Intel ha hablado públicamente sobre los Módulos de memoria persistente (PMM) Optane DC durante más de un año, defendiendo los beneficios de un nuevo nivel de arquitectura centrada en datos que se encuentra entre DRAM y SSD Optane DC, con medios SSD y HDD secuencialmente más lentos en cascada hacia abajo de la pirámide. a cinta en el nivel de archivo. El objetivo con la memoria persistente siempre ha sido acercar más datos a la CPU, ofreciendo una latencia similar a la DRAM con persistencia y capacidades similares a las del almacenamiento. Después de un año de escuchar a los socios de hardware y software hablar sobre los beneficios de la memoria persistente en el laboratorio, con el lanzamiento de los procesadores escalables Intel Xeon de segunda generación, Optane DC PMEM ahora está disponible en una amplia variedad de soluciones de servidor.
Intel ha hablado públicamente sobre los Módulos de memoria persistente (PMM) Optane DC durante más de un año, defendiendo los beneficios de un nuevo nivel de arquitectura centrada en datos que se encuentra entre DRAM y SSD Optane DC, con medios SSD y HDD secuencialmente más lentos en cascada hacia abajo de la pirámide. a cinta en el nivel de archivo. El objetivo con la memoria persistente siempre ha sido acercar más datos a la CPU, ofreciendo una latencia similar a la DRAM con persistencia y capacidades similares a las del almacenamiento. Después de un año de escuchar a los socios de hardware y software hablar sobre los beneficios de la memoria persistente en el laboratorio, con el lanzamiento de los procesadores escalables Intel Xeon de segunda generación, Optane DC PMEM ahora está disponible en una amplia variedad de soluciones de servidor.
Módulo de memoria persistente Intel Optane DC
Descripción general del hardware de memoria persistente Intel Optane DC
Los PMM Intel Optane DC vienen en capacidades mucho más altas que la DRAM tradicional. Los módulos de memoria persistente Intel Optane DC vienen en capacidades de 128 GB, 256 GB y 512 GB, mucho más grandes que las memorias DRAM que suelen oscilar entre 4 GB y 32 GB, aunque existen capacidades más grandes. Los PMM están en el mismo canal que la DRAM y deben ocupar la ranura más cercana a la CPU en cada canal. Una configuración popular que recomienda Intel es una proporción de 4:1, con 32 GB de DRAM a 128 GB de DCPMM, que puede ver a continuación.
Cada CPU puede admitir hasta 6 módulos de memoria persistentes. En un servidor típico que admite dos procesadores Intel Xeon vendibles, eso significa 12 módulos de memoria persistentes por sistema o hasta 6 TB de capacidad PMEM total (3 TB por socket). Los servidores que son compatibles con la memoria persistente también mostrarán el conocimiento de los módulos dentro del BIOS de su sistema donde se pueden configurar los modos de memoria persistente, crear espacios de nombres y configurar grupos, entre otras configuraciones. Este mismo nivel de visibilidad y configuración también se puede realizar a través del sistema operativo.
Para ver cómo se comunica, la memoria persistente Intel Optane DC utiliza el protocolo DDR-T. Esto permite la temporización asíncrona de comandos/datos. El controlador del módulo utiliza el esquema de solicitud/concesión para comunicarse con el controlador del host. La dirección y el tiempo del bus de datos son controlados por el host. Se envía un paquete de comando por solicitud desde el host al controlador de memoria persistente. La transacción se puede reordenar en el controlador de memoria persistente Intel Optane DC si es necesario. Los módulos utilizan una granularidad de acceso a la línea de caché de 64B, que es similar a DDR4.
Desde una perspectiva de hardware, la memoria persistente Optane DC es un sistema completo en un módulo con varios componentes clave:
- El circuito integrado de administración de energía (PMIC) genera todos los rieles para los medios y el controlador
- SPI Flash almacena el firmware del módulo
- Intel Optane Media constituye el espacio de almacenamiento en sí mismo, que se compone de 11 dispositivos paralelos para datos, ECC y repuesto
- Búferes DQ para integridad de señal de alta tasa de bits
- AIT DRAM tiene la tabla de direcciones indirectas
- Energy Store Caps garantiza el vaciado de todas las colas de módulos en caso de un corte de energía
- En el corazón de cada módulo de memoria persistente se encuentra el controlador de memoria persistente Intel Optane DC, que maneja las transferencias de datos y la gestión de los subcomponentes en la placa.
Por supuesto, al considerar los módulos en sí mismos, después del costo y el rendimiento, quizás la resistencia sea la mayor preocupación. Al igual que otros medios de almacenamiento, la memoria persistente Intel Optane DC se mide en petabytes escritos (PBW). El PBW se estima en función del ancho de banda y las consideraciones de resistencia de los medios durante una vida útil de 5 años, suponiendo un ancho de banda máximo en el uso de energía objetivo las 24 horas del día, los 7 días de la semana, los 365 días del año. En el caso del 100 % de escritura de 15 W, los módulos de memoria persistente admiten más de 350 PBW, como se ve en el gráfico a continuación.
Una nota adicional sobre la configuración, los módulos Optane DC son programables para diferentes límites de potencia, lo que permite una amplia gama de optimización. Los módulos de memoria persistente admiten una envolvente de potencia de 12 W a 18 W y se pueden ajustar con una granularidad de 0.25 vatios. Las configuraciones de mayor potencia brindan el mejor rendimiento, aunque con el costo asociado con un mayor consumo general de energía del servidor. En algunos casos, eso puede no ser un problema y las organizaciones pueden optar por maximizar el sobre de energía en función del soporte del servidor.
Modos de funcionamiento de la memoria persistente Intel Optane DC
Una vez implementados en un servidor, los PMM pueden configurarse aún más en una variedad de modos operativos que incluyen el modo de memoria y el modo directo de la aplicación, junto con una escala móvil de asignaciones intermedias.
Memoria persistente Optane DC: modo de memoria
En el modo de memoria, los PMM se usan de manera muy similar a la DRAM. No hay necesidad de software específico o cambios en las aplicaciones, la memoria persistente imita a DRAM manteniendo los datos "volátiles", aunque la clave volátil se borra cada ciclo de energía. En el modo de memoria, la memoria persistente se usa como una extensión de DRAM y es administrada por el controlador de memoria del host. No hay una relación establecida para la memoria persistente a DRAM, la combinación puede depender de las necesidades de la aplicación. En términos de perfil de latencia, cualquier cosa que llegue a la memoria caché DRAM (cerca de la memoria) ofrecerá, por supuesto, una latencia de <100 nanosegundos. Cualquier error de caché fluirá a la memoria persistente (memoria lejana) que generará una latencia en el rango de submicrosegundos.
Memoria persistente Optane DC: modo directo de la aplicación
La memoria persistente Optane DC también tiene un modo App Direct. Este modo necesita software/aplicaciones conscientes de la memoria persistente específicos. Este modo hace que la memoria persistente en su lugar sea persistente pero aún direccionable por bytes similar a la memoria. En el modo App Direct, la memoria persistente permanece coherente con la memoria caché y ofrece la capacidad de hacer DMA y RDMA.
También existe la posibilidad de configurar la memoria persistente como almacenamiento a través de App Direct. Aquí, la memoria persistente actúa en bloques como lo harían los SSD, con instrucciones tradicionales de lectura/escritura. Esto funciona con sistemas de archivos existentes, ofrece atomicidad a nivel de bloque y es configurable en tamaño de bloque (4K, 512B). Para usar el almacenamiento sobre la aplicación directamente, los usuarios simplemente necesitan un controlador NVDIMM. Este modo permite escalar la capacidad y obtener un mejor rendimiento, menor latencia y mayor resistencia que los SSD de clase empresarial tradicionales.
Beneficios de la memoria persistente Intel Optane DC
Los módulos de memoria persistente Intel Optane DC ofrecen una amplia variedad de beneficios para los usuarios finales. En primer lugar, los módulos ofrecen una manera de escalar de manera efectiva la huella de DRAM de un servidor de una manera mucho más rentable. Debido a que la memoria persistente se puede combinar con la capa de DRAM, el espacio efectivo de DRAM utilizable se escala más rápidamente con la memoria persistente, lo que mejora el TCO general de la inversión en servidores de una organización. Además, dado que los servidores pueden procesar más datos con mayor rapidez, es posible que algunos aprovechen las nuevas oportunidades para consolidar las cargas de trabajo. También hay un segundo argumento que se puede hacer cuando se trata de valor. Para las cargas de trabajo que pueden no necesitar la mayor parte de las ofertas de DRAM de latencia de nanosegundos, las organizaciones podrían optar por construir sus servidores con menos DRAM pero más memoria persistente Optane DC para mantener una huella de memoria razonable o más grande, pero con la más rentable. módulos de memoria persistentes en lugar de DRAM.
Los módulos de memoria persistente, como su nombre indica abiertamente, son persistentes. Esto significa que los PMM no necesitan actualizarse con datos, lo que conduce a reinicios de servidor más rápidos. Esto es de vital importancia cuando se trata de bases de datos residentes en memoria. Después de reiniciar el servidor, el tiempo para restaurar todo eso en los datos de la memoria puede llevar mucho tiempo. Los proveedores de software independientes (ISV) que se enfocan en bases de datos de alto rendimiento han visto grandes ganancias de la memoria persistente en estos escenarios, donde estar operativo rápidamente es una noción crítica. De hecho, Intel ha mostrado datos en este sentido. Una tienda de columnas se recargó por completo en DRAM para un conjunto de datos de 1.3 TB y encontraron que eran 20 minutos en un servidor solo de DRAM. Un reinicio completo del sistema en ese servidor antes de la memoria persistente era de 32 minutos; 12 minutos para el sistema operativo, 20 minutos para los datos. El mismo servidor con memoria persistente Optane DC tardó 13.5 minutos. Si bien en la superficie parece impresionante, es aún más impresionante cuando se considera que el componente de datos fue solo un minuto y medio, lo que equivale a una ganancia de 13X.
Los módulos de memoria persistente Intel Optane DC también ofrecen encriptación en el módulo, lo que la convierte en la primera memoria encriptada por hardware. Los módulos utilizan protección de datos en reposo mediante un motor de cifrado AES-XTP de 256 bits. En el modo de memoria, si la memoria caché DRAM pierde sus datos, la clave de cifrado se pierde y se regenera en cada arranque. En el modo App Direct, los medios persistentes se cifran mediante una clave almacenada en una región de metadatos de seguridad en un módulo al que solo puede acceder el controlador Intel Optane DC. La memoria persistente Intel Optane DC se bloquea en un evento de pérdida de energía y necesita una frase de contraseña para desbloquearse. Los módulos también admiten el borrado criptográfico seguro y la sobrescritura de DIMM, para una reutilización segura o el descarte al final de su vida útil. Por último, se permiten versiones firmadas del firmware, las opciones de control de revisión están disponibles.
Software de memoria persistente Intel Optane DC
Si bien el énfasis está claramente en los beneficios del hardware de memoria persistente, Intel tiene un conjunto de herramientas de software que también son importantes. Las siguientes herramientas serían la forma principal de administrar la memoria persistente a través del sistema operativo, en lugar de apagar y encender el servidor y realizar esos cambios en el BIOS del sistema. Esto ahorra tiempo y evita el tiempo de inactividad para realizar cambios sobre la marcha.
IPMCTL: utilidad para administrar los módulos de memoria persistente Intel Optane DC
Soporta funcionalidad para:
- Descubra módulos de memoria persistentes en la plataforma.
- Aprovisione la configuración de memoria de la plataforma.
- Vea y actualice el firmware en los PMM.
- Configure la seguridad de datos en reposo en los PMM.
- Monitoree la salud de PMM.
- Realice un seguimiento del rendimiento de los PMM.
- Depurar y solucionar problemas de PMM.
NDCTL- Utilidad para gestionar dispositivos del subsistema “libnvdimm” (Memoria no volátil)
ndctl es una utilidad para administrar el subsistema del kernel "libnvdimm". El subsistema "libnvdimm" define un modelo de dispositivo kernel y una interfaz de mensajes de control para los recursos NVDIMM de la plataforma como los definidos por ACPI 6.0 NFIT (tabla de interfaz de firmware NVDIMM). Las operaciones admitidas por la herramienta incluyen la capacidad de aprovisionamiento (espacios de nombres), así como la enumeración/habilitación/deshabilitación de los dispositivos (dimms, regiones, espacios de nombres) asociados con un bus NVDIMM.
Disponibilidad del módulo de memoria persistente Intel Optane DC
Los módulos de memoria persistente ya están disponibles y numerosos proveedores de servidores anuncian la disponibilidad del sistema:
Los proveedores de sistemas de almacenamiento también están considerando la memoria persistente como una forma de acelerar sus soluciones:
Soporte en la nube para PMEM:
Los principales proveedores de estaciones de trabajo también están adoptando la memoria persistente Intel Optane DC, especialmente para cargas de trabajo de ciencia de datos.
Reseñas y puntos de referencia de la memoria persistente Intel Optane DC
