Как Intel 3D XPoint преобразует серверы и системы хранения данных

я присутствовал на 7-й ежегодный семинар по энергонезависимой памяти 2016 в Калифорнийском университете в Сан-Диего в этом месяце. Фрэнк Т. Хэди, научный сотрудник Intel и главный архитектор 3D XPoint Storage, выступил с программной речью перед аудиторией, полной докторов наук и конкурентов. Конечно, Intel не была готова ответить на ряд жизненно важных вопросов, но то, что они предложили, просветило.

XPoint первого поколения будет построен по 20-нм техпроцессу и может использоваться как в качестве хранилища, так и в качестве системной памяти. Но в отличие от твердотельных накопителей и дисков XPoint имеет побайтовую адресацию, а это означает, что его можно использовать аналогично DRAM. Для хранения данных используется блочное устройство 4К.

Но в отличие от DRAM, XPoint в 10 раз плотнее (но не так плотно, как флэш-память, поскольку исходный продукт будет одноуровневой ячейкой). В сочетании с DRAM серверы 3D XPoint смогут поддерживать в 4 раза больший объем памяти при значительно более низкой стоимости за бит, чем DRAM.

3D XPoint можно использовать в модулях DIMM благодаря а) байтовой адресации, б) длительности записи в 1000 раз выше, чем у флэш-памяти NAND, и в) в 1000 раз более быстрому вводу-выводу. Для работы модулей DIMM 3D XPoint потребуются контроллеры. выравнивание износа, как это происходит с флэш-памятью NAND, но я ожидаю, что процесс сбора мусора будет гораздо более детальным - и, следовательно, менее навязчивым - чем полная запись блоков флэш-устройств NAND.

Первые твердотельные накопители Optane

Номенклатура: 3D XPoint — это технология. Optane — это бренд твердотельных накопителей, использующих 3D XPoint.

Intel нацеливает первые твердотельные накопители Optane на корпоративные рынки с соединением PCIe + NVMe. Обычный интерфейс SATA 6 Гбит/с недостаточно быстр, а PCIe и NVMe гораздо более эффективны.

Они разработали коэффициент неисправимых битовых ошибок (UBER) от 10 до минус 17, срок службы 5 лет и исключительную производительность — и все это для корпоративного/облачного рынка.

IOPS и задержка

Число операций ввода-вывода в секунду значительно выше, чем у твердотельного накопителя Intel для центров обработки данных P3700, который также использует PCIe и NVMe. С 70/30 при нагрузке чтения/записи и глубине очереди, равной единице, P3700 достиг 15 000 операций ввода-вывода в секунду, а демонстрационная версия XPoint достигла 5x 78 000 IOPS.

Но что еще более важно, задержка была значительно ниже: 7 мкс против 85 мкс у P3700, что составляет менее десятой части задержки. По всем параметрам это будут значительно более быстрые приводы.

Архитектура хранилища с низкой задержкой

Для повышения производительности 3D XPoint необходимо внести множество изменений. Они могут включать в себя:

• Переключитесь на опрос прерываний: больше времени ожидания, но меньше задержек.
• Используйте 3D XPoint в качестве пространства страниц/подкачки для снижения задержки и более предсказуемой производительности.
• Новые инструкции по прошивке пишет.
• Новая библиотека NVM, PMEM.io, впервые доступна в Linux.
• Файловые системы, поддерживающие постоянную память, такие как Новая звезда.
• Поддержка памяти класса хранилища в Windows, над которой работает Microsoft.
• Будущие процессоры Xeon будут использовать гибридную память.

Последнее может означать блокировку на годы или навсегда. Насколько щедро Intel будет предоставлять API и спецификации контроллеров?

Биты хранения занимают

3D XPoint обладает огромным потенциалом для улучшения хранения и памяти. Многое будет зависеть от цен.

Intel заявляет, что стоимость 3D XPoint будет между DRAM — 5 долларов США за ГБ и флэш-памятью — 0,20 доллара США за ГБ. Это много места для маневра. Я ожидаю, что первоначально они будут оценивать модули DIMM 3D XPoint примерно в 2 доллара за ГБ, но даже при цене 1 доллар за ГБ они будут стоить 5-кратную флэш-память NAND.

Еще одна проблема: режимы сбоя 3D XPoint. Крупномасштабное развертывание всегда обнаруживает ошибки и проблемы, которые не могут обнаружить даже старательные бета-версии. Придется ли нам ждать восемь лет, чтобы беспристрастная оценка полевых характеристик технологии?

Но если предположить, что Intel и Micron выполнят обещания или близки к ним, это продолжит революцию с низкой задержкой и высоким числом операций ввода-вывода в секунду, начатую с помощью флэш-памяти. Какими бы полезными ни были твердотельные накопители 3D XPoint, реальную победу принесет интеграция этой технологии с DRAM для увеличения объема памяти и повышения производительности сервера.

Комментарии приветствуются, как всегда.