Intel Optane DC 영구 메모리 모듈(PMM)

인텔은 DRAM과 Optane DC SSD 사이에 위치하는 데이터 중심 아키텍처의 새로운 계층의 이점을 옹호하면서 XNUMX년 넘게 Optane DC 영구 메모리 모듈(PMM)에 대해 공개적으로 이야기해 왔으며 순차적으로 더 느린 SSD 및 HDD 미디어가 피라미드 아래로 계단식으로 연결됩니다. 아카이브 수준에서 테이프에 저장합니다. 영구 메모리의 목표는 항상 더 많은 데이터를 CPU에 더 가깝게 이동하여 스토리지와 같은 지속성과 용량으로 DRAM과 같은 대기 시간을 제공하는 것입니다. XNUMX년 동안 하드웨어 및 소프트웨어 파트너가 연구실에서 영구 메모리의 이점에 대해 이야기한 후 XNUMX세대 인텔 제온 확장 가능 프로세서의 출시와 함께 이제 Optane DC PMEM을 다양한 서버 솔루션에서 사용할 수 있습니다.

인텔 데이터 피라미드

Intel Optane DC 영구 메모리 모듈
Intel Optane DC 영구 메모리 모듈

인텔 Optane DC 영구 메모리 하드웨어 개요

Intel Optane DC PMM은 기존 DRAM보다 훨씬 더 큰 용량으로 제공됩니다. Intel Optane DC 영구 메모리 모듈은 128GB, 256GB 및 512GB 용량으로 제공되며, 일반적으로 4GB~32GB 범위의 DRAM 스틱보다 훨씬 큽니다. PMM은 DRAM과 동일한 채널에 있으며 각 채널에서 CPU에 가장 가까운 슬롯에 채워져야 합니다. 인텔이 권장하는 인기 있는 구성은 4GB DRAM과 1GB DCPMM의 32:128 비율이며 아래에서 볼 수 있습니다.

각 CPU는 최대 6개의 영구 메모리 모듈을 지원할 수 있습니다. 12개의 Intel Xeon 판매 가능 프로세서를 지원하는 일반적인 서버에서 이는 시스템당 6개의 영구 메모리 모듈 또는 최대 3TB의 총 PMEM 용량(소켓당 XNUMXTB)을 의미합니다. 영구 메모리를 사용할 수 있는 서버는 다른 설정 중에서 영구 메모리 모드를 설정할 수 있고, 네임스페이스를 만들고, 풀을 구성할 수 있는 시스템 BIOS 내의 모듈에 대한 인식도 표시합니다. 이와 동일한 수준의 가시성 및 구성은 OS를 통해서도 수행할 수 있습니다.

통신 방식을 살펴보기 위해 Intel Optane DC 영구 메모리는 DDR-T 프로토콜을 사용합니다. 이를 통해 비동기 명령/데이터 타이밍이 가능합니다. 모듈 컨트롤러는 요청/허용 체계를 사용하여 호스트 컨트롤러와 통신합니다. 데이터 버스 방향 및 타이밍은 호스트에 의해 제어됩니다. 요청당 명령 패킷이 호스트에서 영구 메모리 컨트롤러로 전송됩니다. 필요한 경우 Intel Optane DC 영구 메모리 컨트롤러에서 트랜잭션을 재정렬할 수 있습니다. 이 모듈은 DDR64와 유사한 4B 캐시 라인 액세스 세분성을 사용합니다.

하드웨어 관점에서 Optane DC 영구 메모리는 몇 가지 주요 구성 요소가 있는 모듈의 완전한 시스템입니다.

전원 관리 집적 회로(PMIC)는 미디어 및 컨트롤러에 대한 모든 레일을 생성합니다.
SPI 플래시는 모듈의 펌웨어를 저장합니다.
인텔 옵테인 미디어는 데이터, ECC 및 스페어를 위한 11개의 병렬 장치로 구성된 스토리지 공간 자체를 구성합니다.
높은 비트 전송률 신호 무결성을 위한 DQ 버퍼
AIT DRAM은 주소 간접 테이블을 보유합니다.
Energy Store Caps는 정전 시 모든 모듈 대기열의 플러시를 보장합니다.
모든 영구 메모리 모듈의 중심에는 데이터 전송과 보드의 하위 구성 요소 관리를 처리하는 Intel Optane DC 영구 메모리 컨트롤러가 있습니다.

물론 모듈 자체를 고려할 때 비용과 성능 다음으로 내구성이 가장 큰 관심사일 것입니다. 다른 스토리지 미디어와 마찬가지로 Intel Optane DC 영구 메모리는 PBW(Petabytes Written) 단위로 측정됩니다. PBW는 5년 24일 7시간 목표 전력 사용량에서 최대 대역폭을 가정한 365년 수명 동안 대역폭 및 미디어 내구성 고려 사항을 기반으로 추정됩니다. 100% 쓰기 15W의 경우 영구 메모리 모듈은 아래 차트에서 볼 수 있듯이 350PBW 이상을 지원합니다.

설정에 대한 추가 참고 사항인 Optane DC 모듈은 다양한 전력 제한에 대해 프로그래밍 가능하여 광범위한 최적화 견본을 허용합니다. 영구 메모리 모듈은 12W – 18W의 전력 포락선을 지원하며 0.25와트 단위로 조정할 수 있습니다. 더 높은 전원 설정은 더 높은 전체 서버 전력 소모와 관련된 비용에도 불구하고 최상의 성능을 제공합니다. 어떤 경우에는 이것이 문제가 되지 않을 수 있으며 조직은 서버 지원을 기반으로 전력 엔벨로프를 최대화하도록 선택할 수 있습니다.

인텔 Optane DC 영구 메모리 작동 모드

서버에 배치되면 PMM은 메모리 모드와 앱 다이렉트 모드를 포함하는 다양한 작동 모드와 그 사이의 슬라이딩 스케일 할당으로 추가로 구성할 수 있습니다.

Optane DC 영구 메모리 – 메모리 모드
메모리 모드에서 PMM은 DRAM과 매우 유사하게 사용됩니다. 특정 소프트웨어나 응용 프로그램을 변경할 필요가 없습니다. 영구 메모리는 DRAM을 모방하여 데이터를 "휘발성"으로 유지하지만 전원을 껐다 켤 때마다 휘발성 키가 지워집니다. 메모리 모드에서 영구 메모리는 DRAM의 확장으로 사용되며 호스트 메모리 컨트롤러에 의해 관리됩니다. DRAM에 대한 영구 메모리의 비율은 정해져 있지 않으며 혼합은 애플리케이션 요구 사항에 따라 달라질 수 있습니다. 대기 시간 프로필 측면에서 DRAM 캐시(메모리 근처)에 도달하는 모든 항목은 물론 100나노초 미만의 대기 시간을 제공합니다. 모든 캐시 미스는 마이크로초 미만 범위의 대기 시간을 제공하는 영구 메모리(원거리 메모리)로 흐릅니다.

Optane DC 영구 메모리 – 앱 다이렉트 모드
Optane DC 영구 메모리에는 App Direct 모드도 있습니다. 이 모드에는 특정 영구 메모리 인식 소프트웨어/응용 프로그램이 필요합니다. 이 모드는 영구적인 영구 메모리를 만들지만 여전히 메모리와 유사하게 바이트 주소 지정이 가능합니다. 앱 다이렉트 모드에서 영구 메모리는 캐시 일관성을 유지하고 DMA 및 RDMA 수행 기능을 제공합니다.

App Direct를 통한 저장소로 영구 메모리를 구성하는 기능도 있습니다. 여기에서 영구 메모리는 SSD가 기존의 읽기/쓰기 명령을 사용하는 방식으로 블록 단위로 작동합니다. 이것은 기존 파일 시스템과 함께 작동하고 블록 수준에서 원자성을 제공하며 블록 크기를 구성할 수 있습니다(4K, 512B). 앱 다이렉트를 통해 스토리지를 사용하려면 사용자는 NVDIMM 드라이버만 있으면 됩니다. 이 모드를 사용하면 기존 엔터프라이즈급 SSD보다 용량 확장과 더 나은 성능, 더 짧은 대기 시간 및 더 높은 내구성이 가능합니다.

Intel Optane DC 영구 메모리의 이점

Intel Optane DC 영구 메모리 모듈은 최종 사용자에게 다양한 이점을 제공합니다. 먼저 모듈은 훨씬 더 비용 효율적인 방식으로 서버의 DRAM 공간을 효과적으로 확장할 수 있는 방법을 제공합니다. 영구 메모리는 DRAM 레이어와 맞물릴 수 있기 때문에 조직 서버 투자의 전체 TCO를 개선하는 영구 메모리를 사용하여 효과적인 사용 가능한 DRAM 공간이 더 빠르게 확장됩니다. 또한 서버가 더 많은 데이터를 더 빨리 처리할 수 있게 되면서 일부는 워크로드를 통합할 수 있는 새로운 기회를 활용할 수 있습니다. 가치와 관련하여 제기될 수 있는 두 번째 주장도 있습니다. DRAM이 제공하는 만큼의 나노초 대기 시간이 필요하지 않을 수 있는 워크로드의 경우 조직은 DRAM은 적지만 Optane DC 영구 메모리는 더 많이 사용하여 서버를 구축하여 여전히 합리적이거나 더 큰 메모리 공간을 유지하면서 더 비용 효율적으로 선택할 수 있습니다. DRAM이 아닌 영구 메모리 모듈.

영구 메모리 모듈은 이름에서 명백히 알 수 있듯이 영구적입니다. 즉, PMM을 데이터로 새로 고칠 필요가 없으므로 서버 재부팅 속도가 빨라집니다. 이는 메모리 상주 데이터베이스와 관련하여 매우 중요합니다. 서버 재부팅 후 메모리 데이터를 모두 복원하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 고성능 데이터베이스에 중점을 둔 독립 소프트웨어 공급업체(ISV)는 빠른 운영이 중요한 개념인 이러한 시나리오에서 영구 메모리를 통해 엄청난 이점을 얻었습니다. 실제로 Intel은 이러한 효과에 대한 데이터를 보여주었습니다. DRAM 전용 서버에서 1.3분인 것으로 확인된 20TB 데이터 세트에 대한 전체 재로드를 DRAM에 저장하는 열형 저장소입니다. 영구 메모리 전에 해당 서버에서 전체 시스템 재시작은 32분이었습니다. OS의 경우 12분, 데이터의 경우 20분. Optane DC 영구 메모리가 있는 동일한 서버는 13.5분이 걸렸습니다. 표면적으로는 인상적으로 보이지만 데이터 구성 요소가 13분 XNUMX초에 불과하다는 점을 고려하면 훨씬 더 인상적이며 이는 XNUMX배의 이득에 해당합니다.

Intel Optane DC 영구 메모리 모듈은 온모듈 암호화도 제공하므로 최초의 하드웨어 암호화 메모리가 됩니다. 모듈은 256비트 AES-XTP 암호화 엔진을 사용하여 미사용 데이터 보호를 사용합니다. 메모리 모드에서 DRAM 캐시의 데이터가 손실되면 암호화 키가 손실되고 부팅할 때마다 재생성됩니다. 앱 다이렉트 모드에서 영구 미디어는 Intel Optane DC 컨트롤러에서만 액세스할 수 있는 모듈의 보안 메타데이터 영역에 저장된 키를 사용하여 암호화됩니다. Intel Optane DC 영구 메모리는 정전 시 잠기며 잠금을 해제하려면 암호가 필요합니다. 또한 이 모듈은 보안 암호화 삭제 및 DIMM 덮어쓰기를 지원하여 수명 종료 시 안전한 용도 변경 또는 폐기를 지원합니다. 마지막으로 서명된 버전의 펌웨어가 허용되며 개정 제어 옵션을 사용할 수 있습니다.

인텔 Optane DC 영구 메모리 소프트웨어

영구 메모리 하드웨어의 이점에 중점을 두고 있지만 Intel은 중요한 소프트웨어 도구 세트도 보유하고 있습니다. 다음 도구는 운영 체제를 통해 영구 메모리를 관리하고 서버 전원을 껐다가 켜고 시스템 BIOS에서 변경하는 기본 방법입니다. 이렇게 하면 시간이 절약되고 가동 중지 시간을 방지하여 즉시 변경할 수 있습니다.

IPMCTL- Intel Optane DC 영구 메모리 모듈을 관리하기 위한 유틸리티

다음과 같은 기능을 지원합니다.

플랫폼에서 영구 메모리 모듈을 검색하십시오.
플랫폼 메모리 구성을 프로비저닝합니다.
PMM에서 펌웨어를 보고 업데이트합니다.
PMM에서 미사용 데이터 보안을 구성합니다.
PMM 상태를 모니터링합니다.
PMM의 성능을 추적합니다.
PMM을 디버그하고 문제를 해결합니다.

NDCTL - "libnvdimm" 하위 시스템 장치(비휘발성 메모리)를 관리하는 유틸리티

ndctl은 "libnvdimm" 커널 하위 시스템을 관리하기 위한 유틸리티입니다. "libnvdimm" 하위 시스템은 ACPI 6.0 NFIT(NVDIMM 펌웨어 인터페이스 테이블)에서 정의한 것과 같은 플랫폼 NVDIMM 리소스에 대한 커널 장치 모델 및 제어 메시지 인터페이스를 정의합니다. 도구에서 지원하는 작업에는 용량(네임스페이스) 프로비저닝과 NVDIMM 버스와 연결된 장치(dimm, 지역, 네임스페이스) 열거/활성화/비활성화가 포함됩니다.

Intel Optane DC 영구 메모리 모듈 가용성

현재 영구 메모리 모듈을 사용할 수 있으며 수많은 서버 공급업체가 시스템 가용성을 발표했습니다.

스토리지 시스템 공급업체는 또한 솔루션을 가속화하는 방법으로 영구 메모리를 고려하고 있습니다.