Intel parla pubblicamente dei moduli di memoria persistenti Optane DC (PMM) ormai da oltre un anno, sposando i vantaggi di un nuovo livello di architettura incentrata sui dati che si colloca tra DRAM e Optane DC SSD, con supporti SSD e HDD sequenzialmente più lenti che scendono a cascata lungo la piramide su nastro a livello di archivio. L'obiettivo della memoria persistente è sempre stato quello di spostare più dati più vicino alla CPU, offrendo una latenza simile alla DRAM con persistenza e capacità di archiviazione. Dopo un anno di ascolto da parte di partner hardware e software dei vantaggi della memoria persistente in laboratorio, con il rilascio dei processori scalabili Intel Xeon di seconda generazione, Optane DC PMEM è ora disponibile in un'ampia varietà di soluzioni server.
Intel parla pubblicamente dei moduli di memoria persistenti Optane DC (PMM) ormai da oltre un anno, sposando i vantaggi di un nuovo livello di architettura incentrata sui dati che si colloca tra DRAM e SSD Optane DC, con supporti SSD e HDD sequenzialmente più lenti che scendono a cascata lungo la piramide su nastro a livello di archivio. L'obiettivo della memoria persistente è sempre stato quello di spostare più dati più vicino alla CPU, offrendo una latenza simile alla DRAM con persistenza e capacità simili allo storage. Dopo un anno di ascolto da parte di partner hardware e software parlare dei vantaggi della memoria persistente in laboratorio, con il rilascio dei processori scalabili Intel Xeon di seconda generazione, Optane DC PMEM è ora disponibile in un'ampia varietà di soluzioni server.
Modulo di memoria persistente Intel Optane DC
Panoramica dell'hardware della memoria persistente Intel Optane DC
I PMM DC Intel Optane sono disponibili con capacità molto più elevate rispetto alla DRAM tradizionale. I moduli di memoria persistente Intel Optane DC sono disponibili con capacità da 128 GB, 256 GB e 512 GB, molto più grandi delle chiavette DRAM che in genere vanno da 4 GB a 32 GB, sebbene esistano capacità maggiori. I PMM si trovano sullo stesso canale della DRAM e dovrebbero essere popolati nello slot più vicino alla CPU su ciascun canale. Una configurazione popolare consigliata da Intel è un rapporto 4:1, con DRAM da 32 GB e DCPMM da 128 GB, che puoi vedere di seguito.
Ogni CPU può supportare fino a 6 moduli di memoria persistente. In un server tipico che supporta due processori Intel Xeon Salable, ciò significa 12 moduli di memoria persistente per sistema o fino a 6 TB di capacità PMEM totale (3 TB per socket). I server che supportano la memoria persistente mostreranno anche la presenza di moduli all'interno del BIOS di sistema in cui è possibile impostare le modalità di memoria persistente, creare spazi dei nomi e configurare i pool, tra le altre impostazioni. Lo stesso livello di visibilità e configurazione può essere eseguito anche tramite il sistema operativo.
Per dare un'occhiata a come comunica, la memoria persistente Intel Optane DC utilizza il protocollo DDR-T. Ciò consente la temporizzazione asincrona di comandi/dati. Il controller del modulo utilizza lo schema di richiesta/concessione per comunicare con il controller host. La direzione e la temporizzazione del bus dati sono controllate dall'host. Un pacchetto di comandi per richiesta viene inviato dall'host al controller della memoria persistente. Se necessario, la transazione può essere riordinata nel controller di memoria persistente Intel Optane DC. I moduli utilizzano una granularità di accesso alla linea cache da 64 B, simile a DDR4.
Dal punto di vista hardware, la memoria persistente Optane DC è un sistema completo su un modulo con diversi componenti chiave:
- Il circuito integrato di gestione dell'alimentazione (PMIC) genera tutti i binari per supporti e controller
- SPI Flash memorizza il firmware del modulo
- Intel Optane Media costituisce lo spazio di archiviazione stesso che comprende 11 dispositivi paralleli per dati, ECC e riserva
- Buffer DQ per l'integrità del segnale a bit rate elevato
- AIT DRAM contiene la tabella di indirizzo indiretto
- Energy Store Caps garantisce lo svuotamento di tutte le code dei moduli in caso di interruzione di corrente
- Al centro di ogni modulo di memoria persistente c'è il controller di memoria persistente Intel Optane DC che gestisce i trasferimenti di dati e la gestione dei sottocomponenti sulla scheda.
Naturalmente, se si considerano i moduli stessi, dopo costi e prestazioni, forse la durata è la preoccupazione più grande. Come altri supporti di archiviazione, la memoria persistente Intel Optane DC viene misurata in petabyte scritti (PBW). Il PBW è stimato in base a considerazioni sulla larghezza di banda e sulla resistenza dei supporti per un ciclo di vita di 5 anni, presupponendo la larghezza di banda massima al consumo energetico target per 24 ore su 7, 365 giorni su 100, 15 giorni all'anno. Nel caso di scrittura al 350% da XNUMX W, i moduli di memoria persistente supportano oltre XNUMX PBW, come mostrato nel grafico seguente.
Un'ulteriore nota sulle impostazioni: i moduli DC Optane sono programmabili per diversi limiti di potenza consentendo un'ampia gamma di ottimizzazioni. I moduli di memoria persistente supportano un inviluppo di potenza di 12 W - 18 W e possono essere regolati con una granularità di 0.25 Watt. Le impostazioni di potenza più elevate offrono le migliori prestazioni, anche se con il costo associato a un maggiore assorbimento energetico complessivo del server. In alcuni casi, ciò potrebbe non costituire un problema e le organizzazioni possono scegliere di massimizzare la potenza in base al supporto del server.
Modalità operative della memoria persistente Intel Optane DC
Una volta distribuiti in un server, i PMM possono essere ulteriormente configurati in una varietà di modalità operative che includono la modalità memoria e la modalità diretta app, insieme a una scala mobile di allocazioni intermedie.
Optane DC Memoria persistente – Modalità memoria
In modalità memoria, i PMM vengono utilizzati in modo molto simile alla DRAM. Non sono necessari software specifici o modifiche alle applicazioni, la memoria persistente imita la DRAM mantenendo i dati "volatili", sebbene la chiave volatile venga cancellata a ogni ciclo di accensione. In modalità memoria la memoria persistente viene utilizzata come estensione della DRAM ed è gestita dal controller di memoria host. Non esiste un rapporto prestabilito tra memoria persistente e DRAM, il mix può dipendere dalle esigenze dell'applicazione. In termini di profilo di latenza, qualsiasi cosa colpisca la cache DRAM (vicino alla memoria) fornirà ovviamente una latenza <100 nanosecondi. Eventuali errori di cache verranno trasferiti alla memoria persistente (memoria lontana) che fornirà una latenza nell'intervallo inferiore al microsecondo.
Memoria persistente Optane DC – Modalità diretta app
La memoria persistente Optane DC dispone anche di una modalità App Direct. Questa modalità richiede software/applicazioni specifiche che riconoscono la memoria persistente. Questa modalità rende la memoria persistente sul posto persistente ma ancora indirizzabile tramite byte in modo simile alla memoria. Nella modalità App Direct la memoria persistente rimane coerente con la cache e offre la possibilità di eseguire DMA e RDMA.
C'è anche la possibilità di configurare la memoria persistente come spazio di archiviazione su App Direct. In questo caso, la memoria persistente agisce in blocchi come farebbero gli SSD, con le tradizionali istruzioni di lettura/scrittura. Funziona con i file system esistenti, offre atomicità a livello di blocco ed è configurabile nella dimensione del blocco (4K, 512B). Per utilizzare l'archiviazione direttamente sull'app, gli utenti necessitano semplicemente di un driver NVDIMM. Questa modalità consente il dimensionamento della capacità e prestazioni migliori, una latenza inferiore e una resistenza più elevata rispetto ai tradizionali SSD di classe aziendale.
Vantaggi della memoria persistente Intel Optane DC
I moduli di memoria persistente Intel Optane DC offrono un'ampia gamma di vantaggi per gli utenti finali. Innanzitutto, i moduli offrono un modo per ridimensionare efficacemente l'ingombro della DRAM di un server in un modo molto più conveniente. Poiché la memoria persistente può essere collegata al livello DRAM, l'effettiva impronta della DRAM utilizzabile si adatta più rapidamente e la memoria persistente migliora il TCO complessivo dell'investimento sui server di un'organizzazione. Inoltre, poiché i server sono in grado di elaborare più dati più rapidamente, potrebbe essere possibile per alcuni sfruttare nuove opportunità per consolidare i carichi di lavoro. C’è anche un secondo argomento che può essere avanzato quando si tratta di valore. Per i carichi di lavoro che potrebbero non richiedere tutta la latenza DRAM in nanosecondi offerta, le organizzazioni potrebbero scegliere di costruire i propri server con meno DRAM ma più memoria persistente Optane DC per mantenere comunque un ingombro di memoria ragionevole o maggiore, ma con il costo più conveniente moduli di memoria persistenti anziché DRAM.
I moduli di memoria persistenti, come indica apertamente il nome, sono persistenti. Ciò significa che i PMM non necessitano di essere aggiornati con i dati, il che porta a riavvii del server più rapidi. Questo è di fondamentale importanza quando si tratta di database residenti in memoria. Dopo il riavvio del server, il tempo necessario per ripristinare tutti i dati in memoria può richiedere molto tempo. I fornitori di software indipendenti (ISV) che si concentrano su database ad alte prestazioni hanno ottenuto enormi vantaggi dalla memoria persistente in questi scenari, dove diventare rapidamente operativi è un concetto fondamentale. In effetti, Intel ha mostrato dati in questo senso. Un archivio colonnare viene ricaricato completamente nella DRAM per un set di dati da 1.3 TB che hanno rilevato essere 20 minuti in un server solo DRAM. Il riavvio di un intero sistema in quel server prima che la memoria persistente fosse di 32 minuti; 12 minuti per il sistema operativo, 20 minuti per i dati. Lo stesso server con memoria persistente Optane DC ha impiegato 13.5 minuti. Anche se a prima vista sembra impressionante, lo è ancora di più se si considera che la componente dati durava solo un minuto e mezzo, il che equivale a un guadagno di 13 volte.
I moduli di memoria persistente Intel Optane DC offrono anche la crittografia sul modulo, rendendola la prima memoria crittografata via hardware. I moduli utilizzano la protezione dei dati inattivi utilizzando un motore di crittografia AES-XTP a 256 bit. In modalità memoria se la cache DRAM perde i suoi dati, la chiave di crittografia viene persa e si rigenera ad ogni avvio. Nella modalità diretta app, i supporti persistenti vengono crittografati utilizzando una chiave archiviata in un'area di metadati di sicurezza sul modulo accessibile solo dal controller Intel Optane DC. La memoria persistente Intel Optane DC viene bloccata in caso di interruzione dell'alimentazione e necessita di una passphrase per essere sbloccata. I moduli supportano inoltre la cancellazione crittografica sicura e la sovrascrittura dei moduli DIMM, per un riutilizzo sicuro o per lo smaltimento a fine vita. Infine, sono consentite versioni firmate del firmware e sono disponibili opzioni di controllo della revisione.
Software di memoria persistente Intel Optane DC
Sebbene l'enfasi sia chiaramente sui vantaggi dell'hardware di memoria persistente, Intel offre anche una serie di strumenti software importanti. I seguenti strumenti rappresenterebbero il modo principale per gestire la memoria persistente tramite il sistema operativo, anziché spegnere e riaccendere il server e apportare tali modifiche al BIOS di sistema. Ciò consente di risparmiare tempo ed evitare tempi di inattività necessari per apportare modifiche al volo.
IPMCTL: utilità per la gestione dei moduli di memoria persistente Intel Optane DC
Supporta funzionalità per:
- Scopri i moduli di memoria persistente nella piattaforma.
- Fornire la configurazione della memoria della piattaforma.
- Visualizza e aggiorna il firmware sui PMM.
- Configura la sicurezza dei dati inattivi sui PMM.
- Monitorare lo stato del PMM.
- Tieni traccia delle prestazioni dei PMM.
- Eseguire il debug e risolvere i problemi dei PMM.
NDCTL- Utility per la gestione dei dispositivi del sottosistema “libnvdimm” (Memoria non volatile)
ndctl è un'utilità per la gestione del sottosistema del kernel "libnvdimm". Il sottosistema "libnvdimm" definisce un modello di dispositivo kernel e un'interfaccia dei messaggi di controllo per le risorse NVDIMM della piattaforma come quelle definite da ACPI 6.0 NFIT (NVDIMM Firmware Interface Table). Le operazioni supportate dallo strumento includono il provisioning della capacità (spazi dei nomi), nonché l'enumerazione/abilitazione/disabilitazione dei dispositivi (dimm, regioni, spazi dei nomi) associati a un bus NVDIMM.
Disponibilità del modulo di memoria persistente Intel Optane DC
I moduli di memoria persistenti sono ora disponibili, con numerosi fornitori di server che annunciano la disponibilità del sistema:
Anche i fornitori di sistemi di storage stanno considerando la memoria persistente come un modo per accelerare le loro soluzioni:
Supporto cloud per PMEM:
Anche i principali fornitori di workstation stanno adottando la memoria persistente Intel Optane DC, in particolare per i carichi di lavoro di data science.
Recensioni e benchmark sulla memoria persistente Intel Optane DC
