Нова ера на серверному ринку

Головна Огляди Нова ера на серверному ринку

27.09.2019

Люди завжди хотіли максимально розширити свої можливості та прагнули досягти нових меж. Одне з найекстремальнішого для людини є переживання швидкості. На зміну повільним візкам, що тижнями повзли з одного міста до іншого, та пароплавам, які місяцями перетинали океани, прийшли швидкісні автомобілі, поїзди та зрештою аероплани. Наразі надзвукові літаки можуть облетіти Землю за чотири години.

Битва за продуктивність раніше була гонитвою за кількістю шпинделів високошвидкісних дисків SAS. Багатодискові системи з HDD SAS 15K rpm були великими, потребували багато енергії та вимагали потужної системи охолодження. На зміну їм прийшли твердотільні накопичувачі в парі з SSD-кешуванням. Перенесення I/O-операцій на твердотільні накопичувачі дало змогу знизити частоту звернень до HDD, тобто залежність продуктивності від швидкодії дисків з обертанням. Сьогодні типовий серверний SSD із шиною PCI Express має продуктивність у 550 – 750 тисяч IOPS.

Microsoft вже повідомила про досягнення рекордної продуктивності сервера на базі Xeon Scalable та Optane DC Persistent Memory в 13,7 млн IOPS, що раніше було недосяжним на жодній іншій платформі. У такий спосіб декілька накопичувачів Optane DC Persistent Memory можуть запропонувати не меншу продуктивність, ніж мають декілька серверних SSD, водночас забезпечуючи більший рівень надійності та відмовостійкості.

Persistent Memory

розпочала нову еру на серверному ринку. Це рішення дало змогу відмовитися у транзакційних і високонавантажених системах від використання традиційних накопичувачів SSD та HDD, а також кардинально змінило тип обміну даними між CPU та постійними запам’ятовуючими пристроями.

Що таке Persistent Memory

Чим є Persistent Memory (PMEM), також відома як Non-Volatile Memory (NVM) або Storage Class Memory (SCM)?

Якщо спростити визначення, то PMEM – це енергонезалежна пам’ять із продуктивністю оперативної пам’яті. Також її часто називають Non-Volatile Random Access Memory (NVRAM) – енергонезалежною оперативною пам’яттю, або просто енергонезалежною пам’яттю. Ще одна назва – NVDIMM, вказує на те, що у складі постійної пам’яті є модулі традиційної оперативної пам’яті.

NVDIMM (Non-Volatile Dual Inline Memory Module) – це енергонезалежний подвійний модуль, який є поєднанням DRAM і флеш-накопичувачів у формфакторі DIMM DDR4, підключений до шини пам’яті сервера.

Persistent memory – це енергонезалежне сховище даних у форматі DIMM.

Для ефективного використання будь-якого інструмента необхідно розуміти сферу та доцільність його застосування.

У яких додатках ця нова технологія може продемонструвати відчутні переваги? Насамперед, це аналітика та бази даних.

Так склалося історично, що додатки організовують дані з використанням двох рівнів пам’яті.

Перший – швидка оперативна пам’ять, другий – порівняно повільні накопичувачі інформації.

Поява PMEM означає виникнення третього рівня пам’яті, який за продуктивністю займає місце між двома попередніми.

DRAM працює з даними дуже швидко, побітово звертаючись до кожної комірки. Але лише поки подається живлення. Транзакції баз даних можна вважати завершеними після потрапляння інформації на постійний запам’ятовуючий пристрій – HDD або SSD. Вони адресуються блоками через додаткові інтерфейси SATA/SAS/NVMe. Це завжди повільніше – через використання інтерфейсів і додаткових втрат під час перетворення та перегрупування даних.

Persistent Memory має три ключові характеристики:

• параметри затримки (latency) і пропускної здатності (bandwidth), як у пам’яті DRAM (тобто приблизно в 100 разів швидше за SSD)

• процесор може використовувати стандартні байт-адресовані інструкції для збереження даних та їх підвантаження

• зберігання значень у пам’яті в разі перезавантажень і несподіваних вимкнень пристроїв зберігання

Перехід від накопичувачів SSD до SSD із додатковим «прошарком» у вигляді модулів пам’яті NVDIMM (кеш) практично вдвічі знижує показник затримок під час запису та значно збільшує продуктивність у транзакціях за хвилину. Зараз це один мільйон транзакцій на секунду, але теоретично значення до чотирьох-п’яти мільйонів транзакцій на секунду вже досяжне. За наявності в системі NVDIMM, додатки можуть зберігати більше даних в ОЗП і рідше звертатися до набагато повільніших накопичувачів SSD або HDD.

Як показують перші результати тестування, нова технологія збільшує продуктивність додатків баз даних та аналітики у 2-10 разів. Наприклад, під час роботи з SQL Server пам’ять NVDIMM може вдвічі збільшити швидкість запису логів бази даних і дуже прискорити процес аналітики.

Вимірювання продуктивності	Порівняння NVDIMM з PCle Workload Accelerator	Порівняння NVDIMM з SAS SSDs
IOPS	у 24 рази більше	у 34 рази більше
Пропускна здатність	у 6 разів вища	у 16 разів вища
Затримка	у 73 рази нижча	у 81 раз нижча

У березні 2016 року компанія HPE оголосила про випуск нових обчислювальних платформ HPE ProLiant Gen9 із вбудованою підтримкою Persistent Memory. Перші модулі HPE 8GB NVDIMM було створено на базі стандартної галузевої технології Intel 3D XPoint і NVDIMM-N, спільно з Intel й організаціями зі стандартизації JEDEC та SNIA, і включали резервне живлення від акумулятора HPE Smart Storage Battery – для переміщення даних із DRAM на флеш-пам’ять у разі втрати живлення.

HPE не була першовідкривачем Persistent Memory. Багато інших виробників, з-поміж яких – Micron Technology і Viking, давно працювали з NVDIMM і проводили експерименти з різновидами постійної пам’яті.

HPE першими почали формувати екосистему апаратнопрограмних комплексів із використанням технології Persistent Memory. Із цією метою HPE співпрацює з провідними розробниками операційних систем, зокрема Microsoft, Red Hat, SuSE, а також із незалежними постачальниками ПЗ (ISV).

Оптимізація відповідно до конкретних робочих навантажень

HPE Persistent Memory поєднує високу продуктивність пам’яті та надійність систем зберігання. Її створено з урахуванням актуальних галузевих вимог до додатків і робочих навантажень.

NVDIMM – це не лише нова апаратна технологія, це комплексна програмна екосистема, призначена для підтримки сучасних додатків і робочих навантажень, зокрема баз даних та завдань аналітики.

NVDIMM може стати повноцінним рішенням для будь-якого бізнесу, гарантуючи економію до 50 % витрат на ліцензування програмного забезпечення на основі кількості ядер. І таким чином зменшувати загальну вартість володіння (TCO).

• Нові модулі HPE NVDIMM 16 ГБ для серверів Gen10 – збільшення ємності на 50% у порівнянні з серверами Gen9

• Сервери Gen10 з пам’яттю NVDIMM, яка на 25 % швидша

• Розширена підтримка серверних платформ на базі серверів Gen10

• Зменшення вартості ліцензування баз даних до 50 %

• HPE рекомендує одночасне використання RDIMM і Persistent Memory у співвідношенні 1:4

Основні переваги HPE Persistent Memory:

забезпечення меншої затримки доступу в порівнянні з флеш-накопичувачами
забезпечення більшої пропускної здатності, ніж у зовнішніх флеш-накопичувачів
дані зберігаються в пам’яті у разі втрати живлення
підтримка кешування PMEM – це суттєва перевага перед PCIe-з’єднанням, яке неможливо кешувати з CPU
доступ до даних у режимі реального часу забезпечує надшвидкий доступ до великих масивів даних

Користувачі можуть бути впевненими в тому, що дані будуть доступні тоді, коли вони знадобляться.

PMEM можна також використовувати для забезпечення більш низької затримки для визначення шахрайcьких операцій (fraud detection) та аналізу кібер-загроз (cyberthreat analysis).