英特爾傲騰如何實現內存-存儲池的大一統

　　儘管英特爾傲騰技術在速度上無法完全與DRAM匹敵，但其持久性的獨特優勢——在無需供電的情況下依然可以保持數據的存續狀態，對於企業級系統來說十分難能可貴。

　　幾年前，一種新型內存開始進入市場。自2012年以來，英特爾便一直在開發這項技術——也就是如今我們所熟知的英特爾傲騰技術。傲騰技術在多個方面實現了技術進步，並最終成為了一種「非易失性內存」，並實現了幾乎與易失性工作內存（動態隨機存取存儲器DRAM）一樣快的速度，且同時能在斷電時保留數據。相比之下，DRAM只能在通電狀態下保持「正常運轉」。

　　儘管傲騰在速度上無法完全與DRAM匹敵，但它具有「持久性」的優勢。也就是說，傲騰在無需通電的情況下即可保持數據的存續狀態。持久性一般與磁性相關，硬碟驅動器和磁帶利用磁場，將位置設置為1或0。目前市場上的大多數固態盤都使用「通過改變電壓狀態來改變位數值」的技術。而傲騰技術可以通過改變電阻來實現一次位翻轉，且這個過程更加高效。與DRAM架構一樣，這種位尋址能力允許隨機訪問，這使得傲騰在速度上比當前的固態盤更有優勢，因為固態盤需要在數據塊內讀取和寫入。

　　傲騰的價格介於速度較快、易失性的·DRAM和速度較慢、在固態盤中使用的具有持久性的NAND模塊之間。從某種意義上講，傲騰是一種混合方案——與其說是技術上的混合，不如說是功能上的混合。

　　處於DRAM和NAND之間的系統

　　從市場的角度來看，這種技術特性和經濟效益的結合使得傲騰能夠插入DRAM和NAND之間的內存/存儲池中。它很好地滿足了用戶對性價比的需求，有助於在距離越來越遠的數據池之間流暢地傳輸數據。同時，傲騰為昂貴的DRAM提供了一種低成本替代方案，讓用戶能夠以同樣的價格獲得更大的內存，以及性能表現更快的固態盤，從而在速度較慢的NAND存儲前充當快速存儲緩存。因此，傲騰填補了高速、昂貴的DRAM與便宜、較慢的NAND之間的存儲空白。

　　如果說速度最快、價格最昂貴的內存緊挨著中央處理器（CPU），那麼速度最慢、最便宜的內存就離中央處理器非常遠了。

　　存儲架構的最外層的是老式、可靠卻廉價，為幾乎不需要立即訪問的大規模存儲而設計的磁帶層。接下一層是傳統磁性硬碟驅動器——它們雖然速度慢，但容量大且便宜，適合長期存儲。如果不趕時間的話，從這裡讀取數據相對容易。再往裡一層是基於NAND的傳統固態硬碟，它更快、更昂貴，可以開始參與近乎實時的分析。如今，固態硬碟已經擺脫了之前存儲接口標準SATA的通信約束，後者雖然在當時速度很快，但現在已成為瓶頸。當今的固態硬碟充分利用非易失性內存主機控制器接口規範（NVMe）標準，該標準比系統中除處理器-內存鏈路以外的任何連接都快。

　　然後就是傲騰層了，它實際上有兩層，具體取決於設備。

　　基於傲騰技術、使用快速NVMe通道的固態盤在功能上超過基於NAND的固態盤。憑藉如此高的性能水平，傲騰固態盤可通過快速緩存或高速存儲層大大加快數據訪問。在聯機事務處理（OLTP）系統中，由於使用者需要的數據集大於內存容量，因此這一特性尤其重要。

　　同樣值得一提的還有傲騰驅動器的耐用性。傲騰的使用壽命是高端企業級NAND固態硬碟的20倍，因此可以執行更多的讀寫操作，憑藉這一優勢，傲騰成為了快速緩存的理想之選，因為它需要不斷的進行大量的操作。這種耐用性的另一個好處就是能夠減少緩存層的大小，因為傲騰不需要NAND存儲所需的超高規格配置。

　　再往裡一層，藉助內存與處理器共享的專用高速連接，即內存總線，基於傲騰技術的內存模塊可參與和處理器更緊密關聯的操作。憑藉這種額外性能，傲騰內存可以擴展DRAM的容量，支持一些更具挑戰性的數據分析問題，例如在SAP HANA或甲骨文等大型內存資料庫中進行的實時分析與人工智慧等工作負載。

　　傲騰內存的另一個優勢是其持久性。有人可能會問：如果只有在緊急情況下才能凸顯價值，那麼追求持久性到底意義何在？換句話說，如果可以保持不斷電，是不是就沒有必要追求持久性了？畢竟，DRAM不具備持久性，許多實時分析程序在主內存中可以運行得很好。這種情況下，我們的答案是：持久性內存還有另一個性能優勢，那就是即使為了防止斷電情況的發生，系統也不必花時間卸載和保存必須複製的重要數據。因為非易失性內存可以跳過這一步——即使斷電，數據也會得以保留。儘管在市場上仍算初出茅廬，傲騰持久內存產品已經為自己贏得了一項創新大獎，並創造了一項全新的性能記錄。

　　選擇傲騰，就是選擇低延遲

　　說起傲騰，就不能不提「延遲」這一話題。傲騰一個極為亮眼的優點就是低延遲。如果說速度衡量的是數據通過通道的速度，那麼延遲就指的是在發出接收數據請求後需要等待的時長，實質上也就是數據請求的啟動時間。憑藉其位尋址能力，傲騰可以在幾乎零延遲的條件下發送任何大小的數據請求。而在發出大量小型數據請求時，這一優勢就尤其重要。

　　眾所周知，在基於NAND的固態硬碟中只能做到按塊尋址數據，因此這種類型的模式很快就會使系統的響應能力不堪重負。相比之下，傲騰固態盤即使在繁重的寫入負載下，仍可提供一致的超低讀取延遲，而這種可預測性將有助於提高服務質量與水平。

　　再往裡一層就是DRAM層。如前所述，DRAM雖然速度很快，但價格昂貴且數據易失。從某種程度來說，它的速度受到內存總線的限制，儘管非常快，但這不是最終呈現的速度。因為還有數層直接位於處理器裸片上。這些層是緩存級別，最多有三個，用於存儲處理器計算的臨時結果。相對而言，緩存的容量較小，速度更快，價格更高，而且它們在處理其設計中的尺寸是固定不變的，這在製造過程中就已敲定。

　　換一種方式來看，由不同層級組成的內存/存儲架構與「金字塔」類似，這樣能清晰、形象地展現每一層大小的概念。底部是最大、最慢、每字節成本最小的存儲。在每一個層級上，數量在依次減少，但成本和性能卻依次上升。

　　從現有的存儲元素來看，數據可在金字塔中上下遷移，但具體則取決於其需要即時計算的程度。英特爾開發的工具可幫助軟體工程師以最佳方式來管理數據位置。

　　傲騰可以極大提高大型磁存儲陣列的性能，SAP HANA就是其中一個典型案例。英特爾高管表示，客戶非常看重傲騰的可預測性能，該性能可以為每次交易提供高質量服務。

　　在由軟體來配置虛擬化、計算、網絡和存儲子系統的超融合系統中，傲騰在更快的內存與更慢的磁存儲之間提供一個重要連接，從而能夠在突破系統瓶頸的同時增加虛擬機密度。

　　如前所述，最能充分利用這種平滑的內存和存儲層級結構的應用，便是由結構化和非結構化的混合元素所組成的大型資料庫的內存分析。如今，這種應用主要集中在大型雲服務提供商和大規模企業當中，這些機構擁有足夠大的規模來獲得最大收益。同時，一些規模較大的企業客戶也可以從中受益。但某些時候，服務提供商也能夠為規模較小的客戶提供服務。

　　眾多大型硬體OEM廠商都在其融合產品中採用傲騰技術。例如，戴爾最高端的 VxRail超融合基礎設施產品就同時應用了傲騰持久內存和傲騰固態盤。

　　儘管傲騰在市場應用中仍處於早期，但傲騰增強型系統的大規模推廣前景不容小覷。無論企業規模大小，越來越多的企業都需要從海量實時數據中獲取洞察，對於那些本身無法創建和管理這種超融合系統的企業則需要服務提供商的加持。

　　Roger Kay供職於PUND-IT研究公司，長期擔任獨立IT分析師。