實時數(shù)據(jù)處理難？這家智能制造企業(yè)做法值得學(xué)習(xí)

原標(biāo)題：實時數(shù)據(jù)處理難？這家智能制造企業(yè)做法值得學(xué)習(xí)

寧德時代是全球新能源科技行業(yè)和智能制造領(lǐng)域的標(biāo)桿企業(yè)，正以先進的動力電池技術(shù)和電化學(xué)儲能技術(shù)，為綠色交通和清潔能源提供高效解決方案，并贏得廣泛贊譽。在2018年-2019年，它連續(xù)兩年躋身福布斯中國“中國最具創(chuàng)新力企業(yè)”榜單，并被央視報道。

在這成就背后，是寧德時代的競爭力之本——看得見的雄厚技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)能力，以及專為智能制造而建設(shè)的強大信息化系統(tǒng)。比如，MES系統(tǒng)與電芯產(chǎn)線數(shù)十個工藝流程中3,000余個品質(zhì)與安全控制因子數(shù)據(jù)密切關(guān)聯(lián)，可快速精準(zhǔn)地采集這些源自產(chǎn)線的實時數(shù)據(jù)，形成控制、管理和分析能力，進而實現(xiàn)生產(chǎn)、質(zhì)量、批次、追溯等一系列的管理功能。

在未來的布局以及快速發(fā)展的技術(shù)中，寧德時代的MES選擇更匹配的數(shù)據(jù)處理及存儲方案，不僅僅提升性能和高可靠性，還鞏固了寧德時代在能源行業(yè)和智能制造領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢。

業(yè)務(wù)新挑戰(zhàn) 方案新選擇

寧德時代早在數(shù)年前，就開始引入各種高性能OLTP(On-Line Transaction Processing，聯(lián)機事務(wù)處理)數(shù)據(jù)庫、尤其是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫方案作為MES的強力支撐。

隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，寧德時代經(jīng)過測算，需要更快的系統(tǒng)響應(yīng)速度，縮短操作時延，提高可靠性。畢竟，寧德時代的IT系統(tǒng)將在3秒內(nèi)完成所有操作，包括產(chǎn)線流向判斷、產(chǎn)品質(zhì)量判別等等，而其中留給后臺數(shù)據(jù)庫的操作時間只有短短的100毫秒。而且，該系統(tǒng)面臨著實實在在的海量數(shù)據(jù)處理的挑戰(zhàn)，其每日單表會新增1億-2億條記錄，而所有表每日新增條目超過10億條，同時計算量超過百億條。

綜合計算和存儲兩個維度考慮，寧德時代最終選擇了基于第二代英特爾?至強?可擴展處理器并搭配有英特爾?傲騰?持久內(nèi)存的至強?可擴展平臺。該平臺不但具備可大幅提升計算性能的處理器，更搭載英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，它顛覆了傳統(tǒng)內(nèi)存和存儲架構(gòu)，在性能上接近DRAM內(nèi)存，并擁有更優(yōu)成本和容量表現(xiàn)，且能實現(xiàn)數(shù)據(jù)持久性。

該平臺的核心——英特爾?至強?鉑金8280處理器不僅具備2.70GHz的主頻及多達38.5MB的高速緩存，以及28個核心、56個線程和多達3路的超級通道連接(UltraPath Interconnect，UPI)，來為內(nèi)存數(shù)據(jù)庫提供更相匹配的、強勁的并行計算能力，它還支持多達6個高速內(nèi)存通道，可與包括DRAM和傲騰?持久內(nèi)存在內(nèi)的內(nèi)存子系統(tǒng)實現(xiàn)高效通信，從而可幫助基于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的MES在性能上獲得突破性的提升。

高可靠性成就全新基石

寧德時代將這一平臺用作支撐MES核心內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的全新基石，不僅能有效消除該數(shù)據(jù)庫在高并發(fā)I/O操作時，海量臨時文件需要快速與磁盤進行交互操作所面臨的性能瓶頸，更可幫助整個系統(tǒng)大幅縮短重啟時間和主備機切換時間，從而確保寧德時代的產(chǎn)線能長時間高效運轉(zhuǎn)，并助力其產(chǎn)能實現(xiàn)進一步擴展，最終鞏固寧德時代在能源行業(yè)和智能制造領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢。

寧德時代獲得的解決方案優(yōu)勢：

• AppDirect模式的英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，能助力寧德時代MES有效縮減內(nèi)存數(shù)據(jù)庫與持久存儲介質(zhì)之間執(zhí)行DataMerge、SavePoint等操作時的“落盤”時間，提升系統(tǒng)整體性能；
• AppDirect模式的英特爾?傲騰?持久內(nèi)存可憑借數(shù)據(jù)非易失的優(yōu)勢，加速基于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的MES的重啟速度，盡可能減少產(chǎn)線的停頓時間；
• 內(nèi)存模式的英特爾?傲騰?持久內(nèi)存可用作寧德時代MES中內(nèi)存數(shù)據(jù)庫備機的擴展內(nèi)存，從而縮短MES主備機切換時間，保障系統(tǒng)的高可靠性。

持久內(nèi)存破解MES存儲瓶頸

由于寧德時代MES采用的SAPHANA內(nèi)存數(shù)據(jù)庫是基于全DRAM內(nèi)存構(gòu)建，而磁盤數(shù)據(jù)庫通常是部署在基于NAND存儲介質(zhì)的NVMe、SAS高速固態(tài)盤上，后者的存儲時延往往是前者的上千倍，因此，當(dāng)數(shù)據(jù)在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和磁盤數(shù)據(jù)庫之間轉(zhuǎn)移時，固態(tài)盤在I/O性能上的差距，就限制了MES性能的進一步提升。

為此，寧德時代選擇了英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，其獨特的介質(zhì)技術(shù)可使其速度達到遠(yuǎn)超傳統(tǒng)NAND介質(zhì)固態(tài)盤的水準(zhǔn)，加上先進的系統(tǒng)內(nèi)存控制器、接口硬件和軟件技術(shù)的加持，使它在低延遲、高I/O以及高穩(wěn)定性等方面都有著優(yōu)異表現(xiàn)。在不同應(yīng)用場景中，既可設(shè)置為內(nèi)存模式來為系統(tǒng)提供更大容量、更低成本的數(shù)據(jù)易失型內(nèi)存，也可采用AppDirect模式，用來構(gòu)建有更大容量且兼具數(shù)據(jù)持久性的內(nèi)存池。

英特爾?傲騰?持久內(nèi)存在訪問延遲等關(guān)鍵性能指標(biāo)上，已與DRAM內(nèi)存實現(xiàn)了銜接，但在容量和數(shù)據(jù)持久性，或者說是非易失性上，又遠(yuǎn)非傳統(tǒng)DRAM內(nèi)存可以比擬。這意味著，當(dāng)寧德時代MES采用AppDirect模式的英特爾?傲騰?持久內(nèi)存作為磁盤存儲載體時，在執(zhí)行DataMerge、SavePoint以及日志存儲時就可以大幅縮短“落盤”的耗時，大大提升MES的系統(tǒng)整體效能。

傲騰?持久內(nèi)存所具備的數(shù)據(jù)持久性，也使寧德時代MES的重啟時間得以顯著壓縮。同時，為提升系統(tǒng)的可靠性，寧德時代的MES還構(gòu)建了完備的主備機機制，來防止因斷電、宕機等意外情況造成生產(chǎn)中斷。

實測顯示：性能提高6.2倍

為驗證全新至強?可擴展平臺，尤其是其中的傲騰?持久內(nèi)存對于寧德時代所用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的增益，寧德時代在英特爾的支持下，基于其實驗數(shù)據(jù)對這一新產(chǎn)品在DataMerge、SavePoint以及系統(tǒng)案例研究。

為使測試更貼近真實使用場景，寧德時代基于現(xiàn)有產(chǎn)線運行環(huán)境，精心設(shè)計了測試流程和壓力模型。以DataMerge 測試為例，采用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存的方案比采用傳統(tǒng)SAS高速固態(tài)盤的方案，在性能上提升高達6.2倍，這意味著MES的落盤時間可以顯著縮短，因各個操作互斥等待而造成系統(tǒng)停頓的概率也會大為降低。

未來走向智能化

圍繞新一代至強?可擴展平臺，尤其是其中的“新星”——英特爾?傲騰?持久內(nèi)存開展的協(xié)作，為寧德時代和英特爾之間以智能制造為主題的長期戰(zhàn)略合作創(chuàng)造了一個良好的開局。

這款創(chuàng)新型內(nèi)存產(chǎn)品通過了考驗，已被證明可幫助寧德時代MES消除此前多個因磁盤性能不足而帶來的系統(tǒng)瓶頸，可以從IT基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)新的角度為寧德時代的產(chǎn)能提升做出至關(guān)重要的貢獻。

接下來，寧德時代還計劃將英特爾?傲騰?持久內(nèi)存引入其高性能離線分析系統(tǒng)，使其生產(chǎn)報表在數(shù)秒內(nèi)就可從海量歷史數(shù)據(jù)中獲取相關(guān)信息，以實現(xiàn)更加高效的決策分析能力。同時，寧德時代也在考慮如何充分利用英特爾?至強?可擴展平臺集成的AI加速能力，在產(chǎn)品缺陷檢測等環(huán)節(jié)實現(xiàn)AI應(yīng)用的落地，從而在數(shù)字化、自動化之外，為制造增添更多智能化的“基因”。

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