Страница 2: Intel Optane DC Persistent Memory
Важной особенностью новых Xeon на архитектуре Cascade Lake является поддержка Optane DC Persistent Memory. Уже несколько месяцев Intel активно подчеркивала, что память Optane DC Persistent Memory будет играть ключевую роль с новыми процессорами Cascade Lake Xeon.
Изначально память Optane DC Persistent Memory должна была стартовать еще с процессорами Skylake SP на платформе Purley, но, как получилось, выход был отложен до появления Cascade Lake. Сама платформа уже готова, поэтому многие серверы и материнские платы содержат определенное количество слотов DIMM для установки модулей Optane DC Persistent Memory. Процессоры Skylake SP и платформа Purley использовались Intel в качестве тестового решения для апробации Optane DC Persistent Memory.
Optane DC Persistent Memory - последнее звено в пирамиде памяти, которую часто приводит Intel. В зависимости от важности данных и требований по скорости доступа, они хранятся на разных уровнях.
Кэш обеспечивает наиболее быстрый доступ к данным с задержками порядка нано- и пикосекунд, но для хранения больших объемов данных подходит только оперативная память, причем сейчас в ней можно хранить сотни гигабайт или даже терабайты. Но и время доступа составляет не ниже 100 нс. Накопители Optane DC SSD обеспечивают емкость в несколько терабайт, но и время доступа сравнительно медленное - 10 мс. На следующих уровнях располагаются стандартные SSD, 3D NAND SSD и HDD.
Конечно, было бы хорошо хранить все данные на ram-диске, но память DRAM стоит дорого, и ее объемы в серверах не бесконечны. Optane DC Persistent Memory как раз закрывает брешь между DRAM и Optane DC SSD. По сути, ее можно воспринимать как ram-диск.
Память Optane DC Persistent Memory может прозрачно интегрироваться в платформу, пользователю и администратору не видно, какая доля в хранении данных отводится DRAM или Optane DC Persistent Memory. За все это отвечает контроллер памяти, который работает с DRAM и Optane DC Persistent Memory по одним и тем же физическим подключениям.
Максимум половина слотов DIMM может быть занята Optane DC Persistent Memory (один модуль DRAM и один DC Memory на канал). Память Optane DC Persistent Memory доступна в виде модулей DIMM емкостью 128, 256 и 512 Гбайт. Максимальный объем памяти на сокет составляет 6x 128 Гбайт DDR4 + 6x 512 Гбайт Optane DC Persistent Memory, то есть 3,84 Тбайт. Как только соответствующие планки DDR4 появятся на рынке, некоторые процессоры Xeon будут также поддерживать и модули DDR4 на 256 Гбайт. В таком случае объем памяти на сокет увеличится до 4,5 Тбайт. При установке памяти в слоты следует убедиться, что модули Optane DC Persistent Memory расположены ближе к контроллеру памяти чем DRAM на том же канале.
Но есть и дополнительные режимы смешанных конфигураций DRAM и Optane DC Persistent Memory. В режиме App Direct Mode доступ к памяти со стороны приложений можно сконфигурировать явно. Для этой цели Intel разработала модель программирования, приложения в App Direct Mode могут напрямую работать с памятью Optane DC Persistent Memory.
Во втором режиме Storage over App Direct память Optane DC Persistent Memory рассматривается как SSD или HDD. Можно задавать размеры блока и файловые системы, в которых данные будут записываться в память и считываться. Доступны и смешанные режимы, при которых разные каналы памяти будут работать по-разному.
Для работы с памятью Optane DC Persistent Memory используется протокол DDR-T. Доступ к памяти Optane DC Persistent Memory осуществляется по шине DRAM, модули электрически и механически идентичны DDR4. Данные в энергозависимой и энергонезависимой памяти хранятся только в зашифрованном виде. Соответствующий ключ хранится на DIMM. Ключ сбрасывается при каждой загрузке или потере питания, после чего он создается заново. То есть какое-либо механическое вмешательство не позволит считать данные.
Модули Optane DC Persistent Memory нельзя назвать экономичными, но их можно настраивать для разного уровня энергопотребления и, следовательно, производительности. Можно выбирать уровень энергопотребления от 12 до 18 Вт с шагом 0,25 Вт. Пропускная способность планок DIMM составляет между 0,73 и 8,3 Гбайт/с, в зависимости от вида доступа к памяти (чтение/запись) и настройки энергопотребления.
Характеристики Optane DC Persistent Memory
Помимо производительности памяти возникает вопрос о ее надежности. Если верить Intel, модули Optane DC Persistent Memory разработаны для нагрузки записи PBW (Petabyte Written) от чуть более 200 до 350 PBW. Дизайн памяти рассчитан на длительную работу на протяжении пяти лет, конкретные спецификации зависят от сценария. Чем большую долю в нагрузке занимает чтение данных, тем выше значение PBW. Также есть зависимость между сроком службы, емкостью и режимами работы в плане производительности/энергопотребления. Приведенные выше значения рассчитаны для уровня 15 Вт на модуль. Если модули работают в режиме 12 Вт, то и прослужат дольше. При более высоком энергопотреблении результат может быть хуже.
На диаграмме выше показано позиционирование памяти Optane DC Persistent Memory в иерархии хранения данных. Задержки памяти лучше, чем у Optane DC SSD и классических NAND SSD из-за принципа хранения данных, но у накопителей есть преимущество в виде крупных блоков (4 кбайт) по сравнению с мелкими блоками (64 байт и 256 байт) памяти Optane DC Persistent Memory. Поэтому чем меньше порции данных и чем более важным является быстрый доступ к этим порциям, тем более актуальна Optane DC Persistent Memory.
Как мы упомянули выше, доступ к Optane DC Persistent Memory осуществляется по тем же каналам, что и DRAM. Пропускная способность памяти очень сильно зависит от сценариев. Если требуется пропускная способность 16 или 40 Гбайт/с, то она обеспечивается сравнительно стабильно, независимо от промахов кэша. Но в случае 110 Гбайт/с промахи кэша ведут к быстрому снижению пропускной способности. Так что при использовании Optane DC Persistent Memory важно оценивать потенциальные сценарии работы и требования к пропускной способности памяти.
На практике преимущество использования Optane DC Persistent Memory заключается, в первую очередь, в более высокой емкости. Вместо 12x 128 GB DDR4, то есть1.536 Гбайт на сокет, теперь возможна установка 6x 128 GB (или даже 6x 256 GB) + 6x 512 GB, то есть 3,84 Тбайт (4,5 Тбайт). Более высокая емкость памяти может привести к тому, например, что каждая виртуальная машина (VM) получит больше памяти. Или можно запускать больше VM на сервере. Если раньше данные не умещались в DRAM, теперь их можно хранить в более емкой Optane DC Persistent Memory, доступ к ним будет быстрее, чем в случае SSD.
Также у Optane DC Persistent Memory есть преимущество по цене. Подобный DIMM на 128 Гбайт обойдется в $577, 256-Гбайт модуль стоит $2.125, а самые емкие модули Optane DC Persistent Memory 512 Гбайт будут стоить $6.751. Память DDR4 с поддержкой ECC стоит порядка $700 за модуль емкостью 64 Гбайт и более $1.000 за 128-Гбайт модуль.