重新想像資料中心的記憶體與儲存裝置

Intel 的創新技術正在改變記憶體與儲存裝置的階層架構。

為資料中心孤注一擲

能夠重新思考、重新設計系統架構的企業,就能從龐大的資料當中擷取寶貴的洞見並啟發創新。反觀不願改革的企業,則可能被資料的洪流淹沒而手忙腳亂。

然而問題並非僅限於原始資料的儲存。企業若要維持競爭力,就必須迅速且具成本效益地存取及處理所有資料,將其運用於商業洞見、研究、人工智慧 (AI) 與其他用途。想要實現這種程度的資料處理能力,記憶體和儲存裝置缺一不可,也使得企業在昂貴成本、有限容量和效能限制的平衡上面臨難題。

再加上不同工作負載需要不同類型的記憶體和儲存裝置,使得挑戰更加困難, 此外也可能為了達成最佳的性價比而混用多種不同技術。

面對這些挑戰,Intel 透過新的記憶體和儲存技術讓企業重新想像他們的資料中心架構。

記憶體/儲存裝置階層架構中的缺口

一直以來,記憶體和儲存解決方案均受限於密度、效能與成本。無論是什麼型態的組織,從零售業、政府機關、醫療機構一直到金融業,都無法逃脫這些限制。舉例來說,雲端服務供應商 (CSP) 可能因為資料負載量增加而越來越難符合服務等級協定 (SLA)。金融服務機構在高速處理大量交易之時,可能因容量與效能限制而碰壁。大型企業面對著客戶、庫存、社群媒體與物聯網 (IoT) 資料所帶來的記憶體內分析需求,也可能因動態記憶體 (DRAM) 的昂貴成本與有限容量而跟不上腳步。

為能有效率且有成效地管理資料,企業必須判斷哪些基礎架構元件最符合他們的需求和預算。然而這並不簡單,因為在階層架構中的每一套技術都同樣存在著優點與缺點:

  • DRAM 的效能優異,可是卻昂貴、具揮發性,且擴充能力有限。
  • 快閃式儲存裝置 (NAND) 不具揮發性,也較 DRAM 便宜,但是缺乏 DRAM 的效能。
  • 碟片式硬碟 (HDD) 以最低價格提供龐大的儲存容量,不過實體磁碟卻帶來可靠性、實體空間需求、冷卻和電力等眾所周知的總持有成本 (TCO) 問題。

綜觀以上傳統儲存方式,即可發現資料中心內的記憶體與儲存裝置連續區中存在明顯的缺口,導致應用程式效能受限。不斷增加的資料量和快速存取的需求,更進一步使問題惡化。

特別是試圖將資料中心轉型的企業會發現兩個記憶體與儲存裝置缺口:

  • 在昂貴、低容量的 DRAM 與較便宜的 NAND 固態硬碟 (SSD) 之間的缺口。
  • 在較緩慢的 NAND SSD 與較便宜卻也較不可靠的 HDD 之間的缺口。

由於找不到能夠平衡成本、容量與效能的產品,因此企業一直無法填補這些缺口 — 直到現在(圖 1)。

圖 1.傳統的記憶體與儲存裝置連續區會在容量、成本與效能中留下巨大的缺口

利用 Intel® 技術填補缺口

Intel 所設計的解決方案提供高效能、容量與可靠性,可消弭資料中心記憶體與儲存裝置的缺口。這些解決方案提供低延遲特性,也較傳統選擇更具運用價值。特別是其中的三個產品系列,不僅填補資料中心在成本與效能間的缺口,更提供靈活彈性可運用於新的資料階層:

  • Intel® Optane™ 持續性記憶體代表的是全新級別的記憶體與儲存技術,提供高容量、實惠價格與持續性。它讓企業能在更靠近處理器的位置儲存更大量的資料,因此工作負載與服務能夠最佳化,進而降低延遲並增強效能。
  • Intel® Optane™ SSD 將記憶體與儲存裝置的特性結合高輸送量、低延遲、高服務品質 (QoS) 以及高耐用性。
  • Intel® QLC 3D NAND SSD,如 Intel® SSD D5-P4320,以適當的價格提供市面上最高的 Peripheral Component Interconnect Express* (PCIe*) 資料量密度,在儲存較少存取的資料方面,成為取代 HDD 的理想選擇。

這些創新產品讓您能夠重新想像資料中心的配置,妥善處理現代的工作負載並維持競爭優勢。以下詳細介紹各款產品,並提供其效能、容量與成本效益的實際範例。

Intel® Optane™ 技術在資料階層架構中創造新階層

企業必須以前所未有的嶄新思維重新思考各種解決方案,適應新的技術並持續進化以滿足客戶需求。Intel® Optane™ 技術是一套新的非揮發式儲存技術,以 Intel® 3D XPoint™ 技術為基礎,在記憶體與儲存裝置階層架構中創造新的階層,填補了高效能揮發性記憶體與低效能平價 NAND 儲存裝置之間的缺口,因此能現代化既有的資料中心階層架構。Intel® Optane™ 技術提供低延遲、高服務品質 (QoS)、高耐用性與高輸送量等優點的獨特組合。

圖 2.Intel® Optane™ 技術結合 DRAM 的效能優勢與 NAND SSD 的容量優勢

Intel® Optane™ 技術最適合處理「工作資料」:需儲存於靠近 CPU 之處以供快速存取的資料。工作資料講究以更快速度存取更多資料以進行即時分析、金融交易、機位預約,以及其他需要可預料快速讀取回應時間的作業;在這些情況下,平均回應速度還不夠好。工作資料甚至在首次要求之時,即需要可預料且一致的效能。

Intel® Optane™ 持續性記憶體和 Intel® Optane™ SSD 均採用 Intel® Optane™ 技術。但是如下所述,兩者的外型規格不同,因此可各別獨自運用或一起搭配使用於資料中心,為企業提供創新的記憶體與儲存選擇。

Intel® Optane™ 持續性記憶體可讓您擴充或取代昂貴的 DRAM

Intel® Optane™ 持續性記憶體打破業界遊戲規則,填補了 DRAM 和 Intel® Optane™ SSD 之間的缺口。若是需要在記憶體內處理資料的企業,Intel® Optane™ 持續性記憶體可供存取更大量的「熱」資料,適合 AI、分析、高效能運算 (HPC) 及其他用途。

Intel® Optane™ 持續性記憶體結合高密度、實惠價格與持續性等優點,與傳統 DRAM 大不相同。藉由擴充平價的系統記憶體容量(每個 CPU 插槽超過 3 TB),企業就能更妥善地最佳化資料中心工作負載,將更大量的資料移至更靠近處理器的位置,並且將從傳統非揮發性系統儲存裝置存取資料時會發生較高延遲降到最低。

Intel® Optane™ 持續性記憶體將於 2019 年在市場上廣泛推出,隨著下一代 Intel® Xeon® 可擴充平台發佈。

圖 3.Intel® Optane™ 持續性記憶體模組

Intel® Optane™ SSD P4800X 為資料中心解決工作資料的難題

Intel® Optane™ SSD P4800X 磁碟機外觀看似標準 SSD,但由於採用 Intel® Optane™ 技術製作,因此並不使用 NAND 技術。Intel® Optane™ SSD P4800X 獨特的架構提供突破性的效能,比使用 NAND 技術的 SSD 更快也更一致。NAND 磁碟機讀取速度快,但寫入速度慢,在高頻率操作的壓力下,寫入時間甚至更慢。反觀 Intel® Optane™ SSD 則設計成以位元組或頁面層級執行寫入作業,因此實現更快速也更可預料的效能,讓讀寫效能更平衡,也無需回收廢空間。

Intel® Optane™ SSD P4800X 無論承受多高的寫入輸送量,都能夠維持一致的讀取回應時間。圖 4 顯示 Intel® Optane™ SSD 的延遲遠低於目前世代的 Intel® 3D NAND SSD,尤其是在隨機寫入操作的壓力增加之時。Intel® Optane™ SSD 在所有寫入要求上維持一致的低延遲,與使用 NAND 技術的 SSD 不同。1

圖 4.Intel® Optane™ SSD P4800X 比 Intel® 3D NAND SSD 更能提供一致的低延遲1

結合一致的低延遲與高耐用性,讓 Intel® Optane™ SSD 做為快取裝置使用時的效率超越採用 NAND 的解決方案。

Evaluator Group 的研究證明了將快取層的所有 NAND 快閃寫入快取及儲存解決方案汰換為 Intel® Optane™ SSD 所帶來的影響。測試結果發現,在搭載 Intel® Xeon® 可擴充處理器的系統上使用 Intel® Optane™ SSD P4800X 磁碟機做為快取層時,其性價比可提高最多 3 倍,超越前一代的系統與儲存媒體;數據測量使用 IOmark-VM* 效能標竿。2

Intel® Optane™ SSD P4800X 的耐用性亦遠超過使用 NAND 的磁碟機。例如在比較兩款目前市面已可取得的磁碟機時,Intel® Optane™ SSD P4800X 可高達每日 60 次全碟寫入次數 (DWPD),反觀使用 NAND 的 Intel® SSD P4600 則僅有 3 DWPD。3 這使得 Intel® Optane™ SSD 在高流量快取環境下的耐用度優勢高出許多。

Intel® Optane™ 持續性記憶體也能搭配 Intel® Optane™ SSD 使用,建立一個全新的、具備靈活彈性、類似記憶體的階層,如圖 5 所示。傳統受困於較慢速 NAND 儲存空間的寶貴資料現在可供快速存取,並據以採取行動。

圖 5.Intel® Optane™ 持續性記憶體可結合 Intel® Optane™ SSD 以建立一個全新的階層,用於處理熱工作資料和暖容量資料以便進行記憶體內分析(紅色為「熱」資料、黃色為「暖」資料、藍色為「冷」資料)

將軟體最佳化以充分發揮 Intel® Optane™ 技術的效能優勢

只要將 Intel® Optane™ SSD 加入既有的資料中心基礎架構,即可顯著改善效能。但若能將軟體最佳化,則可為使用 Intel® Optane™ 技術執行的應用程式帶來更高的效能成果。尤其開放原始碼軟體特別適合搭配 Intel® Optane™ SSD,因為開發人員能夠修改應用程式,以善用 Intel® Optane™ SSD P4800X 所提供的優勢。

例如 Oracle 的一位效能架構設計師即針對 Intel® Optane™ SSD P4800X 將 MySQL* 最佳化,於重度輸出入 (I/O) 工作負載獲得 5 倍的效能改進。同一位 Oracle 架構設計師還使用單一台 Intel® Optane™ SSD 達成 100 萬次讀取。4

在另一個案例中,則將直接 I/O* 的作業最佳化,使 Java 10* 下的直接 I/O 效率比緩衝 I/O* 提升達百分之 48。5 這些最佳化對於執行 AI 工作負載及倚賴 Java 之資料庫(如 Cassandra* 或 Apache HBase*)的組織帶來明顯的暗示。

軟體架構設計師可利用既有的工具與開發套件來最佳化 Intel® Optane™ 技術的效能。請利用下列 Intel 資源開始著手開發:

利用 Intel® Memory Drive Technology 擴充記憶體

Intel® Optane™ SSD 可利用 Intel® Memory Drive Technology 設定為延伸記憶體。Intel® Memory Drive Technology 能夠透明整合 SSD 至記憶體子系統,使其可像 DRAM 般使用,無需變更作業系統或應用程式。Intel® Memory Drive Technology 可用於取代一部分的 DRAM 而降低整體的記憶體成本,或是在需要更多系統記憶體容量時,擴充超越 DRAM 的記憶體容量。

事實上,將 Intel® Memory Drive Technology 軟體搭配 Intel® Optane™ SSD P4800X 之後,Apache Spark* 效能加快 5 倍。4

利用 Intel® QLC 3D NAND SSD 縮小儲存容量缺口

當 NAND 技術的效率提高、價格降低,機械式磁碟機的市場需求亦隨之萎縮。而 Intel® QLC 3D NAND SSD 更是最新突破,甚至可能將碟片式儲存裝置降職到僅處理最冷的資料儲存。

Intel® QLC 3D NAND SSD 設計成以更高密度與實惠價格提供快閃記憶體的可靠性。這些優點有助於排除企業汰換傳統 HDD 時所遭遇的障礙。傳統 HDD 通常較慢、較不可靠、較耗電、需要較多冷卻資源,也比快閃磁碟機需要更大的資料佔用空間。

圖 6.將 HDD 汰換為 Intel® QLC 3D NAND SSD,企業即可大幅節省電力、冷卻及服務成本,而且需要更小的資料中心機房空間6 7

Intel® QLC 3D NAND SSD 可結合 Intel® Optane™ 技術,加速頻繁存取的資料,同時發揮快閃技術優於 HDD 的價格與容量優勢,是大容量儲存的理想選擇。這使得企業組織能夠填補 Intel® Optane™ SSD 與 HDD 之間的儲存成本/容量缺口。不僅如此,由於 Intel® QLC 3D NAND SSD 以實惠價格提供高可靠性,因此許多企業更以此取代 HDD。

利用 Intel 創新外型規格將資料整合

Intel 同時還推出創新的外型規格來填補儲存成本/容量缺口。Intel 的 3D NAND「Ruler」SSD 外型規格榮獲 2018 年 Gold International Design Excellence Award(國際傑出工業設計金獎),改善密度、管理性和服務性,搭配高效的散熱設計,掀起伺服器架構的革命。

其獨特外型與特徵以 EDSFF 為基礎,讓 Supermicro 等廠商能夠將 32 部 Intel「Ruler」磁碟機裝入單一台 1U 伺服器,每部提供 32 TB 容量,總計每台伺服器可儲存高達 1 PB 的資料。8

重新想像資料中心儲存

Intel® 技術藉由提供全系列的選擇而補足記憶體與儲存裝置的缺口,讓現代企業能快速而有彈性地儲存、處理並管理大量資料,以便應用於分析、AI、HPC 及其他工作負載;產品選擇從 Intel® Optane™ 持續性記憶體、Intel® Optane™ SSD P4800X 一直到 Intel® QLC 3D NAND SSD,以及高容量的「Ruler」外型規格磁碟機等應有盡有。

將 Intel 儲存技術與產品搭配在一起,可讓資料中心架構設計更為靈活,更能為企業提供符合其商務應用與工作負載的效能、容量、可靠性和實惠價格。有了 Intel® Optane™ 技術與 Intel® QLC 3D NAND 技術,現在正是重新想像記憶體與儲存架構的最佳時機。

進一步瞭解

利用 Intel 儲存技術重新想像您的資料中心。歡迎造訪 intel.com.tw/content/www/tw/zh/storage 立即開始。

準備好與 Intel 討論,協助您加速資料中心的現代化旅程了嗎?


產品與效能資訊

1

來源 – 由 Intel 測試:回應時間是指在 4K 隨機寫入工作負載期間,使用 FIO 3.1 在佇列深度 1 所測得的平均讀取延遲。請參閱上方註腳 1 說明的組態。

2

由 Intel 委託 The Evaluator Group 進行的測試。請參閱組態詳細資料:https://www.evaluatorgroup.com/document/lab-insight-latest-intel-technologies-power-new-performance-levels-vmware-vsan-2018-update/。舊版組態:Intel® Xeon® E5-2699 v4 處理器,ESXI ESXi600-201803001 Build 7967764,Ubuntu Linux 18.04,BIOS 2600WT SE5C610.86B.01.01.0024。儲存媒體:1 x Intel® SSD S3700 系列 800GB + 6 x Intel® SSD S3510 系列 1.6TB。效能:320 IOmark-VM,性價比:$684/VM;目前組態:Intel® Xeon® Gold 6154 處理器,ESXI ESXi-6.7.0-8169922 Build 8169922,Ubuntu Linux 18.04,BIOS SE5C620.86B.00.01.0013.030920180427。儲存媒體:2 x Intel® SSD P4800X 系列 375GB + 5 x Intel® SSD P4500 系列 4TB,效能:1152 IOmark-VM,性價比:$216/VM。儲存媒體:1 x Intel® SSD P3700 系列 + 4 x Seagate 1TB 10K HDD,效能:88 IOmark-VM-HC,性價比:$2153 / IOmark-VM-HC;目前組態:儲存媒體:2 x Intel® SSD P4800X 系列 + 4 x Intel® SSD P4500 系列 4TB SSD,效能:704 IOmark-VM-HC。性價比:$684 / IOmark-VM-HC。** 性價比:$237 / IOmark-VM-HC。效能結果係根據截至 2018 年 8 月 20 日的測試,可能無法反映所有公開提供的安全性更新。請查看組態公開資料以獲得詳細資訊。

3

Intel。請參閱「產品簡介:Intel® Optane™ SSD P4800X」中的產品規格表。https://www.intel.com.tw/content/www/tw/zh/products/docs/memory-storage/solid-state-drives/data-center-ssds/optane-ssd-dc-p4800x-p4801x-brief.html​​​​​。

4

效能結果係根據截至 2018 年 9 月 20 日的測試,可能無法反映所有公開提供的安全性更新。請查看組態公開資料以獲得詳細資訊。沒有元件或產品能提供絕對的安全性。資料來源:Intel。系統組態:伺服器:Intel® 伺服器系統,2 x Intel® Xeon® Gold 6154 處理器,384 GB DDR4 DRAM,資料庫硬碟:2 x Intel® Optane™ SSD P4800X (375 GB) 和 1 x Intel® SSD P4510 系列,1 x Intel® SSD S4510 系列,CentOS 7.5* (kernel 4.18 (elrepo)),SE5C620.86B.00.01.0014.070920180847,系統產品類型:Intel® 伺服器主機板 S2600WFT。MySQL Server 8.0.13*,將 Sysbench 1.0.15* 設為 70/30 讀寫線上交易處理 (OLTP),交易使用 100 GB 資料庫進行分割。百分之 30 的記憶體提供給 MySQL 使用 (30 GB)。

5

效能結果係根據截至 2018 年 7 月的測試,可能無法反映所有公開提供的安全性更新。請查看組態公開資料以獲得詳細資訊。沒有產品能提供絕對的安全性。來源:Intel:系統組態:Intel® 伺服器主機板 S2600WFT white box,2 x Intel® Xeon® Gold 6154 處理器(3.00 GHz,36 個虛擬核心),64 GB DIMM DDR4 同步頻率 2,666 MHz(0.4 奈秒)(4 x 16 GB),1 x NVM Express* (NVMe*),Peripheral Component Interconnect Express* (PCIe*),750 GB Intel® Optane™ SSD P4800X(韌體版本:E2010324),1 x NVMe* PCIe*,4 TB Intel® SSD P4500 系列(韌體版本:QDV10150),Intel® BIOS 版本:SE5C620.86B.00.01.0013.030920180427,CentOS 7.4* 發行版(核心 4.15.7)。請參閱 OpenJDK* 資訊:OpenJDK。「JDK 10」。2018 年 3月。http://openjdk.java.net/projects/jdk/10/.

6

電力、冷卻、整合成本節省。根據於 HDD:7.2K RPM 4TB HDD,2.00% AFR 和 7.7W 有效功率,2U 中 24 個磁碟機(1971W 總功率)https://www.seagate.com/files/www-content/datasheets/pdfs/exos-7-e8-data-sheet-DS1957-1-1709US-en_US.pdf SSD:22W 有效功率,44% AFR,1U 中 32 個磁碟機(704W 總功率);冷卻成本係根據 5 年期的部署成本,1 Kwh 0.158 美元以及冷卻 1 瓦所需要的瓦數 1.20 根據於 3.5 吋 HDD 2U 24 磁碟和 EDSFF 1U 長 1U 32 磁碟。使用 Intel® TLC SSD 於快取記憶體的混合儲存裝置。

7

節省磁碟機更換的成本。計算:HDD 2% AFR x 256 個磁碟機 x 5 年 = 5 年更換 25.6 次;SSD:0.44% AFR x 32 個磁碟機 x 5 年 = 5 年更換 0.7 次。

8

Supermicro. “The systems support front hot-swap accessibility to 32 EDSFF drives for up to 1PB of fast low-latency NVMe* storage in 1U”. Source: “Supermicro Opens New Era of Petascale Computing with a Family of All-Flash NVMe* 1U Systems Scalable up to a Petabyte of High Performance Storage.” August 2018. https://www.supermicro.com/newsroom/pressreleases/2018/press180807_Petabyte_NVMe_1U.cfm. Referencing SuperStorage SSG-136R-NR32JBF: https://www.supermicro.com/products/system/1U/136/SSG-136R-NR32JBF.cfm.