彌補(bǔ)性能鴻溝，傲騰在企業(yè)應(yīng)用中加速普及

企業(yè)類應(yīng)用與桌面類應(yīng)用的一個(gè)顯著區(qū)別，就是它們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)可以充分利用超大內(nèi)存，會(huì)主動(dòng)對(duì)內(nèi)存和硬盤的使用進(jìn)行規(guī)劃以及性能優(yōu)化，都做得很專業(yè)。然而，在這個(gè)數(shù)據(jù)暴漲的時(shí)代，一些大數(shù)據(jù)類應(yīng)用對(duì)內(nèi)存的需求已經(jīng)超出了可接受的成本范圍，此時(shí)不得不使用NVMe硬盤來(lái)承載大量的從主存中騰挪出來(lái)的數(shù)據(jù)。

對(duì)于某些強(qiáng)烈依賴內(nèi)存的系統(tǒng)，比如內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)存計(jì)算系統(tǒng)而言，SDRAM到NVMe盤的性能落差甚至都覺(jué)得太大，而導(dǎo)致最終性能不令人滿意。所以對(duì)于這類應(yīng)用，一個(gè)位于SDRAM和NVMe盤之間的存儲(chǔ)器層級(jí)，就十分必要。英特爾?傲騰?持久內(nèi)存恰恰填補(bǔ)了這個(gè)空缺。

針對(duì)大數(shù)據(jù)激增企業(yè)端的存儲(chǔ)壓力，英特爾推出了兩大數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品：英特爾?傲騰? 持久內(nèi)存和英特爾?傲騰?固態(tài)盤。雖然英特爾?傲騰?持久內(nèi)存 和英特爾?傲騰?固態(tài)盤都使用了相同的英特爾?傲騰? 內(nèi)存介質(zhì)，但它們是完全不同的產(chǎn)品。英特爾?傲騰? 持久內(nèi)存容量大，性能接近于傳統(tǒng)的DRAM內(nèi)存，但價(jià)格更親民。位于 DIMM 封裝中，在 DRAM 總線上運(yùn)行，可以作為易失性內(nèi)存或持久內(nèi)存使用。而英特爾?傲騰?固態(tài)盤嚴(yán)格用于標(biāo)準(zhǔn) NAND 封裝模型（AIC、M.2、U.2、EDSFF 等）中的快速存儲(chǔ)，并采用 NVMe* 協(xié)議駐留于 PCIe 總線上，作為存儲(chǔ)設(shè)備始終保持?jǐn)?shù)據(jù)持久，可以讓更多存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)更加靠近CPU。

想要理解英特爾?傲騰? 持久內(nèi)存的優(yōu)越性，不妨說(shuō)說(shuō)傳統(tǒng)的內(nèi)存和存儲(chǔ)架構(gòu)。在傳統(tǒng)內(nèi)存和存儲(chǔ)架構(gòu)中，是讓 DRAM 內(nèi)存直接訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備。這些存儲(chǔ)設(shè)備可以是以往的塊存儲(chǔ)設(shè)備，也可能是 NAND 固態(tài)盤。然而，內(nèi)存和存儲(chǔ)設(shè)備之間，在數(shù)據(jù)讀取速度和容量上難以匹配。DRAM 的數(shù)據(jù)讀取速度快，缺點(diǎn)是太貴且容量密度有限，因此服務(wù)器總內(nèi)存容量受限，且DRAM內(nèi)存上的數(shù)據(jù)無(wú)法持久保存；存儲(chǔ)設(shè)備成本低、容量大，數(shù)據(jù)可持久保存，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)的讀取速度慢。基于此，通過(guò)在 DRAM 內(nèi)存和塊存儲(chǔ)設(shè)備之間加入大容量 SCM 層——英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，極大地提升了內(nèi)存存儲(chǔ)，保證最常用的數(shù)據(jù)以最高性能進(jìn)行訪問(wèn)，以高性價(jià)比提供了出色性能。

說(shuō)說(shuō)離我們生活較近的案例，在我們?nèi)粘Ｉ钪?，很容易發(fā)現(xiàn)自己的使用習(xí)慣、消費(fèi)習(xí)慣、生活喜好很容易被大數(shù)據(jù)抓取，用于用戶畫(huà)像、商品推薦等業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)的背后都可能有Redis存儲(chǔ)的支持。作為內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，Redis 依賴高內(nèi)存容量，這樣才能愜意地享受比固態(tài)盤更高的數(shù)據(jù)吞吐帶寬，以及更低的數(shù)據(jù)處理延時(shí)。

英特爾?傲騰?持久內(nèi)存可在每個(gè)CPU的內(nèi)存總線上提供高達(dá) 3TB 的內(nèi)存容量，同時(shí)性能接近 DRAM。與第二代英特爾?至強(qiáng)?可擴(kuò)展處理器搭配使用，提供比前幾代處理器更出色的單位內(nèi)核性能和內(nèi)存容量，這些因素均有利于 Redis 的部署，并且體現(xiàn)在具體數(shù)據(jù)中。

來(lái)看數(shù)據(jù)測(cè)試，兩套配置幾乎完全相同的服務(wù)器系統(tǒng)，區(qū)別在于一臺(tái)使用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，另一臺(tái)使用傳統(tǒng)內(nèi)存，測(cè)試下來(lái)，兩系統(tǒng)提供的性能和虛擬機(jī)密度類似，延遲均小于 1 毫秒。但采用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存的系統(tǒng)，每個(gè)虛機(jī)可以降低 20% 成本，同時(shí)還能滿足所有虛擬機(jī) SLA 要求。這是針對(duì)單機(jī)同內(nèi)存容量的狀況的成本分析。

在 Redis 服務(wù)器集群中使用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，成本可以降低高達(dá) 40%，而且由于單臺(tái)服務(wù)器搭載內(nèi)存更多，因此服務(wù)器節(jié)點(diǎn)更少，無(wú)論是基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)維，還是數(shù)據(jù)的管理，都更加方便。

英特爾?傲騰?持久內(nèi)存加速阿里Mars系統(tǒng)

在一次測(cè)試中，阿里的Mars分布式內(nèi)存計(jì)算框架利用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，取得了很不錯(cuò)的性能加成。如下圖所示，當(dāng)需要處理的數(shù)據(jù)集超過(guò)了主存承載能力之后，溢出后的數(shù)據(jù)被放置在傲騰?存儲(chǔ)器而不是之前的NVMe硬盤中，隨著數(shù)據(jù)量溢出主存，傲騰?方案的性能會(huì)有顯著提升。

Mars是一個(gè)基于張量的統(tǒng)一分布式計(jì)算框架，突破了現(xiàn)有大數(shù)據(jù)計(jì)算引擎以關(guān)系代數(shù)為主的計(jì)算模型，將分布式技術(shù)引入科學(xué)計(jì)算和數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域，極大地?cái)U(kuò)展了科學(xué)計(jì)算的計(jì)算規(guī)模和效率。目前Mars已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了70%的Numpy常見(jiàn)接口，用戶只需要通過(guò)import Mars就可以將已經(jīng)編寫好的基于Numpy的代碼移植到Mars中。

Mars會(huì)將張量自動(dòng)在各個(gè)維度上切分成小的chunk來(lái)分布式處理從而提升并行性，以便于將小顆粒任務(wù)派發(fā)到GPU，或者網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端的其它集群節(jié)點(diǎn)上并行計(jì)算。

舉例來(lái)講，對(duì)于張量矩陣乘法，Mars會(huì)生成如下圖所示的chunk級(jí)別執(zhí)行圖。在執(zhí)行過(guò)程中，會(huì)有大量的中間過(guò)程，這些過(guò)程生成大量的數(shù)據(jù)會(huì)占用寶貴的主存資源。

每個(gè)chunk執(zhí)行完畢之后，結(jié)果數(shù)據(jù)會(huì)被放置在shared memory中，當(dāng)share memory中數(shù)據(jù)過(guò)多時(shí)，Mars會(huì)啟動(dòng)spill溢出控制機(jī)制，將溢出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到下層更大容量的存儲(chǔ)器中。

經(jīng)過(guò)評(píng)估，阿里發(fā)現(xiàn)使用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存來(lái)作為主存的下一層存儲(chǔ)器，無(wú)論是在性能上還是TCO上，相比直接用NVMe盤作為下層，都非常符合Mars系統(tǒng)的預(yù)期。

英特爾?傲騰?持久內(nèi)存提供128GB、256GB和512GB容量，遠(yuǎn)高于目前最大容量?jī)H限于每DIMM 128GB的可用SDRAM DIMM，而且與傳統(tǒng)DRAM DIMM相比，英特爾?傲騰?持久內(nèi)存的每GB成本更低。英特爾?傲騰?持久內(nèi)存通過(guò)內(nèi)存總線直接連接到處理器，在基于App Direct（簡(jiǎn)稱AD）模式下，應(yīng)用程序可以完全繞過(guò)操作系統(tǒng)，不需要設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)調(diào)用、中斷和上下文切換，就可以從用戶空間直接訪問(wèn)英特爾?傲騰?持久內(nèi)存上的數(shù)據(jù)。下圖所示為采用NVMe閃存盤、NVMe傲騰?盤和英特爾?傲騰?持久內(nèi)存的訪問(wèn)延遲對(duì)比。

總體而言，使用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，解決了Mars科學(xué)計(jì)算中因數(shù)據(jù)溢出傳到硬盤，導(dǎo)致I/O開(kāi)銷增大，計(jì)算性能降低的問(wèn)題。通過(guò)測(cè)試，驗(yàn)證了在TCO成本相當(dāng)?shù)那闆r下，使用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存能夠有效提升Mars科學(xué)計(jì)算性能。

傲騰?固態(tài)盤加速Ceph分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)

Ceph是最常見(jiàn)的塊和對(duì)象存儲(chǔ)后端解決方案。作為一款開(kāi)源的分布式存儲(chǔ)軟件解決方案，它在分布式、可靠性、易擴(kuò)展、并發(fā)性能的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越被行業(yè)作為專業(yè)存儲(chǔ)高性能解決方案。隨著云服務(wù)以及產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)對(duì)存儲(chǔ)性能要求越來(lái)越高，英特爾?傲騰?固態(tài)盤可以在IOPS和延遲方面助力客戶產(chǎn)業(yè)升級(jí)，并且其高壽命的優(yōu)勢(shì)幫助企業(yè)降低維護(hù)成本。

在 Ceph分布式存儲(chǔ)方案中，使用英特爾?傲騰?固態(tài)盤作為緩存盤為RocksDB、 WAL、OSD緩存提速，低延遲加速負(fù)載間的傳輸響應(yīng)，并配合英特爾?CAS緩存加速軟件進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)性能和可靠度。

在以成本和性能為導(dǎo)向的前提下，如何以較低成本實(shí)現(xiàn)最大性能的發(fā)揮？針對(duì)Ceph架構(gòu)中的熱數(shù)據(jù)和溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，英特爾?傲騰?固態(tài)盤+英特爾?QLC 3DNAND 方案（O+Q方案），通過(guò)傲騰?解決小的隨機(jī)I/O，QLC來(lái)解決容量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)性能瓶頸的突破。

綜上所述，傲騰?對(duì)于企業(yè)級(jí)應(yīng)用具有非常明顯的加速效果，作為下一代固態(tài)介質(zhì)的排頭兵，Intel傲騰?近幾年逐步擴(kuò)大生態(tài)，在企業(yè)級(jí)應(yīng)用加速場(chǎng)景先顯現(xiàn)出了優(yōu)良的效果。

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