在日前舉辦的2022年戴爾科技集團全球峰會(DTW 2022)上,戴爾科技發布了下一代的PowerMax,這是自PowerMax 2018年發布以來最大的一次升級,帶來了2倍以上更快性能的提升,14倍以上的更高存儲密度,并擁有2倍寫帶寬,50%更低的響應時間,以及7倍每節點容量,成為了名副其實的“關鍵任務型企業級存儲。”
不僅如此,在戴爾存儲曆史中發展最快的存儲新架構——PowerStore 3.0也發布了120多項新功能,同時其硬件平台也帶來了全面的更新,包括支持下一代控制器,支持NVMe擴展,以及支持100GbE網絡等。也正因此,在提高工作負載性能方面,PowerStore 3.0帶來了多達50%更快的混合工作負載;多達70% 更快的寫操作;多達10倍更快的拷貝操作;支持多達8倍更多的卷,使得整個存儲系統的有效容量增加了66%等等。
那麼,為什麼作為“第五代存儲”的PowerMax和Powerstore性能提升會如此之大?這就不得不提到背後的“幕後英雄”——英特爾® 傲騰™ 持久内存和英特爾® 傲騰™ 固态盤,以及英特爾® QAT硬件壓縮技術。
在最近《CP談“芯”——如何以“納秒之速”領跑存儲創新》的視頻節目中,來自戴爾科技集團大中華區市場部高級顧問李君鵬和英特爾(中國)有限公司數據中心集團銷售部非易失内存技術專家李波,就為我們詳細解讀了英特爾一系列新技術的發展趨勢、應用和落地的情況,以及雙方在聯合創新中發生的“台前幕後”的故事。
以“納秒之速”領跑存儲創新
衆所周知,作為戴爾科技集團高端企業存儲産品系列的PowerMax,誕生三十多年來,PowerMax通過保持技術創新和叠代,以其高性能、高可靠以及高擴展等關鍵特性,不僅在“第五代存儲”的發展中樹立了行業的基準,更成為了衆多企業數字化轉型過程中關鍵型應用的核心支撐。
據了解,早在2018年PowerMax就率先實現了後端的NVMe,2019年則實現了前端的NVMe over Fabric (NVMe-oF),此舉标志着PowerMax實現了端到端的NVMe,同時當年PowerMax也采用了雙通道的英特爾® 傲騰™ 固态盤,新一代介質的全面采用真正讓PowerMax更大限度地提高了多控制器體系結構的性能,可達1500萬的IOPS、350GB/s的帶寬和能夠縮短50%的響應時間,讓PowerMax成為了全球最快的存儲陣列。
在此基礎上,最新發布的下一代的PowerMax,更是在保護高價值數據、簡化存儲運維以及保持持續現代化方面都做了全面的革新,特别是通過采用Dynamic Fabric技術,讓新一代PowerMax實現了低于60微秒的讀延遲,以及低于120微秒的寫延遲,這對高端存儲系統而言可以說是一次非常大的性能提升。
對此,李君鵬說:“PowerMax是業界第一個使用英特爾® 傲騰™ 固态盤做持久存儲的陣列,跟它前一代基于SAS SSD相比,PowerMax通過采用NVMe SSD相比SAS SSD的響應時間降低了25%,随後采用了英特爾® 傲騰™ 固态盤以後,比SAS SSD的響應時間更是降低了多達50%,而背後的原因不僅是軟件的優化,更大的功勞還是源于英特爾® 傲騰™ 固态盤,而這個響應時間的降低在高端存儲中是非常顯著的。”
在李波看來,基于3D XPoint™介質打造的英特爾® 傲騰™ 固态盤和目前市場上基于NAND芯片的NAND SSD其實有着本質的區别,傲騰™ 固态盤是通過一個三維的按地址尋址的芯片,可以通過按位尋址的技術來實現讀寫操作的,整個過程當中不需要做垃圾回收,再加上芯片控制器中獨特的算法設計,這樣就能保證存儲系統的帶寬和延時有着極大的改善;而NAND SSD是以頁面為單位實現讀寫操作,以塊為單位實現擦除,整個過程當中會出現大量的垃圾需要回收,進而也就影響了性能的發揮。
“傳統的NAND SSD有一個非常明顯的短闆問題,即NAND SSD的容量雖然單盤擁有15TB的容量,但是受到接口帶寬和介質的限制,沒有辦法快速地把數據從盤裡讀取到CPU的内存上,進而影響到行業用戶進行人工智能這樣的計算需求,而英特爾® 傲騰™ 固态盤由于采用了獨特的介質,其每秒的吞吐量相當于8通道的高速,因此隻要落了盤想要再提回來的時候,就可以進行直接讀寫操作,而類似這樣的應用在銀行、證劵、量化交易以及EDA設計中,都有着廣泛的需求和應用。”李波說。
重新定義内存存儲分層結構
事實上,從兩位專家的談話中也透露出了當前存儲領域中出現的一個新變化趨勢——就是存儲正在進入分層存儲的階段,在“存儲金字塔”結構中可以看到,存儲每個層級的成本、性能、延時的指标都有量級的差異。其中,向上越靠近CPU,存儲容量雖小但速度越快,距CPU越遠,容量雖大但速度也慢,而内存在這個結構裡起到的是“承上”(承接計算對數據的高速讀寫需求)以及“啟下”(把需要頻繁訪問的熱數據提取到讀寫速度更快的層級上)的關鍵作用。
而英特爾® 傲騰™ 固态盤正是憑借其超高性能獲得了越來越多客戶的采用。不過,英特爾® 傲騰™SSD也僅僅隻是最近幾年英特爾在存儲介質領域創新的“代表作”之一,英特爾的另一大“殺手锏”則是英特爾® 傲騰™持久内存,作為一種全新的内存接口形态,它在響應時間上天然有着巨大的優勢,能夠将整個存儲系統的響應時間由“微秒”提升至“納秒”級别,基本上做到了和DDR讀取速度一樣的響應級别,真正重新定義了内存存儲的層次結構。
同樣,英特爾® 傲騰™持久内存與DRAM的不同之處還在于,它能以更經濟的成本來擴展出更高的容量(即容量大,且有更高的數據存儲密度/價格比),并具備數據非易失性,或者說是持久性。
此外,英特爾® 傲騰™持久内存還提供兩種使用模式:一種方式是内存模式,在這種模式下它就是單純的價格便宜量又足,但斷電後也不會保存數據的内存,可以作為DRAM内存的容量擴展搭檔;另一種方式是Direct 模式,這種模式下操作系統會将 DRAM 内存和英特爾® 傲騰™持久内存視為兩個獨立的内存池,這樣就使得英特爾® 傲騰™持久内存可以像内存一樣尋址,并像存儲設備一樣具備數據持久性,而這種持久性讓其在機器重啟期間也能保留此前加載的數據,從而能增加系統的業務彈性,縮短重啟時間,提升業務恢複的速度。
當然,如果用戶既對内存模式有需求,又有工作負載需要運行在App Direct模式下,那麼英特爾® 傲騰™持久内存還可以激活第三種工作模式——雙重模式,這種模式可通過預配置的方式,部分處于内存模式,其餘部分則處于App Direct 模式,由此讓用戶可以實現“魚和熊掌兼得”的目标。
李波表示:“目前很多的雲服務提供商和互聯網廠商都在大量地使用傲騰™持久存儲作為存儲的全新解決方案,在實際的應用中, 傲騰™持久存儲寫操作的性能可以達到40微秒,讀操作的性能可以達到20-30微秒。因此,包括元數據以及VDI這樣的應用中,英特爾® 傲騰™持久内存都能發揮重要的作用。”
以元數據為例,利用英特爾® 傲騰™持久内存或者固态盤來保存元數據,可實現整體數據加速。李君鵬也補充表示:“PowerStore在2020年發布的時候也支持SCM Optane SSD做持久存儲,後來發現英特爾® 傲騰™ 固态盤還有一個用法比較好,做元數據,PowerStore用英特爾® 傲騰™ 固态盤做元數據,它的響應時間能降低多達15%。因此它特别适合一些極緻類的交易場景,像股票交易、銀行的核心交易系統或者電信的計費系統等等。”
同樣在VDI應用中,随着遠程辦公和居家辦公的興起,因此現在VDI應用中虛拟機的密度也是各個廠家追求的目标,希望每台物理機能夠支撐更多的VDI桌面,這樣機房的占用空間、節能、制冷等都會實現更多的節省,而如果把英特爾® 傲騰™持久内存引入到VDI應用中,則能夠帶大的性能提升以及整體TCO成本的降低。數據顯示,VID應用中引入傲騰™持久内存之後,内存容量提升高達33%;每個節點的虛拟機數量提升多達36%;而每個虛拟機的硬件成本降低多達30%,換句話說,如果把英特爾® 傲騰™持久内存作為VDI中的大内存使用時,可以起到“事半功倍”的效果。
QAT硬件壓縮技術的獨特魅力
值得一提的是,在VDI應用中為了更好的提升性能,英特爾還提供了另一大“法寶”—— 英特爾®QAT技術,該技術可基于硬件,加速網絡安全、路由、存儲和大數據等應用中常見的壓縮和加密類工作負載,在提升處理器利用率的同時也能滿足用戶對安全的要求。
在戴爾科技最新發布的PowerStore中,利用英特爾®QAT技術就實現了4:1的“壓縮比”。“ PowerStore在實際客戶的應用場景中,多數的應用場景都能實現4:1的數據縮減率,且對性能不會産生影響,如此之高的數據壓縮比是如何做出來的呢?其實就是采用了英特爾®QAT硬件壓縮技術,如果不用QAT的硬件壓縮,它的響應時間和性能就會受到非常大的影響。”李君鵬表示。
具體來看,在PowerStore中主機寫的I/O到PowerStore Cache中,一份是寫在DRAM中,另外一份是寫在NVRAM(非易失性緩存)中,同時在向後端寫盤的時候,就會進入到一個壓縮的過程,此時就會把一個8K的I/O進行壓縮,然後再消重,壓縮消重後會拼成一個比較大的I/O再寫到後端的盤中,同時當讀某一個I/O時,會自動進入解壓縮的過程,這個時候英特爾®QAT硬件加速的消重和壓縮就用了“用武之地”,該技術在不利用主CPU的I/O周期,也能做到在線消重和壓縮的“性能無損”。
李君鵬說:“其實在第四代存儲中就采用了很多的全閃存,但是第四代全閃存中依然采用的是SAS SSD,沒有使用NVMe SSD,但SAS接口是為機械硬盤設計的,因此在這種應用之下是不能充分發揮NAND閃存的作用的,而NVMe則可以更好的發揮NAND閃存的價值,但如果打開消重和壓縮,那麼存儲陣列的性能下降會非常大,一般壓縮的性能就能下降20%左右,消重也會下降10%以内,如果加上消重/壓縮的算法做得再不好時,那麼性能會直接下降50%左右,因此産生的影響是非常大的,而PowerStore通過采用英特爾®QAT技術,則完全化解這種挑戰。”
更為關鍵的是,英特爾®QAT不僅具有标準的壓縮/解壓縮能力,能夠通過無損的數據壓縮方式确保數據傳輸安全,保護靜止數據;同時在在加密/解密方面也尤其獨特之處,即英特爾®QAT通過提供英特爾密鑰保護技術(英特爾KPT),也可幫助保護加密私鑰,借助英特爾 KPT,用戶在進入需使用私鑰的虛拟機之前,私鑰都會始終處于加密狀态,而隻有芯片中的英特爾®QAT能夠解密此私鑰,這樣密鑰就得到了硬件層面更好地保護“加持”。
李波強調說:“過去通常來說都是通過CPU來計算加解密的,這樣就會造成CPU的壓力比較大,很多時候會發現存儲中的CPU是滿轉的,但I/O吞吐這方面還在等CPU算完,但通過英特爾®QAT技術,就可以最大化的提升加密/解密過程中的吞吐量。”
由此可見,充分利用英特爾®QAT技術,無疑可以有效提升存儲系統整體的加密和運算能力,顯著降低硬件的支撐壓力,大幅提升重删/壓縮計算速度,降低前台的I/O的處理時延,從而有效提升全閃存存儲實時業務的處理效率,進而為用戶提供實時性更強、更具成本效應的全閃存存儲服務,以及更好地應對當前爆發的海量小文件等存儲問題。
推動存儲介質持續創新和進化
毫無疑問,今天企業的數據不但保持着指數級的增長,同時其類型也越來越多樣化,而存儲的穩定性、可擴展性以及性能也需要“與時俱進”地保持升級和進化,因此,這就要求基于全新的存儲介質,如持久化内存、全閃等新技術重構和改造原有的存儲架構,來滿足現在能夠看到的,而且在未來越來越多的數據應用。
就這個話題,兩位技術專家在對話的結尾也對未來存儲介質的發展趨勢做了相關的預測和分析。李波透露說:“英特爾在今年年末或明年年初的時候,也會發布下一代計算平台,内部代号為‘Sapphire Rapids’。”
據介紹,“Sapphire Rapids”計算平台有兩大重要的技術創新,一是英特爾會在該平台中增加一個名為CXL總線的組件,它和傳統的内存總線是不一樣的,是在PCIe Gen 5的總線上又做了一層CXL的協議,在這種協議總線上就可以挂一些傳統的Store Class Memory,也就是通常業界所說的SCM,同時挂了SCM之後,依然能和内存保持緩存的一緻性;二是,搭載了CXL總線的存儲介質盡管速度比内存總線稍微慢一點,但是好處是它的容量會比内存容量大很多。
總之,基于“Sapphire Rapids”平台,英特爾會推出類似于内存的速度,類似于存儲容量的一款産品,以實現對目前計算體系結構的“修補”,同時也能讓熱的數據放到DDR上,溫數據放到傲騰™持久内存中,而冷數據則可以放到傲騰™ SSD上,需要歸檔的數據則可以放到傳統的HDD上,最終能夠更好地滿足用戶對于目前存儲介質創新的需求,進一步加速人工智能和大數據的計算。
而李君鵬最後表示:“今年戴爾科技提出了軟件驅動存儲創新的理念,核心是希望打造适應性更強的軟件架構匹配存儲系統演進的需求,一方面讓客戶的存儲系統能夠具備全面的網絡彈性,另一方面也能夠獲得多雲的控制和移動性,更好地适應未來數字化轉型的需求。”
可以預期的是,未來越來越多的企業利用創新的存儲介質和技術實現對“存儲金字塔”中内存和存儲的替換速度還會加快,而英特爾也正通過和戴爾科技這樣的合作夥伴的深度合作,以“納秒之速”領跑存儲創新,并持續推動存儲介質的創新和進化,更好地承載用戶的關鍵業務和極緻應用的落地,最終為企業的數字化轉型提供更強大的支撐力。
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