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从NVMe到SCM的高性能数据存储

甲状旁腺

存储类内存进入企业

SCM产品和用例的数量正在增长。了解哪些供应商提供SSD和内存产品,以及它们在各种产品中的使用情况。

今天的工作负载对内存和存储资源提出了前所未有的要求,这使得IT部门不得不争先恐后地寻求提高IOPS和减少延迟的创新方法。一项有前途的技术是存储类存储器,这是一种非易失性内存技术,其速度几乎与动态RAM一样快,但即使断电也可以保留数据,就像SSD一样。

存储类内存或SCM是一种内存/存储层次结构中的新层,位于SSD和动态RAM(DRAM)之间,以更好地支持对延迟敏感的应用程序。由于其类似于DRAM的功能,SCM通常被称为持久内存或PMEM。真正意义上的SCM设备直接连接到服务器的内存,并且是字节可寻址的,类似于DRAM。同时,SCM设备可以持久化数据并支持块级访问,如NAND驱动器,从而产生更多的数据可能的用例.

使用SCM,需要在存储和内存之间移动的数据更少,从而提高应用程序性能,尤其是在处理更多数据的情况下。SCM也有利于系统分页或交换操作,在这种操作中,当内存太满时,数据会写入磁盘驱动器。在这种情况下,SCM设备用作辅助内存,而不是磁盘驱动器。

SCM用例

SCM通常被视为传统内存和存储的附属品,而不是替代品。也就是说,其他应用程序可能会受益于SCM技术。例如,可以使用SCM模块代替DRAM模块,即使SCM速度不是很快。当系统必须尽可能快地启动和运行时,这种方法在重新启动期间可能是有益的。

存储/内存层次结构

SCM还可以构建比今天的NAND驱动器更快的SSD。它们可以单独使用,也可以与NAND SSD混合使用,优化工作负载性能,同时降低存储成本. 另一种选择是使用SCM作为全闪存阵列的缓存层,而不是使用更昂贵的DRAM。

不管是哪种情况,SCM的使用通常围绕着内存和存储之间的技术展开。通过这种方式,应用程序可以通过系统内存访问大型数据集,但不必支付DRAM价格。这种方法使存储类内存非常适合于需要低延迟、高耐久性和最佳性能的工作负载,如AI、分析、高性能计算和实时事务处理。

SCM媒体和产品

三维X点是最直观的SCM技术。它包含了一个交叉点架构,它使用电流来改变底层材料的状态,为数据存储提供了比NAND闪存更快更耐用的基础。

Intel在3D XPoint技术方面处于领先地位,开发了数款属于Intel Optane品牌的产品。该公司的Optane DC SSD线的容量从100 GB到1.5 TB不等。它们是字节和块可寻址的,可以部署到任何接受基于PCIe的SSD的系统。

Intel还拥有一系列Optane DC持久性内存模块(PMM),更接近于最初的存储级内存愿景。PMMs插入标准双列直插式内存模块插槽,每个模块的容量从128 GB到512 GB不等。当今大多数DRAM模块的最高容量为128 GB。Optane PMMs可以持久保存数据,在重新启动或断电时防止数据丢失。

Dell EMC的PowerMax SAN阵列
Dell EMC PowerMax SAN阵列包含双端口Intel Optane DC SSD。

一系列产品可使用Intel的Optane提供SSD和PMM。例如,Dell EMC的PowerMax存储集成了Optane技术,使其成为第一个随SCM一起作为永久性存储提供的阵列。据Dell EMC称,PowerMax可提供高达1500万IOPS、每秒350 GB的带宽和100微秒以下的可预测读取响应时间。

Pure Storage还在其FlashArray存储中集成了Optane技术,Hewitt Packard Enterprise(HPE)宣布将在多个系统中提供基于Optane的持久性内存,包括Proliant、Synergy和Apollo Gen10服务器。

与此同时,Micron Technology已经推出了自己的基于3D XPoint的SSD。与Optane SSD一样,Micron SSD适合PCIe插槽,提供比典型NAND更好的性能。Micron声称该驱动器的速度是NAND的三倍,延迟低11倍,支持高达250万IOPS和9 GBps的读/写带宽。

Kioxia(前东芝内存)是另一家加入SCM竞争的公司。该公司的新内存XL闪存有128 Gb的芯片封装(2芯片、4芯片和8芯片)。XL闪存基于Kioxia的BiCS闪存3D存储技术,采用16平面架构,实现更高效的并行。据Kioxia称,XL闪存的读取延迟小于5微秒,比三层单元NAND快10倍。起初,Kioxia正在以SSD格式部署XL闪存,但它计划扩展到DRAM总线。

三星的Z-SSD是另一款具有SCM趋势的存储产品。尽管三星没有将其列为SCM技术,但业界对三星SSD与基于Optane和XL Flash的SSD进行了大量比较。三星也指其产品作为“当今市场上吞吐量最高、延迟最低的新存储层”

美光X100 NVMe SSD
Micron Technology的X100 NVMe SSD基于3D XPoint技术。

存储类存储器的未来

供应链管理行业是一个年轻而充满活力的行业。尽管3D XPoint是最引人注目的,但供应商也在使用电阻RAM和相变存储器等技术。然而,技术之间的区别并不明确。例如,3D XPoint有时被称为电阻RAM技术,有时被称为相变存储器技术。即便如此,这并没有削弱SCM运动的重要性。

英特尔的Octane SSD和PMM推动了很多事情的发展,HPE、Dell EMC和Pure Storage等供应商就是明证。目前尚不确定的是,在多大程度上开发人员将接受这项技术,尤其是PMMs。为了充分利用这些模块,他们必须修改其应用程序;哪些组织将承诺这样做还有待观察。

同时,SCM与其他新兴技术相抗衡,比如计算存储,它将处理功能直接集成到存储系统中,以消除I/O瓶颈并减少应用程序延迟。然而,我们可能会看到更多的供应商开发SCM产品,并将其整合到自己的产品中。在这样一个动态的环境中,未来是开放的,任何事情都是可能的。

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