突破內(nèi)存墻能帶來(lái)什么？看火山引擎智能推薦服務(wù)節(jié)支增效實(shí)戰(zhàn)

千行百業(yè)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型正如火如荼，IT基礎(chǔ)設(shè)施資源的供求矛盾也日益突出，這尤其體現(xiàn)在AI和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用上。

以AI應(yīng)用為例：有統(tǒng)計(jì)表明，模型訓(xùn)練所需的算力平均100天就會(huì)翻番。算力需求的幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)雖然看起來(lái)很有挑戰(zhàn)性，但一直處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)的各類(lèi)芯片，或者說(shuō)算力相關(guān)技術(shù)還能勉強(qiáng)跟上節(jié)奏。IT資源不足的真正麻煩，其實(shí)更多發(fā)生在內(nèi)存和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，也就是被業(yè)界稱為“內(nèi)存墻”的問(wèn)題日漸嚴(yán)重。

“內(nèi)存墻”，給大數(shù)據(jù)與AI“添堵”

所謂“內(nèi)存墻”，原先主要是指在性能層面，內(nèi)存與算力差距漸大（如帶寬、讀寫(xiě)速度等）造成的協(xié)作壁壘或鴻溝，而今也包含內(nèi)存容量擴(kuò)展跟不上熱數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求所造成的阻礙。

后者產(chǎn)生的背景，是用戶在持續(xù)提升算力單元（如CPU）的性能后，通常希望將更大體量的熱數(shù)據(jù)存放在距算力更近的地方——充分利用內(nèi)存距算力更近、性能相對(duì)其他存儲(chǔ)介質(zhì)和產(chǎn)品更高的優(yōu)勢(shì)，高速地為算力單元“投喂”其需要處理的數(shù)據(jù)，進(jìn)而充分發(fā)揮算力提升所帶來(lái)的效益。

但目前主流的DRAM內(nèi)存不僅容量有限，而且成本高昂，在面對(duì)數(shù)百GB甚至是以TB計(jì)的熱數(shù)據(jù)承載需求時(shí)，會(huì)讓大多數(shù)企業(yè)望而卻步，因此不可避免地在容量層面形成“內(nèi)存墻”問(wèn)題。

難道就沒(méi)有一種既能保證性能又具備性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的理想內(nèi)存，來(lái)幫助企業(yè)破解容量“內(nèi)存墻”問(wèn)題嗎？答案是否定的。其實(shí)，已有眾多企業(yè)開(kāi)始嘗試突圍，比如火山引擎就在其導(dǎo)入創(chuàng)新的內(nèi)存-存儲(chǔ)架構(gòu)后，緩解或突破了“內(nèi)存墻”，顯著提升IT系統(tǒng)和應(yīng)用的性能，并兼收大幅節(jié)支的功效。

另辟蹊徑，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存-存儲(chǔ)架構(gòu)蛻變

火山引擎依托字節(jié)跳動(dòng)高效的大規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)和個(gè)性化推薦技術(shù)，推出頗具競(jìng)爭(zhēng)力的智能推薦服務(wù)?；鹕揭婊诋悩?gòu)存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)建計(jì)算與存儲(chǔ)分離的推薦系統(tǒng)架構(gòu)，其中的存儲(chǔ)型服務(wù)可為數(shù)百億規(guī)模的數(shù)據(jù)特征，以及千億規(guī)模的排序模型參數(shù)提供存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)更新能力。

計(jì)算與存儲(chǔ)分離的推薦系統(tǒng)架構(gòu)

隨著業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)展，火山引擎這一推薦系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理需求也與日俱增，加之互聯(lián)網(wǎng)用戶對(duì)時(shí)延和內(nèi)容推薦相關(guān)度的要求日趨嚴(yán)苛，火山引擎開(kāi)始將 IndexService 應(yīng)用于其推薦業(yè)務(wù)中，以提供高級(jí)語(yǔ)法樹(shù) + 復(fù)雜歸并樹(shù) + 倒排索引功能，并實(shí)現(xiàn)KV 查詢能力。

然而，這些舉措帶來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)需求，又進(jìn)一步提升對(duì) IndexService 的性能要求，也對(duì)存儲(chǔ)服務(wù)器的吞吐量、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性和意外中斷后的恢復(fù)能力都提出更高的要求。要滿足這些要求，就必須采用內(nèi)存來(lái)承載其內(nèi)容信息數(shù)據(jù)，并且還要隨相關(guān)數(shù)據(jù)的大幅擴(kuò)展，同步擴(kuò)充內(nèi)存并將更多數(shù)據(jù)放入其中來(lái)強(qiáng)化時(shí)延和吞吐上的性能優(yōu)勢(shì)。

火山引擎就這樣遭遇了“內(nèi)存墻”的挑戰(zhàn)。因?yàn)槿绻麅?nèi)存擴(kuò)充使用的是DRAM，那么就會(huì)受其規(guī)格所限，能夠擴(kuò)展的內(nèi)存容量始終有限，所以不得不增設(shè)更多服務(wù)器來(lái)滿足存儲(chǔ)量需求，而這又會(huì)造成服務(wù)器處于CPU 利用不充分的狀態(tài)。此外，DRAM 內(nèi)存高昂的價(jià)格以及更多機(jī)架位占用會(huì)大幅推高成本。

最終，火山引擎還是找到了更好的“破墻”利器——它擁抱了內(nèi)存-存儲(chǔ)架構(gòu)領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，引入英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存，并將之與英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器雙劍合璧，對(duì)IndexService存儲(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行了深層次優(yōu)化。

業(yè)界悉知，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存就是為顛覆傳統(tǒng)的內(nèi)存-存儲(chǔ)架構(gòu)而生，不僅具備接近 DRAM 內(nèi)存的性能，而且相對(duì)于 DRAM 內(nèi)存，擁有明顯的大容量、更優(yōu)的單位容量成本優(yōu)勢(shì)，還提供易于使用的內(nèi)存模式及可保障數(shù)據(jù)非易失的 App Direct 模式，并能根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景靈活配置。

傲騰? 持久內(nèi)存在存儲(chǔ)層級(jí)中的位置及作用

火山引擎充分利用了傲騰? 持久內(nèi)存的上述綜合優(yōu)勢(shì)，與英特爾攜手推出存儲(chǔ)架構(gòu)優(yōu)化方案，進(jìn)而在突破原有存儲(chǔ)介質(zhì)和架構(gòu)的局限性，滿足容量和性能要求的同時(shí)，還兼收了成本上的收益。

落地實(shí)踐步步為營(yíng)，實(shí)現(xiàn)性能與成本雙豐收

火山引擎的具體實(shí)戰(zhàn)是如何推進(jìn)的呢？對(duì)于其他面臨類(lèi)似問(wèn)題的用戶又有什么啟發(fā)呢？讓我們來(lái)看看它的實(shí)操步驟吧：

高性能、低時(shí)延是存儲(chǔ)升級(jí)的頭等大事。為滿足推薦系統(tǒng) IndexService支持大規(guī)模訪問(wèn)所需的存儲(chǔ)容量，如其承載的某項(xiàng)服務(wù)在晚高峰時(shí)期的總 TPS 可達(dá)到讀 7000 萬(wàn)、寫(xiě) 3000 萬(wàn)，并提升其數(shù)據(jù)訪問(wèn)和處理能力，火山引擎在使用英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存時(shí)將其配置為App Direct模式，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序從用戶空間直接訪問(wèn)持久內(nèi)存上的數(shù)據(jù)，擺脫額外開(kāi)銷(xiāo)，很好地滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度的高要求。此外，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存在App Direct模式下所具備的數(shù)據(jù)持久性，也進(jìn)一步幫助其推薦系統(tǒng)提升可靠性和安全性。

大容量、低成本促進(jìn)增效節(jié)支。傲騰? 持久內(nèi)存容量比DRAM更大（目前提供128/256/512GB三種容量規(guī)格），且配置靈活，單位容量的成本也更低，可幫助火山引擎實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)高密度和低成本的雙重收益。更值一提的是，使用 DRAM 內(nèi)存 + 持久內(nèi)存方式，還使其單機(jī)并發(fā)業(yè)務(wù)從一個(gè)提升到兩個(gè)，改善了CPU利用率，釋放了服務(wù)器的潛能。

深度優(yōu)化，挖掘持久內(nèi)存潛力。針對(duì)IndexService 業(yè)務(wù)底層存儲(chǔ)是基于 RocksDB PlainTable，數(shù)據(jù)在內(nèi)存文件系統(tǒng)或共享內(nèi)存/dev/shm 中以 SST (Sorted String Table) 文件存儲(chǔ)，以及SST又分為多層、RocksDB 中 L0 和 L1 是性能的關(guān)鍵等狀態(tài)，火山引擎與英特爾攜手，針對(duì)分層混合介質(zhì)存儲(chǔ)進(jìn)行深入優(yōu)化，降低了L0層，讓DRAM和傲騰? 持久內(nèi)存能夠發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，還通過(guò)優(yōu)化 RocksDB PlainTable的二分結(jié)構(gòu)和Bloom Filter參數(shù)，降低IO訪問(wèn)次數(shù)；通過(guò)優(yōu)化LSM樹(shù)結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)吞吐量，使其更加貼合推薦業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

分層混合介質(zhì)存儲(chǔ)示意圖

實(shí)踐是檢驗(yàn)方案成效的金標(biāo)準(zhǔn)。為了測(cè)試引入英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存優(yōu)化后其推薦系統(tǒng)異構(gòu)存儲(chǔ)的性能表現(xiàn)，火山引擎攜手英特爾，使用真實(shí)線上請(qǐng)求數(shù)據(jù)，進(jìn)行了一系列模擬測(cè)試。測(cè)試顯示，無(wú)論系統(tǒng)時(shí)延、吞吐，還是TPS/$ 和存儲(chǔ)密度等性能都獲得顯著提升，為以采用傲騰? 持久內(nèi)存的服務(wù)器替代配備純DRAM內(nèi)存的服務(wù)器樹(shù)立了典范。

此外，經(jīng)火山引擎對(duì)優(yōu)化后存儲(chǔ)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)線實(shí)測(cè)表明，在達(dá)到相同TPS性能指標(biāo)的情況下，采用傲騰? 持久內(nèi)存可以讓服務(wù)器總成本降低16%，即在成本不變的情況下性能提升20%；存儲(chǔ)密度也從原硬件架構(gòu)最大支持1 TB存儲(chǔ)，提升到最大可支持4.5 TB。而且，分層存儲(chǔ)架構(gòu)也為后續(xù)加入NVMe、SSD、HDD、磁帶等層級(jí)，面對(duì)存儲(chǔ)密度要求較高的用戶提供更多“套餐”，從而為釋放處理器和持久內(nèi)存的潛能拓展了空間。

總的來(lái)說(shuō)，火山引擎用實(shí)踐中真實(shí)的數(shù)據(jù)證明引入傲騰? 持久內(nèi)存，優(yōu)化其異構(gòu)存儲(chǔ)架構(gòu)，并搭配至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器，不僅能大幅提升其IndexService 推薦系統(tǒng)的存儲(chǔ)性能，還實(shí)現(xiàn)了可觀的投資收益。

看到這里，你是不是也有一種想把傲騰? 持久內(nèi)存用作攻城槌，去懟內(nèi)存墻的沖動(dòng)了？莫急，你還是要先分析一下自己面對(duì)的內(nèi)存墻具體是出現(xiàn)在什么樣的應(yīng)用場(chǎng)景里。因?yàn)槟壳癆I領(lǐng)域里很多細(xì)分應(yīng)用都或多或少有 “內(nèi)存墻”的困擾，而且現(xiàn)在也并不存在“一招鮮吃遍天”的完美方案?；诎硫v? 持久內(nèi)存+至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器的方案，目前還是更適用于決策或推薦類(lèi)的AI應(yīng)用，且主要是推理。

或許在不久的將來(lái)，隨著英特爾的異構(gòu)架構(gòu)，即XPU走向成熟和完善，再加上英特爾如能打通異構(gòu)芯片對(duì)于主內(nèi)存的調(diào)配和利用通路的話，那么更具有普遍適用價(jià)值的突破“內(nèi)存墻”方案，就有望出現(xiàn)了。相信屆時(shí)傲騰持久內(nèi)存如能進(jìn)一步優(yōu)化其性能，并持續(xù)突破其容量上限（下一代產(chǎn)品單條容量已有望達(dá)到1TB），它仍將是這些破墻方案的C位組件。

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