「觀察」戴爾科技+英特爾傲騰技術(shù)：以“納秒之速”領(lǐng)跑存儲創(chuàng)新

在日前舉辦的2022年戴爾科技集團(tuán)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(yīng)時(shí)間，以及7倍每節(jié)點(diǎn)容量，成為了名副其實(shí)的“關(guān)鍵任務(wù)型企業(yè)級存儲?！?/p>

不僅如此，在戴爾存儲歷史中發(fā)展最快的存儲新架構(gòu)——PowerStore 3.0也發(fā)布了120多項(xiàng)新功能，同時(shí)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(kuò)展，以及支持100GbE網(wǎng)絡(luò)等。也正因此，在提高工作負(fù)載性能方面，PowerStore 3.0帶來了多達(dá)50%更快的混合工作負(fù)載；多達(dá)70% 更快的寫操作；多達(dá)10倍更快的拷貝操作；支持多達(dá)8倍更多的卷，使得整個(gè)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(nèi)存和英特爾? 傲騰? 固態(tài)盤，以及英特爾? QAT硬件壓縮技術(shù)。

在最近《CP談“芯”——如何以“納秒之速”領(lǐng)跑存儲創(chuàng)新》的視頻節(jié)目中，來自戴爾科技集團(tuán)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(shù)據(jù)中心集團(tuán)銷售部非易失內(nèi)存技術(shù)專家李波，就為我們詳細(xì)解讀了英特爾一系列新技術(shù)的發(fā)展趨勢、應(yīng)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(lǐng)跑存儲創(chuàng)新

眾所周知，作為戴爾科技集團(tuán)高端企業(yè)存儲產(chǎn)品系列的PowerMax，誕生三十多年來，PowerMax通過保持技術(shù)創(chuàng)新和迭代，以其高性能、高可靠以及高擴(kuò)展等關(guān)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(zhǔn)，更成為了眾多企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中關(guān)鍵型應(yīng)用的核心支撐。

據(jù)了解，早在2018年P(guān)owerMax就率先實(shí)現(xiàn)了后端的NVMe，2019年則實(shí)現(xiàn)了前端的NVMe over Fabric （NVMe-oF），此舉標(biāo)志著PowerMax實(shí)現(xiàn)了端到端的NVMe，同時(shí)當(dāng)年P(guān)owerMax也采用了雙通道的英特爾? 傲騰? 固態(tài)盤，新一代介質(zhì)的全面采用真正讓PowerMax更大限度地提高了多控制器體系結(jié)構(gòu)的性能，可達(dá)1500萬的IOPS、350GB/s的帶寬和能夠縮短50%的響應(yīng)時(shí)間，讓PowerMax成為了全球最快的存儲陣列。

在此基礎(chǔ)上，最新發(fā)布的下一代的PowerMax，更是在保護(hù)高價(jià)值數(shù)據(jù)、簡化存儲運(yùn)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(shù)，讓新一代PowerMax實(shí)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(gè)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(yīng)時(shí)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(yīng)時(shí)間更是降低了多達(dá)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(gè)響應(yīng)時(shí)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(zhì)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(shí)有著本質(zhì)的區(qū)別，傲騰? 固態(tài)盤是通過一個(gè)三維的按地址尋址的芯片，可以通過按位尋址的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)讀寫操作的，整個(gè)過程當(dāng)中不需要做垃圾回收，再加上芯片控制器中獨(dú)特的算法設(shè)計(jì)，這樣就能保證存儲系統(tǒng)的帶寬和延時(shí)有著極大的改善；而NAND SSD是以頁面為單位實(shí)現(xiàn)讀寫操作，以塊為單位實(shí)現(xiàn)擦除，整個(gè)過程當(dāng)中會出現(xiàn)大量的垃圾需要回收，進(jìn)而也就影響了性能的發(fā)揮。

“傳統(tǒng)的NAND SSD有一個(gè)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(zhì)的限制，沒有辦法快速地把數(shù)據(jù)從盤里讀取到CPU的內(nèi)存上，進(jìn)而影響到行業(yè)用戶進(jìn)行人工智能這樣的計(jì)算需求，而英特爾? 傲騰? 固態(tài)盤由于采用了獨(dú)特的介質(zhì)，其每秒的吞吐量相當(dāng)于8通道的高速，因此只要落了盤想要再提回來的時(shí)候，就可以進(jìn)行直接讀寫操作，而類似這樣的應(yīng)用在銀行、證劵、量化交易以及EDA設(shè)計(jì)中，都有著廣泛的需求和應(yīng)用?！崩畈ㄕf。

重新定義內(nèi)存存儲分層結(jié)構(gòu)

事實(shí)上，從兩位專家的談話中也透露出了當(dāng)前存儲領(lǐng)域中出現(xiàn)的一個(gè)新變化趨勢——就是存儲正在進(jìn)入分層存儲的階段，在“存儲金字塔”結(jié)構(gòu)中可以看到，存儲每個(gè)層級的成本、性能、延時(shí)的指標(biāo)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(yuǎn)，容量雖大但速度也慢，而內(nèi)存在這個(gè)結(jié)構(gòu)里起到的是“承上”(承接計(jì)算對數(shù)據(jù)的高速讀寫需求)以及“啟下”(把需要頻繁訪問的熱數(shù)據(jù)提取到讀寫速度更快的層級上)的關(guān)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(zhì)領(lǐng)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(nèi)存，作為一種全新的內(nèi)存接口形態(tài)，它在響應(yīng)時(shí)間上天然有著巨大的優(yōu)勢，能夠?qū)⒄麄€(gè)存儲系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)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(yīng)級別，真正重新定義了內(nèi)存存儲的層次結(jié)構(gòu)。

同樣，英特爾? 傲騰?持久內(nèi)存與DRAM的不同之處還在于，它能以更經(jīng)濟(jì)的成本來擴(kuò)展出更高的容量(即容量大，且有更高的數(shù)據(jù)存儲密度/價(jià)格比)，并具備數(shù)據(jù)非易失性，或者說是持久性。

此外，英特爾? 傲騰?持久內(nèi)存還提供兩種使用模式：一種方式是內(nèi)存模式，在這種模式下它就是單純的價(jià)格便宜量又足，但斷電后也不會保存數(shù)據(jù)的內(nèi)存，可以作為DRAM內(nèi)存的容量擴(kuò)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(nèi)存和英特爾? 傲騰?持久內(nèi)存視為兩個(gè)獨(dú)立的內(nèi)存池，這樣就使得英特爾? 傲騰?持久內(nèi)存可以像內(nèi)存一樣尋址，并像存儲設(shè)備一樣具備數(shù)據(jù)持久性，而這種持久性讓其在機(jī)器重啟期間也能保留此前加載的數(shù)據(jù)，從而能增加系統(tǒng)的業(yè)務(wù)彈性，縮短重啟時(shí)間，提升業(yè)務(wù)恢復(fù)的速度。

當(dāng)然，如果用戶既對內(nèi)存模式有需求，又有工作負(fù)載需要運(yùn)行在App Direct模式下，那么英特爾? 傲騰?持久內(nèi)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(yù)配置的方式，部分處于內(nèi)存模式，其余部分則處于App Direct 模式，由此讓用戶可以實(shí)現(xiàn)“魚和熊掌兼得”的目標(biāo)。

李波表示：“目前很多的云服務(wù)提供商和互聯(lián)網(wǎng)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(shí)際的應(yīng)用中， 傲騰?持久存儲寫操作的性能可以達(dá)到40微秒，讀操作的性能可以達(dá)到20-30微秒。因此，包括元數(shù)據(jù)以及VDI這樣的應(yīng)用中，英特爾? 傲騰?持久內(nèi)存都能發(fā)揮重要的作用?！?/p>

以元數(shù)據(jù)為例，利用英特爾? 傲騰?持久內(nèi)存或者固態(tài)盤來保存元數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)加速。李君鵬也補(bǔ)充表示：“PowerStore在2020年發(fā)布的時(shí)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(gè)用法比較好，做元數(shù)據(jù)，PowerStore用英特爾? 傲騰? 固態(tài)盤做元數(shù)據(jù)，它的響應(yīng)時(shí)間能降低多達(dá)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(jì)費(fèi)系統(tǒng)等等?！?/p>

同樣在VDI應(yīng)用中，隨著遠(yuǎn)程辦公和居家辦公的興起，因此現(xiàn)在VDI應(yīng)用中虛擬機(jī)的密度也是各個(gè)廠家追求的目標(biāo)，希望每臺物理機(jī)能夠支撐更多的VDI桌面，這樣機(jī)房的占用空間、節(jié)能、制冷等都會實(shí)現(xiàn)更多的節(jié)省，而如果把英特爾? 傲騰?持久內(nèi)存引入到VDI應(yīng)用中，則能夠帶大的性能提升以及整體TCO成本的降低。數(shù)據(jù)顯示，VDI應(yīng)用中引入傲騰?持久內(nèi)存之后，內(nèi)存容量提升高達(dá)33%；每個(gè)節(jié)點(diǎn)的虛擬機(jī)數(shù)量提升多達(dá)36%；而每個(gè)虛擬機(jī)的硬件成本降低多達(dá)30%，換句話說，如果把英特爾? 傲騰?持久內(nèi)存作為VDI中的大內(nèi)存使用時(shí)，可以起到“事半功倍”的效果。

QAT硬件壓縮技術(shù)的獨(dú)特魅力

值得一提的是，在VDI應(yīng)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(shù)，該技術(shù)可基于硬件，加速網(wǎng)絡(luò)安全、路由、存儲和大數(shù)據(jù)等應(yīng)用中常見的壓縮和加密類工作負(fù)載，在提升處理器利用率的同時(shí)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(shù)就實(shí)現(xiàn)了4：1的“壓縮比”?！?PowerStore在實(shí)際客戶的應(yīng)用場景中，多數(shù)的應(yīng)用場景都能實(shí)現(xiàn)4：1的數(shù)據(jù)縮減率，且對性能不會產(chǎn)生影響，如此之高的數(shù)據(jù)壓縮比是如何做出來的呢？其實(shí)就是采用了英特爾?QAT硬件壓縮技術(shù)，如果不用QAT的硬件壓縮，它的響應(yīng)時(shí)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(jī)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(shí)在向后端寫盤的時(shí)候，就會進(jìn)入到一個(gè)壓縮的過程，此時(shí)就會把一個(gè)8K的I/O進(jìn)行壓縮，然后再消重，壓縮消重后會拼成一個(gè)比較大的I/O再寫到后端的盤中，同時(shí)當(dāng)讀某一個(gè)I/O時(shí)，會自動進(jìn)入解壓縮的過程，這個(gè)時(shí)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(shù)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(shí)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(jī)械硬盤設(shè)計(jì)的，因此在這種應(yīng)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(jià)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(nèi)，如果加上消重/壓縮的算法做得再不好時(shí)，那么性能會直接下降50%左右，因此產(chǎn)生的影響是非常大的，而PowerStore通過采用英特爾?QAT技術(shù)，則完全化解這種挑戰(zhàn)?！?/p>

更為關(guān)鍵的是，英特爾?QAT不僅具有標(biāo)準(zhǔn)的壓縮/解壓縮能力，能夠通過無損的數(shù)據(jù)壓縮方式確保數(shù)據(jù)傳輸安全，保護(hù)靜止數(shù)據(jù)；同時(shí)在在加密/解密方面也尤其獨(dú)特之處，即英特爾?QAT通過提供英特爾密鑰保護(hù)技術(shù)（英特爾KPT），也可幫助保護(hù)加密私鑰，借助英特爾 KPT，用戶在進(jìn)入需使用私鑰的虛擬機(jī)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(hù)“加持”。

李波強(qiáng)調(diào)說：“過去通常來說都是通過CPU來計(jì)算加解密的，這樣就會造成CPU的壓力比較大，很多時(shí)候會發(fā)現(xiàn)存儲中的CPU是滿轉(zhuǎn)的，但I(xiàn)/O吞吐這方面還在等CPU算完，但通過英特爾?QAT技術(shù)，就可以最大化的提升加密/解密過程中的吞吐量。”

由此可見，充分利用英特爾?QAT技術(shù)，無疑可以有效提升存儲系統(tǒng)整體的加密和運(yùn)算能力，顯著降低硬件的支撐壓力，大幅提升重刪/壓縮計(jì)算速度，降低前臺的I/O的處理時(shí)延，從而有效提升全閃存存儲實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的處理效率，進(jìn)而為用戶提供實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、更具成本效應(yīng)的全閃存存儲服務(wù)，以及更好地應(yīng)對當(dāng)前爆發(fā)的海量小文件等存儲問題。

推動存儲介質(zhì)持續(xù)創(chuàng)新和進(jìn)化

毫無疑問，今天企業(yè)的數(shù)據(jù)不但保持著指數(shù)級的增長，同時(shí)其類型也越來越多樣化，而存儲的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性以及性能也需要“與時(shí)俱進(jìn)”地保持升級和進(jìn)化，因此，這就要求基于全新的存儲介質(zhì)，如持久化內(nèi)存、全閃等新技術(shù)重構(gòu)和改造原有的存儲架構(gòu)，來滿足現(xiàn)在能夠看到的，而且在未來越來越多的數(shù)據(jù)應(yīng)用。

就這個(gè)話題，兩位技術(shù)專家在對話的結(jié)尾也對未來存儲介質(zhì)的發(fā)展趨勢做了相關(guān)的預(yù)測和分析。李波透露說：“英特爾在今年年末或明年年初的時(shí)候，也會發(fā)布下一代計(jì)算平臺，內(nèi)部代號為‘Sapphire Rapids’。”

據(jù)介紹，“Sapphire Rapids”計(jì)算平臺有兩大重要的技術(shù)創(chuàng)新，一是英特爾會在該平臺中增加一個(gè)名為CXL總線的組件，它和傳統(tǒng)的內(nèi)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(shí)掛了SCM之后，依然能和內(nèi)存保持緩存的一致性；二是，搭載了CXL總線的存儲介質(zhì)盡管速度比內(nèi)存總線稍微慢一點(diǎn)，但是好處是它的容量會比內(nèi)存容量大很多。

總之，基于“Sapphire Rapids”平臺，英特爾會推出類似于內(nèi)存的速度，類似于存儲容量的一款產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)對目前計(jì)算體系結(jié)構(gòu)的“修補(bǔ)”，同時(shí)也能讓熱的數(shù)據(jù)放到DDR上，溫?cái)?shù)據(jù)放到傲騰?持久內(nèi)存中，而冷數(shù)據(jù)則可以放到傲騰? SSD上，需要?dú)w檔的數(shù)據(jù)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(zhì)創(chuàng)新的需求，進(jìn)一步加速人工智能和大數(shù)據(jù)的計(jì)算。

而李君鵬最后表示：“今年戴爾科技提出了軟件驅(qū)動存儲創(chuàng)新的理念，核心是希望打造適應(yīng)性更強(qiáng)的軟件架構(gòu)匹配存儲系統(tǒng)演進(jìn)的需求，一方面讓客戶的存儲系統(tǒng)能夠具備全面的網(wǎng)絡(luò)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(yīng)未來數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求?！?/p>

可以預(yù)期的是，未來越來越多的企業(yè)利用創(chuàng)新的存儲介質(zhì)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)對“存儲金字塔”中內(nèi)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(lǐng)跑存儲創(chuàng)新，并持續(xù)推動存儲介質(zhì)的創(chuàng)新和進(jìn)化，更好地承載用戶的關(guān)鍵業(yè)務(wù)和極致應(yīng)用的落地，最終為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供更強(qiáng)大的支撐力。

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