在2015年中,英特爾與美光宣布合作發展新一代記憶體技術3D XPoint,強調能提供的效能及耐用度,可達到現行NAND Flash的1,000倍,後來英特爾將採用這套技術的系列產品,命名為Optane。而在2017年3月,英特爾終於正式推出資料中心等級固態硬碟Optane SSD DC P4800X,除了具備更快的資料存取速度與更長的使用壽命,作為伺服器的儲存裝置或快取,他們也引進了新的軟體定義記憶體(Software Defined Memory,SDM)技術,能將Optane SSD用於DRAM記憶體的部分容量取代或延伸。

而這款產品推出之後,英特爾也積極與許多IT廠商合作,希望推動相關的應用生態系。

例如,微軟針對旗下伺服器作業系統Windows Server 2016裡面的軟體定義儲存技術——Storage Spaces Direct,宣布未來將會支援這款儲存裝置。

更早之前(2016年11月),IBM Cloud也宣布和英特爾合作,提供Optane SSD搶先試用。這項在2016年底上線的服務,稱為「Intel Optane SSD Innovator Testbed」,是在IBM Cloud資料中心裡面的聯想伺服器上執行(聯想本身也是Optane先期採用的OEM廠商之一)。而在2017年下半,IBM也將在Bluemix平臺上,推出許多底層採用Optane SSD儲存裝置的新型服務。

而在系統廠商方面,我們也看到Supermicro在全系列伺服器產品線,宣布支援Optane SSD,初期將會針對這款固態硬碟的PCIe擴充介面卡形式為主。若以2U伺服器為例,該公司表示,每臺設備將可提供6百萬IOPS的寫入效能,以及16.5TB的Optane高效能儲存空間。
HPE也在2016年底預告,將會在他們正在發展的儲存系統加速技術3PAR 3D Cache當中,支援Optane SSD這類型的儲存等級記憶體(Storage Class Memory)。3PAR 3D Cache是一種DRAM快取的延伸,可結合HPE 3PAR的智慧型快取演算法,以及NVMe協定,預計可大幅提升HPE 3PAR StoreServ All Flash儲存系統的效能。

對於Optane SSD的應用上,英特爾也和許多廠商合作,橫跨企業用戶、獨立軟體開發商,以及系統OEM廠商。

提供超越現行NAND Flash技術的效能與耐用度

如同上述提及的特色,Optane SSD DC P4800X這款產品因為採用3D Xpoint技術的關係,因此具有低延遲度、高吞吐量的存取性能,並且具有相當大的耐用度,能做到更好的儲存服務品質控管(QoS)。

相較於現行NAND Flash固態硬碟,在新推出的Optane SSD DC P4800X當中,英特爾強調三種優勢:首先在更低的佇列深度,即可提供高I/O效能;其次是在高存取負載的情況下,反應時間卻能更短,幅度可達到35倍;對於應用程式讀取資料時的反應時間,也有六、七十倍的改進。

而在後續發布的規畫上,今年3月中之後,英特爾會先推出容量、介面卡形式的產品,希望在下半年能夠普及;第二季則是發布375GB的U.2形式產品,以及750GB的介面卡與U.2產品;下半年預計推出1.5TB容量的產品。

以資料存取的效能而言,P4800X即使面對的是佇列深度(Queue Depth)較低的工作負載,也能提供5到8倍的效能增長幅度,而且在單一存取的情況下,就能達到很高的吞吐量與很低的延遲。舉例來說,P4800X在佇列深度為11的狀態下,就能提供50萬IOPS,或是2GB/s的效能,相較之下,一般採用SATA或NVMe介面的固態硬碟,若要展現最大吞吐量的效能,往往必須搭配更大的佇列深度(SATA為32,NVMe是128)的組態。

這也是4K隨機讀寫70/30的測試,差異在於佇列深度(Queue Depth)。NAND Flash固態硬碟在佇列深度較大的狀態下,可提供更高的I/O效能,但Optane SSD(黃色部分)在佇列深度較小的狀態下,就能具有不錯的效能,與前者相差5到8倍。

圖中是4K隨機讀寫70/30的測試,P4800X在I/O負載持續提升的情況下,讀取的延遲度都維持在更低的狀態,可到10微秒以下,在服務品質的控管(QoS)上,不會超過 200毫秒。

而採用NAND Flash設計的P3700,延遲度卻呈線性增長的趨勢,反應時間是P4800X的10倍,若在QoS的測試下,反應時間可長達P4800X的100倍。

至於P4800X在效能上的另一個特色——低延遲度,根據英特爾內部的隨機寫入資料量2GB/s的壓力測試結果來看,這臺固態硬碟在讀取資料的反應時間,仍可維持在30毫秒以下。而且,在同樣的龐大工作負載下,若以英特爾NAND Flash的SSD DC P3700為基準,P4800X在這方面的表現,可達到8到40倍——當單位時間的寫入資料量越大,P4800X的反應時間平穩,P3700卻是線性增加,因此兩者的差距越來越大。

此外,P4800X若面對隨機寫入的工作負載,對於讀取資料的反應時間也是相當快,若同樣以P3700為對照組,P4800X在99%的讀取反應時間,可達到60倍之高!而有了這樣的效能,企業可以進一步加快各種資料分析作業,提供更穩定、迅捷的存取服務品質。

在混合式工作負載、QoS,以及佇列深度為1的設定下,P4800X(黃色部分)的讀取反應時間幾乎都在很短的時間內,相較之下,P3700的讀取反應時間分散、不平均,與P4800X之間的落差,最大可到60倍。

圖中是在增加持續隨機寫入資料量的情況下,觀察NAND Flash SSD與Optane SSD之間的效能差距。隨著每秒寫入的資料量越來越大,P4800X(黃色部分)讀取資料的反應時間非常短暫,而且平穩,而P3700的反應時間卻越來越長,因此P4800X領先幅度也越來越明顯,甚至可達到40倍之高。

而在儲存裝置本身的耐用度,Optane SSD在每日寫入量(DPWD)可達到30以上,而且這方面的規格還有向上擴充的空間,因為,英特爾在這系列固態硬碟當中,特別運用了就地寫入(Write in place),以及非破壞性的寫入處理等技術。

若以我們現行使用的NAND Flash固態硬碟來看,每日寫入量是在0.5到10之間,因此,新推出的P4800X,以及日後其他款Optane SSD,載使用壽命上,也會比傳統固態硬碟要來得長。

耐用度更佳,也是Optane SSD的優點之一。英特爾表示,若以P4800X 750GB容量的機型,對上NAND Flash固態硬碟P3700 800GB的機型,在這樣相近的儲存容量下,前者可寫入的資料量是後者的2.8倍。
值得一提的是,NAND Flash固態硬碟的每日寫入量(DPWD),一般而言,是0.5到10之間,但Optane SSD的DPWD,則為30以上,當中應用了Write in place技術,以及非破壞式寫入的方式。

支援新的軟體定義記憶體技術,能以固態硬碟之姿,大幅擴充伺服器的記憶體容量

除了固態儲存的應用之外,P4800X也採用了英特爾新發展的Memory Drive Technology,能夠將固態硬碟整合為系統記憶體的子系統,形成非揮發的記憶體共用資源池,讓作業系統和應用系統將SSD當成DRAM來存取。

目前Optane SSD有兩種使用方式,一種是作為系統的儲存裝置與快取,不同於DRAM、NAND固態硬碟。

另一種Optane SSD的用法,則是作為延伸記憶體來配置,可透過軟體定義記憶體的技術Memory Drive Technology,將DRAM和Optane SSD融合為記憶體資源池。

在當時的簡報內容裡面,英特爾表示,Memory Disk搭配NVMe固態硬碟之後,能針對兩種情況的應用:取代部分記憶體,以及擴充記憶體。前者可節省記憶體成本與電費,後者則是能在伺服器原本的系統記憶體最大容量限制下,以NVMe固態硬碟增加系統記憶體空間。

不過,當時英特爾提到NVMe固態硬碟的單位儲存成本,主要是以P3700的容量作為基準,號稱可以用固態硬碟的2.5倍成本,提供到5倍記憶體容量。

以運作方式而言,這項技術是一種軟體的中介層,執行在作業系統以下的層級,能夠將固態硬碟轉換成記憶體,並且軟體會判斷資料應該存放的位置,以便達到最佳效能。

使用者可透過軟體將Optane SSD與系統記憶體配對,而以單一記憶體資源池的形式呈現在作業系統當中,換言之,應用系統可在不需修改的情況下,即可應用Optane SSD,並用這樣的儲存裝置來擴展記憶體資源池。

事實上,Memory Drive Technology使用的軟體,主要是英特爾向ScaleMP公司取得授權而來,而這家公司的強項是軟體定義式記憶體相關技術。在2016年8月,他們宣布旗下的SDM已針對Optane SSD進行最佳化。

在英特爾所公布的產品規格當中,我們也看到Memory Drive Technology能夠運用的軟體定義記憶體容量,最大可到64TB,而在與系統記憶體之間的搭配上,英特爾建議Optane SSD的容量,最大可採用8倍的配置,也就是說,若系統記憶體為128GB,Optane SSD最大可搭配1024GB。

將DRAM搭配Optane SSD、Memory Drive Technology之後,可獲得更大的系統記憶體容量。若以Xeon E5 v4系列處理器為例,在2路伺服器的記憶體組態,最大可到3TB(24個插槽裝上每支容量為128GB的記憶體),而Memory Drive Technology軟體在2路伺服器當中,最大可支援24TB的定址空間。所以,在這種方式下,伺服器的記憶體可擴充到原來的8倍。

在英特爾公布的資料當中,在這樣的記憶體共享機制下,特定應用程式可以獲得近乎完全在系統記憶體內執行的良好效能,但有些應用程式工作負載不一定能發揮效能優勢。

 

而在這樣的架構下,伺服器端的組態與使用,也有一些條件與限制,需要注意。

例如,伺服器端可搭配的處理器為Xeon E5與E7的v2系列以後的CPU,支援到8路架構;在儲存裝置方面,這項技術需要搭配具有系統開機能力的儲存媒體使用,並且不支援熱插拔的作法。

作業系統的部分,Memory Drive Technology目前支援兩種平臺——Red Hat Enterprise Linux 6.5到7.3版,以及SUSE Linux Enterprise Server 11 SP4到12 SP2,而且,安裝這些Linux作業系統時 伺服器端必須設為非UEFI的模式。

Memory Drive Technology所形成的記憶體資源池,現階段主要針對的是Optane SSD與DRAM,未來也將支援以3D XPoint設計的DIMM記憶體模組。

產品資訊

Intel Optane SSD DC P4800X
●原廠:Intel(02)6622-0000
●建議售價:廠商未提供
●可用容量:375GB、750GB、1.5TB
●存取效能:50萬IOPS(4K隨機讀寫70/30)
●延遲度:低於10微秒
●使用介面:PCIe 3.0 x4、NVMe 1.2
●外型:半高半寬介面卡、2.5吋U.2

【註:規格與價格由廠商提供,因時有異動,正確資訊請洽廠商】


Advertisement

更多 iThome相關內容