мгновенным ответом. ность масштабирования как в 2D, так В ближайшее десятилетие новые техноло
и 3D для долгосрочного сокращения гии, такие как ИИ, изменят жизнь людей,
Рынок SCM затрат. Nantero – известный стартап а также модели работы и ведения бизнеса.
в NRAM. В то время как ожидается, Согласно исследованию (https://
Каждый из игроков (Intel / Micron, что каждый из основных FABмодулей www.delltechnologies.com/ enus/perspectives/
Toshiba / SanDisk, SK Hynix, Samsung) памяти будет предоставлять разнооб realizing2030.htm) Dell Technologies и
вкладывает значительные средства в «Fast разные продукты SCM, их фундамен VansonBourne, в рамках которого были опро
Storage»: тальные технологии, как прогнозиру шены 3800 руководителей компаний со всего
16 “Storage News” № 2 (71), 2018, www.storagenews.ru
journ_71.pmd 16 12.09.2018, 12:46
Вы также можете почитать
