彌補性能鴻溝，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)用的一個顯著區(qū)別，就是它們在設(shè)計時可以充分利用超大內(nèi)存，會主動對內(nèi)存和硬盤的使用進行規(guī)劃以及性能優(yōu)化，都做得很專業(yè)。然而，在這個數(shù)據(jù)暴漲的時代，一些大數(shù)據(jù)類應(yīng)用對內(nèi)存的需求已經(jīng)超出了可接受的成本范圍，此時不得不使用NVMe硬盤來承載大量的從主存中騰挪出來的數(shù)據(jù)。

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

針對大數(shù)據(jù)激增企業(yè)端的存儲壓力，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，但價格更親民。位于 DIMM 封裝中，在 DRAM 總線上運行，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)盤嚴格用于標準 NAND 封裝模型（AIC、M.2、U.2、EDSFF 等）中的快速存儲，并采用 NVMe* 協(xié)議駐留于 PCIe 總線上，作為存儲設(shè)備始終保持數(shù)據(jù)持久，可以讓更多存儲中的數(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，不妨說說傳統(tǒng)的內(nèi)存和存儲架構(gòu)。在傳統(tǒng)內(nèi)存和存儲架構(gòu)中，是讓 DRAM 內(nèi)存直接訪問存儲設(shè)備。這些存儲設(shè)備可以是以往的塊存儲設(shè)備，也可能是 NAND 固態(tài)盤。然而，內(nèi)存和存儲設(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)無法持久保存；存儲設(shè)備成本低、容量大，數(shù)據(jù)可持久保存，缺點是數(shù)據(jù)的讀取速度慢?；诖耍ㄟ^在 DRAM 內(nèi)存和塊存儲設(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，保證最常用的數(shù)據(jù)以最高性能進行訪問，以高性價比提供了出色性能。

說說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、消費習(xí)慣、生活喜好很容易被大數(shù)據(jù)抓取，用于用戶畫像、商品推薦等業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)的背后都可能有Redis存儲的支持。作為內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，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。

英特爾?傲騰?持久內(nèi)存可在每個CPU的內(nèi)存總線上提供高達 3TB 的內(nèi)存容量，同時性能接近 DRAM。與第二代英特爾?至強?可擴展處理器搭配使用，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。

來看數(shù)據(jù)測試，兩套配置幾乎完全相同的服務(wù)器系統(tǒng)，區(qū)別在于一臺使用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，另一臺使用傳統(tǒng)內(nèi)存，測試下來，兩系統(tǒng)提供的性能和虛擬機密度類似，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)，每個虛機可以降低 20% 成本，同時還能滿足所有虛擬機 SLA 要求。這是針對單機同內(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 40%，而且由于單臺服務(wù)器搭載內(nèi)存更多，因此服務(wù)器節(jié)點更少，無論是基礎(chǔ)設(shè)施的運維，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)

在一次測試中，阿里的Mars分布式內(nèi)存計算框架利用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，取得了很不錯的性能加成。如下圖所示，當需要處理的數(shù)據(jù)集超過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?方案的性能會有顯著提升。

Mars是一個基于張量的統(tǒng)一分布式計算框架，突破了現(xiàn)有大數(shù)據(jù)計算引擎以關(guān)系代數(shù)為主的計算模型，將分布式技術(shù)引入科學(xué)計算和數(shù)值計算領(lǐng)域，極大地擴展了科學(xué)計算的計算規(guī)模和效率。目前Mars已經(jīng)實現(xiàn)了70%的Numpy常見接口，用戶只需要通過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會將張量自動在各個維度上切分成小的chunk來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)遠端的其它集群節(jié)點上并行計算。

舉例來講，對于張量矩陣乘法，Mars會生成如下圖所示的chunk級別執(zhí)行圖。在執(zhí)行過程中，會有大量的中間過程，這些過程生成大量的數(shù)據(jù)會占用寶貴的主存資源。

每個chunk執(zhí)行完畢之后，結(jié)果數(shù)據(jù)會被放置在shared memory中，當share memory中數(shù)據(jù)過多時，Mars會啟動spill溢出控制機制，將溢出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到下層更大容量的存儲器中。

經(jīng)過評估，阿里發(fā)現(xiàn)使用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存來作為主存的下一層存儲器，無論是在性能上還是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，遠高于目前最大容量僅限于每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)存通過內(nèi)存總線直接連接到處理器，在基于App Direct（簡稱AD）模式下，應(yīng)用程序可以完全繞過操作系統(tǒng)，不需要設(shè)備驅(qū)動程序、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)存的訪問延遲對比。

總體而言，使用英特爾?傲騰?持久內(nèi)存，解決了Mars科學(xué)計算中因數(shù)據(jù)溢出傳到硬盤，導(dǎo)致I/O開銷增大，計算性能降低的問題。通過測試，驗證了在TCO成本相當?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)計算性能。

傲騰?固態(tài)盤加速Ceph分布式存儲系統(tǒng)

Ceph是最常見的塊和對象存儲后端解決方案。作為一款開源的分布式存儲軟件解決方案，它在分布式、可靠性、易擴展、并發(fā)性能的優(yōu)勢越來越被行業(yè)作為專業(yè)存儲高性能解決方案。隨著云服務(wù)以及產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)升級對存儲性能要求越來越高，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，并且其高壽命的優(yōu)勢幫助企業(yè)降低維護成本。

在 Ceph分布式存儲方案中，使用英特爾?傲騰?固態(tài)盤作為緩存盤為RocksDB、 WAL、OSD緩存提速，低延遲加速負載間的傳輸響應(yīng)，并配合英特爾?CAS緩存加速軟件進一步增強系統(tǒng)性能和可靠度。

在以成本和性能為導(dǎo)向的前提下，如何以較低成本實現(xiàn)最大性能的發(fā)揮？針對Ceph架構(gòu)中的熱數(shù)據(jù)和溫數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，英特爾?傲騰?固態(tài)盤+英特爾?QLC 3DNAND 方案（O+Q方案），通過傲騰?解決小的隨機I/O，QLC來解決容量問題，實現(xiàn)性能瓶頸的突破。

綜上所述，傲騰?對于企業(yè)級應(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?近幾年逐步擴大生態(tài)，在企業(yè)級應(yīng)用加速場景先顯現(xiàn)出了優(yōu)良的效果。

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