データセンターでは、プロセッサとストレージの間で終わりのない競争が繰り広げられています。過去 8 年間で、プロセッサに搭載されるコアの数は 16 つまたは 32 つから 64、XNUMX、XNUMX、さらには XNUMX 個に増加しました。この間のストレージ テクノロジにより、レイテンシが劇的に短縮され、データ スループットが向上しました。しかし、現実には、PCIe デバイスまたはネットワーク ストレージに存在するデータを待機するために、あまりにも多くの CPU サイクルが無駄にされています。新しいタイプのストレージ ハードウェア、ストレージ クラス メモリ（SCM）の出現により、私たちは転換点に達しつつあります。 SCM はメモリ チャネル上に常駐するため、周辺ストレージの遅延やデータ帯域幅の制限によって妨げられることはありません。メモリ チャネル上にあると、SCM は CPU にはるかに近くに配置されます。つまり、最新の CPU にデータを送信するための同時「スイム レーン」が増えます。これにより、プロセッサがデータにアクセスできる速度が大幅に向上します。
データセンターでは、プロセッサとストレージの間で終わりのない競争が繰り広げられています。過去 8 年間で、プロセッサに搭載されるコアの数は 16 つまたは 32 つから 64、XNUMX、XNUMX、さらには XNUMX 個に増加しました。この間のストレージ テクノロジにより、レイテンシが劇的に短縮され、データ スループットが向上しました。しかし、現実には、PCIe デバイスまたはネットワーク ストレージに存在するデータを待機するために、あまりにも多くの CPU サイクルが無駄にされています。新しいタイプのストレージ ハードウェア、ストレージ クラス メモリ（SCM）の出現により、私たちは転換点に達しつつあります。 SCM はメモリ チャネル上に常駐するため、周辺ストレージの遅延やデータ帯域幅の制限によって妨げられることはありません。メモリ チャネル上にあると、SCM は CPU にはるかに近くに配置されます。つまり、最新の CPU にデータを送信するための同時「スイム レーン」が増えます。これにより、プロセッサがデータにアクセスできる速度が大幅に向上します。
SCM は一般的なデータセンター ストレージ ソリューションよりもはるかに高速であるため、ストレージの使用方法を再構築することができます。 SCM にはストレージをデータセンター技術競争の先頭に立つ可能性がありますが、それを実現できるのは、SCM の能力をデータ ストレージに効果的に利用する工夫された機能があれば、それを活用できた場合に限られます。この記事では、SCM とは何かを説明し、このテクノロジがこれほど変革をもたらす理由、つまりこのテクノロジの有望性、テストのプロセス、およびこのテクノロジがデータセンターで変革をもたらす可能性があると考える理由について説明します。
多くの新しいハードウェア テクノロジの問題の 1 つは、その機能を活用するためにアプリケーションやサービスの書き直しや再アーキテクチャが必要になる可能性があることです。この典型的な例は、マルチコア プロセッサが初めて登場したときに、それを活用するためにマルチスレッド コードを記述する必要があったときです。 SCMも企業になるまでは同じ状況でしたが、 フォーミュラスブラックは、既存の変更されていないアプリケーションが SCM を利用してアプリケーションのパフォーマンスを高速化できる方法を考案しました。 フォーミュラスブラック 開発されたメモリ管理ソフトウェアは、アプリケーションが変更を加えずに SCM を活用できるように、標準の POSIX 準拠のブロック デバイスを提供します。 Formulus Black による初期のテストでは、SCM ベースのストレージを利用するアプリケーションが大幅なパフォーマンスの向上を示していることが示されています。 StorageReview.com のラボでこれらのメリットを検証し、定量化します。
Formulus Black の詳細を掘り下げる前に、SCM とその背景について簡単に説明しましょう。 SCM は、プロセッサがペリフェラル バス (NVMe や SSD/HDD の場合のように) ではなく、DIMM スロットを介してメモリ バスにアクセスするという点で、これまでに見てきた他のサーバー ストレージとは大きく異なります。また、このプロセッサの方式も同様です。アクセスはレイテンシの大幅な減少につながります。 DRAM（永続的ではない）とは異なり、SCM は停電後または再起動後も情報を保持します。 SCM には SSD/HDD テクノロジに勝る他の機能もありますが、アクセス速度とその永続性が最も重要です。
SCMを実現する技術の開発には長い時間がかかりました。 NAND (現在 SSD デバイスで使用されている) を DIMM スロットに接続するだけで良好なパフォーマンスを期待することはできないため、新しい形式の半導体を開発する必要がありました。インテルは、自社の 3D XPoint チップで SCM テクノロジーの最前線に立っています。 Optane DC 永続メモリ 製品ラインをリリースした最初の企業になりました。
Intel による初期のテストでは、3D XPoint は NAND よりも 100 倍高速ですが、DRAM よりはわずか 10 倍遅いことが示されています。 3D XPoint は、DRAM よりも大幅に遅いにもかかわらず、より大容量で低コストのデバイスをサポートし、前述したように、DRAM にはないデータの永続性を備えています。市場にはさまざまな SCM PMEM 製品がありますが、説明を簡単にするため、また現時点ではインテルがこの分野のリーダーであると思われるため、この記事では同社の SCM 製品に焦点を当てます。
SCM 製品が利用可能になると、企業はこのテクノロジーを活用する最善の方法を見つける必要がありました。そして、Formulus Black はまさにそれを実現しました。 Forsa。 Forsa は、物理メモリ メディアとして SCM または DRAM を使用して、論理拡張メモリ (LEM) と呼ばれるブロック レベルのデバイスの作成と管理を可能にするソフトウェア スタックです。 LEM は POSIX 準拠であるため、アプリケーションはそれを直接使用できます。標準のファイルシステムをマウントしたり、仮想マシン (VM) で使用したりできます。明確にするために、Forsa は DRAM でも使用できますが、StorageReview.com ラボで実行するテストは Optane DC Persistent Memory (DCPMM) を使用して行われます。
DCPMM 用のブロックレベルのデバイス ドライバーは他にもありますが、他のブロックレベルのデバイスとは異なり、Formulus Black は LEM にデータの整合性、リアルタイムのデータ削減、クローン、スナップショット、高可用性などのエンタープライズ ストレージ機能を提供します。これらの機能は、 （LEM が VM によって使用されているかどうかに関係なく）ファイル システムとして、またはアプリケーションによって直接利用できます。さらに、FORSA は、ストック DCPMM が NUMA を認識しないのに対し、FORSA LEM は NURA アーキテクチャにより NUMA を認識するなど、メモリ チャネルの使用に特有の複雑さに対処します。たとえば、テスト ラボの Lenovo SR950 サーバー上で XNUMX つの個別の SCM ストレージ領域をプロビジョニングおよび管理する代わりに、Forsa はマルチソケット サーバー上のすべての NUMA ノードにまたがるすべての SCM メモリ領域をマップし、SCM のプロビジョニングおよび管理を可能にします。すべての SCM 容量の合計を使用するベースの LEM。
Forsa には洗練された Web ベースのユーザー インターフェースがあるため、上記のエンタープライズ機能を備えた LEM を作成して有効にすることは非常に簡単です。ただし、Formulus Black は API ファーストの考え方を持っているため、すべての LEM 管理機能には RESTful API 経由でアクセスできます。
データの整合性を確保するために、Forsa にはメモリ エラー チェックと不良ブロック置換 (BBR) を行う中央フォールト トレランス マネージャー (CFTM) が搭載されています。
データ効率を高めるために、Formulus Black はデータ削減機能も提供します。これは、独自の Formulus Bit Marker (FbM) テクノロジーを使用して重複データを削減するリアルタイム インライン アルゴリズムです。 Formulus Black による初期のテストでは、FbM によって同じ物理メモリ メディアに保存できる生データの量が増加し、ストレージの高速層としてメモリを使用する場合の GB あたりの実効コストが削減できることが示されています。しかし、多数の RHEL VM インスタンスをデプロイしたニッチなケースのテストでは、FbM によってメモリの有効ストレージ容量が 20 倍以上増加したと主張しています。これは、RHEL のゴールデン イメージ インスタンスや、複数の仮想マシン インスタンス間で実行されているその他のアプリケーション データなどのデータ パターンを検出する FbM の機能によるものです。
データ保護の場合、Forsa は高可用性 (HA) モードで使用でき、保護する LEM のミラー イメージを 2 番目のノードに作成します。 HA モードは、非永続的であるため、高価値 LEM の場合、またはストレージのバックアップとして DRAM を使用する場合に非常に便利であることがわかります。
LEM を SSD ストレージ デバイスにバックアップして保護することもできます。 Forsa のバックアップ機能である BLINK は、システム上のすべての LEM または一部の LEM で使用できる機能です。 HA モードと同様に、BLINK は、高価値の LEM を使用する場合、または非永続的な DRAM をストレージのバックアップとして使用する場合に非常に便利であることがわかります。
作成する LEM が単一サーバー上の DRAM または SCM の容量を超える場合があります。このような状況に対応するために、Forsa を使用して、Forsa を実行している 2 つのサーバーにまたがる LEM を作成できます。
Forsa を実行するための要件はかなり緩やかで、Formulus Black の Web サイトで見つけることができます。 Intel Optane DC 永続メモリは特定のマザーボードと最新プロセッサの特定のモデルでのみサポートされているため、要件はより制限されています。テストでは、設備の整った Lenovo SR950 サーバーを使用します。私たちが使用する SR950 には、768 GB の RAM、4 x 8280M CPU、ブートに使用されるオンボード SATA m.2 SSD、および 12 x 1.6TB Intel P4610 NVMe SSD が搭載されています。前回のテストでは、素晴らしいパフォーマンス結果が得られました。 VDBench ワークロードでは、5K 読み取りで 4 万を超える IOPS、3.2K 書き込みで 4 万 IOPS を実現できました。 CPU パフォーマンスの問題によってボトルネックになることがないため、これは Forsa をテストするのに最適なシステムです。あ SR950 の完全なレビューはここでご覧いただけます.
SAP HANA などのいくつかのアプリケーションは、DCPMM テクノロジを活用するために書き換えられたり、変更されたりしていますが、大部分はまだされていません。 Forsa は、この非常に高速なストレージを使用できることに加えて、HA、バックアップ、FbM によるデータ削減など、企業顧客が要求する機能をサポートするため、DCPMM の機能を拡張します。 Formulus Black Forsa には多くの期待があり、私たちの研究室でこれを使用することを楽しみにしています。アプリケーションの書き換えや再構築を行わずに SCM テクノロジーを活用できるため、Forsa は DCPMM のキラー アプリケーションになる可能性があります。
Formulus Black は、Forsa が市場で永続メモリ用の最速のブロック ストレージ インターフェイスであることについて大胆な主張をしており、Forsa LEM は永続メモリのネイティブ ファイルシステムをも上回るパフォーマンスを発揮していると主張しています。 StorageReview では、ラボでこれを使用し、これらの主張をテストすることを楽しみにしています。
Formulus Black 製品概要 （PDFファイル）
このレポートはFormulus Blackの後援を受けています。このレポートで表明されているすべての見解や意見は、検討中の製品に対する当社の公平な見解に基づいています。
