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(fā)布了下一代的PowerMax，這是自PowerMax 2018年發(fā)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(jié)點容量，成為了名副其實的“關鍵任務型企業(yè)級存儲。”
不僅如此，在戴爾存儲歷史中發(fā)展最快的存儲新架構——PowerStore 3.0也發(fā)布了120多項新功能，同時其硬件平臺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(tǒng)的有效容量增加了66%等等。
那么，為什么作為“第五代存儲”的PowerMax和Powerstore性能提升會如此之大？這就不得不提到背后的“幕后英雄”——英特爾? 傲騰? 持久內存和英特爾? 傲騰? 固態(tài)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(chuàng)新》的視頻節(jié)目中，來自戴爾科技集團大中華區(qū)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內存技術專家李波，就為我們詳細解讀了英特爾一系列新技術的發(fā)展趨勢、應用和落地的情況，以及雙方在聯(lián)合創(chuàng)新中發(fā)生的“臺前幕后”的故事。
以“納秒之速”領跑存儲創(chuàng)新
眾所周知，作為戴爾科技集團高端企業(yè)存儲產品系列的PowerMax，誕生三十多年來，PowerMax通過保持技術創(chuàng)新和迭代，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(fā)展中樹立了行業(yè)的基準，更成為了眾多企業(yè)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(xiàn)了后端的NVMe，2019年則實現(xiàn)了前端的NVMe over Fabric （NVMe-oF），此舉標志著PowerMax實現(xiàn)了端到端的NVMe，同時當年PowerMax也采用了雙通道的英特爾? 傲騰? 固態(tài)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(fā)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(xù)現(xiàn)代化方面都做了全面的革新，特別是通過采用Dynamic Fabric技術，讓新一代PowerMax實現(xiàn)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(tǒng)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(yè)界第一個使用英特爾? 傲騰? 固態(tài)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%，隨后采用了英特爾? 傲騰? 固態(tài)盤以后，比SAS SSD的響應時間更是降低了多達50%，而背后的原因不僅是軟件的優(yōu)化，更大的功勞還是源于英特爾? 傲騰? 固態(tài)盤，而這個響應時間的降低在高端存儲中是非常顯著的?！?/p>
在李波看來，基于3D XPoint?介質打造的英特爾? 傲騰? 固態(tài)盤和目前市場上基于NAND芯片的NAND SSD其實有著本質的區(qū)別，傲騰? 固態(tài)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(xiàn)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(tǒng)的帶寬和延時有著極大的改善；而NAND SSD是以頁面為單位實現(xiàn)讀寫操作，以塊為單位實現(xiàn)擦除，整個過程當中會出現(xiàn)大量的垃圾需要回收，進而也就影響了性能的發(fā)揮。
“傳統(tǒng)的NAND SSD有一個非常明顯的短板問題，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里讀取到CPU的內存上，進而影響到行業(yè)用戶進行人工智能這樣的計算需求，而英特爾? 傲騰? 固態(tài)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，因此只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，都有著廣泛的需求和應用。”李波說。
重新定義內存存儲分層結構
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(xiàn)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、延時的指標都有量級的差異。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，而內存在這個結構里起到的是“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? 固態(tài)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也僅僅只是最近幾年英特爾在存儲介質領域創(chuàng)新的“代表作”之一，英特爾的另一大“殺手锏”則是英特爾? 傲騰?持久內存，作為一種全新的內存接口形態(tài)，它在響應時間上天然有著巨大的優(yōu)勢，能夠將整個存儲系統(tǒng)的響應時間由“微秒”提升至“納秒”級別，基本上做到了和DDR讀取速度一樣的響應級別，真正重新定義了內存存儲的層次結構。
同樣，英特爾? 傲騰?持久內存與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?持久內存還提供兩種使用模式：一種方式是內存模式，在這種模式下它就是單純的價格便宜量又足，但斷電后也不會保存數據的內存，可以作為DRAM內存的容量擴展搭檔；另一種方式是Direct 模式，這種模式下操作系統(tǒng)會將 DRAM 內存和英特爾? 傲騰?持久內存視為兩個獨立的內存池，這樣就使得英特爾? 傲騰?持久內存可以像內存一樣尋址，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(tǒng)的業(yè)務彈性，縮短重啟時間，提升業(yè)務恢復的速度。
當然，如果用戶既對內存模式有需求，又有工作負載需要運行在App Direct模式下，那么英特爾? 傲騰?持久內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，部分處于內存模式，其余部分則處于App Direct 模式，由此讓用戶可以實現(xiàn)“魚和熊掌兼得”的目標。
李波表示：“目前很多的云服務提供商和互聯(lián)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?持久內存都能發(fā)揮重要的作用?！?/p>
以元數據為例，利用英特爾? 傲騰?持久內存或者固態(tài)盤來保存元數據，可實現(xiàn)整體數據加速。李君鵬也補充表示：“PowerStore在2020年發(fā)布的時候也支持SCM Optane SSD做持久存儲，后來發(fā)現(xiàn)英特爾? 傲騰? 固態(tài)盤還有一個用法比較好，做元數據，PowerStore用英特爾? 傲騰? 固態(tài)盤做元數據，它的響應時間能降低多達15%。因此它特別適合一些極致類的交易場景，像股票交易、銀行的核心交易系統(tǒng)或者電信的計費系統(tǒng)等等?！?/p>
同樣在VDI應用中，隨著遠程辦公和居家辦公的興起，因此現(xiàn)在VDI應用中虛擬機的密度也是各個廠家追求的目標，希望每臺物理機能夠支撐更多的VDI桌面，這樣機房的占用空間、節(jié)能、制冷等都會實現(xiàn)更多的節(jié)省，而如果把英特爾? 傲騰?持久內存引入到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，VDI應用中引入傲騰?持久內存之后，內存容量提升高達33%；每個節(jié)點的虛擬機數量提升多達36%；而每個虛擬機的硬件成本降低多達30%，換句話說，如果把英特爾? 傲騰?持久內存作為VDI中的大內存使用時，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(fā)布的PowerStore中，利用英特爾?QAT技術就實現(xiàn)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(xiàn)4：1的數據縮減率，且對性能不會產生影響，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?！崩罹i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，同時在向后端寫盤的時候，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，然后再消重，壓縮消重后會拼成一個比較大的I/O再寫到后端的盤中，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(fā)揮NAND閃存的作用的，而NVMe則可以更好的發(fā)揮NAND閃存的價值，但如果打開消重和壓縮，那么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%以內，如果加上消重/壓縮的算法做得再不好時，那么性能會直接下降50%左右，因此產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(zhàn)?！?/p>
更為關鍵的是，英特爾?QAT不僅具有標準的壓縮/解壓縮能力，能夠通過無損的數據壓縮方式確保數據傳輸安全，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擬機之前，私鑰都會始終處于加密狀態(tài)，而只有芯片中的英特爾?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(fā)現(xiàn)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?！?/p>
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(tǒng)整體的加密和運算能力，顯著降低硬件的支撐壓力，大幅提升重刪/壓縮計算速度，降低前臺的I/O的處理時延，從而有效提升全閃存存儲實時業(yè)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(fā)的海量小文件等存儲問題。
推動存儲介質持續(xù)創(chuàng)新和進化
毫無疑問，今天企業(yè)的數據不但保持著指數級的增長，同時其類型也越來越多樣化，而存儲的穩(wěn)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，如持久化內存、全閃等新技術重構和改造原有的存儲架構，來滿足現(xiàn)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(fā)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(fā)布下一代計算平臺，內部代號為‘Sapphire Rapids’?！?/p>
據介紹，“Sapphire Rapids”計算平臺有兩大重要的技術創(chuàng)新，一是英特爾會在該平臺中增加一個名為CXL總線的組件，它和傳統(tǒng)的內存總線是不一樣的，是在PCIe Gen 5的總線上又做了一層CXL的協(xié)議，在這種協(xié)議總線上就可以掛一些傳統(tǒng)的Store Class Memory，也就是通常業(yè)界所說的SCM，同時掛了SCM之后，依然能和內存保持緩存的一致性；二是，搭載了CXL總線的存儲介質盡管速度比內存總線稍微慢一點，但是好處是它的容量會比內存容量大很多。
總之，基于“Sapphire Rapids”平臺，英特爾會推出類似于內存的速度，類似于存儲容量的一款產品，以實現(xiàn)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?持久內存中，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(tǒng)的HDD上，最終能夠更好地滿足用戶對于目前存儲介質創(chuàng)新的需求，進一步加速人工智能和大數據的計算。
而李君鵬最后表示：“今年戴爾科技提出了軟件驅動存儲創(chuàng)新的理念，核心是希望打造適應性更強的軟件架構匹配存儲系統(tǒng)演進的需求，一方面讓客戶的存儲系統(tǒng)能夠具備全面的網絡彈性，另一方面也能夠獲得多云的控制和移動性，更好地適應未來數字化轉型的需求?！?/p>
可以預期的是，未來越來越多的企業(yè)利用創(chuàng)新的存儲介質和技術實現(xiàn)對“存儲金字塔”中內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伙伴的深度合作，以“納秒之速”領跑存儲創(chuàng)新，并持續(xù)推動存儲介質的創(chuàng)新和進化，更好地承載用戶的關鍵業(yè)務和極致應用的落地，最終為企業(yè)的數字化轉型提供更強大的支撐力。
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