معرفی HPE Memory-Driven flash

نوآوری جوهر حیات هر کسب و کاری است. در صنعت ذخیره سازی، سرعت پیشرفت نوآوری هیچ گاه بالا نبوده است. ده سال پیش، پیشروی از هارد دیسک هایی با سرعت 10K به 15K RPM نوآورانه به حساب می آمد. اما اکنون همه چیز تغییر کرده است.

ظهور NVMe و بررسی آن

در این عصر مبتنی بر اطلاعات، میزان داده هایی که باید مدیریت شوند نسبت به آنچه که در چند سال گذشته سازمان های enterprise با آنها سر و کار داشتند، به طور چشم گیری افزایش یافته است. دغدغه های موجود پیرامون قابلیت پیش بینی پذیریِ کارایی، بسیاری از شرکت های enterprise را به سمت NVMe ها ترغیب کرده است. پروتکلِ ذخیره سازی ای که جایگزینی برای SCSI است و اکثر تکنولوژی های حافظه‌ی نوظهور همچون تکنولوژی SCM از آن پشتیبانی می کنند.

از جمله مسائل موجود در سازمان ها، عبارتند از:

• نیاز به سرعت بیشتر – یک مثال در این زمینه، بارهای کاریِ تحلیلی است که در هوش مصنوعی و machine learning را بکار می روند. این بارهای کاری برای تصمیم گیری حساس به زمان هستند و تحمل تاخیر را ندارند. مثال های دیگر شامل بارهای کاری تراکنش در دیتابیس ها و OLTP می شود.
• نتایج غیرقابل پیش‌بینی که ناشی از تاخیر بی ثبات هستند – اغلب یکی از نگرانی ها قابلیت پیش‌بینی پذیری برای کارایی است. مشتریان علاوه بر اینکه نیاز به شروعی سریع با تاخیری کم در محیط خود دارند، همچنین به حفظ این سرعت نیاز خواهند داشت.

مقایسه NVMe SCM و نسل های پیشین

برای برآوردنِ این نیازها بسیاری از فروشندگان به سوی سیستم های ذخیره سازیِ all-flash به همراه NVMe رفته اند. HPE باور دارد که در این زمینه اقدامات بیشتری را می‌تواند انجام دهد. در شکل زیر خواهید دید که چرا NVMe به تنهایی برای ایجاد تغییری رادیکال کفایت نمی کند.

مقایسه NVMe SCM و نسل های پیشین به این معنا نیست که NVMe راهکار مناسبی نیست. این راهکار یک پروتکل جدید است اما بکارگیری آن به همراه NAND SSD تنها نیمی از بهبودی را که نوید می دهد آشکار می سازد. این وضعیت همچون زمانی است که شما هر چهار لاستیک خودرو خود را تغییر دهید و انتظار داشته باشید که خودرو سریعتر حرکت کند بدون اینکه هیچ تغییری در موتور آن ایجاد کرده باشید. شما ممکن است با بهبود اندکی در کارایی مواجه شوید اما سرعت کلی خودرو شما تا حد زیادی به موتور آن وابسته است. ویژگی های مادی NAND SSD مانع از آشکارسازی تمامیِ پتانسیل NVMe می شود. در نتیجه بروز آن تنها از طریق رده جدیدی از ذخیره سازها ممکن خواهد شد.

NVMe SSD نسبت به SAS SSD مزایای بسیار بیشتری را نصیب ما نخواهد کرد. NVMe SSD تاخیر ناشی از نرم افزار و کنترلر را کاهش می دهد اما در تاخیر حاصل از مدیا تغییری را ایجاد نخواهد نمود. برای کاهش این بخش از تاخیر شرکت HPE  به معرفیِ NVMe تحت تکنولوژی Storage Class Memory) SCM) می پردازد.

بررسی تاثیر تاخیر

ذخیره سازهای All-flash با معرفیِ کارایی بسیار بالا و تاخیر کمتر از چند میلی ثانیه، صنعت ذخیره سازی را تغییر دادند. اما بسیاری از مشتریان به چیزی بیشتری از این نیاز دارند. علاوه بر اینکه به سرعت بیشتری نیاز دارند، همچنین به دنبالِ حفظ این سرعت هستند به طوری که بتوانند بارهای کاری ترکیب شده ی بیشتری را تقویت کنند. آنها به دنبال افزایش سرعتِ دستیابی به داده ها به همراه تحلیل های بی وقفه ی big data هستند.

تاخیرِ ناهماهنگ منجر به نتایجی غیر قابل پیش بینی می شود.

بررسی تاثیر تاخیر

با توجه به نمودار بالا، هنگامی که شما سیستم خود را گسترش می دهید، انتظارِ زمان پاسخی غیر قابل پیش بینی را خواهید داشت. هر چه تعداد اپلیکیشن هایی که به shared storage اضافه می شود، افزایش یابد، تغییرات تاخیر بیشتر خواهد بود. شما IOPS بیشتری را در شبکه قرار می دهید و تاخیر افزایش می یابد.

نمودار زیر وضعیت ایده آل را نشان می دهد که در آن منحنی تاخیر تعدیل و با یک خط یکنواخت جایگزین شده است. در این وضعیت هنگامی که تقاضاهای بارکاری در ذخیره ساز شما افزایش می یابد حداقل می تواند تضمین نماید که اپلیکیشن های مهم و حساس شما تاخیر ثابتی خواهند داشت. این وضعیت تضمین خواهد نمود که شروع سریعی خواهید داشت و با گسترش بخش ذخیره سازی این سرعت حفظ خواهد شد.

نمودار وضعیت ایده آل در تاخیر

برخی از شرکت ها استفاده از NVMe SSD را به عنوان پاسخ بر می گزینند. در اینجا لازم است که به آشکارسازیِ مفهوم NVMe پرداخته شود. NVMe یک درایو SSD جدید نیست بلکه یک پروتکل جدید است. NVMe on SSD یک پروتکل یا استاندارد ارتباطی است که برای SSD ها توسعه داده شده است. این استاندارد تحت درگاهِ PCIe عمل می کند که به درایوها اجازه خواهد داد بیشتر همچون یک fast memory عمل نمایند تا یک hard disk.

ماژول SCM

ماژول SCM نوید دهنده ی زمان دسترسی (access time) کمتر از 10µs است، همچنین از کارایی مشابه به DRAM ها و هزینه ای نزدیک به NAND SSD ها برخوردارست. این دستگاه می تواند با NVMe همراه شود و در گام بزرگ بعدی، از تاخیر اپلیکیشن ها بکاهد. ماژول SCM علاوه بر اینکه قابلیت آدرس دهی در سطح بلاک را دارا می باشد، همچنین می تواند برای آدرس دهی در سطح بایت هم استفاده شود که این قابلیت را برای بسط و جایگزینی با DRAM در سیستم ها شایسته می سازد.

ایده استفاده از تکنولوژی SCM چنین است که در نهایت همه سلسله مراتب حافظه را درون یک pool واحد جمع نماید که به عنوان حافظه اصلی (main memory) و ذخیره ساز اولیه ی NVM ی سرویس دهد. در این حالت تکنولوژی های NAND که از سرعت کمتری بهره می برند به سطح archival tier رانده می شوند، در حالی که از تکنولوژی SCM به عنوان یک fast tier استفاده می شود.

سلسله مراتب حافظه استاندارد

از لحاظ فیزیکی، تکنولوژی SCM همچون DRAM به اسلات حافظه بر روی مادربورد متصل می شود.

SCM و NVMe تکنولوژی هایی کلیدی هستند که دور بعدی بهبود در کارایی ذخیره سازها را به حرکت در آورده اند.

شرکت اینتل با ارائه تکنولوژی 3D XPoint پیاده سازی اولیه ای را برای تکنولوژی SCM فراهم نمود. همچنین شرکت HPE نیز به ارائه این تکنولوژی در ذخیره سازهای HPE 3PAR و HPE Nimble پرداخت. تکنولوژی SCM در 3PAR به عنوان توسعه دهنده ی کش DRAM عمل می کند و الگوریتم های هوشمندِ caching در HPE 3PAR با SCM و NVMe ترکیب می شوند.

مقایسه تکنولوژی SCM با تکنولوژی های flash و DRAM :

• DRAM سرعت تاخیر 100 برابر کمتر و IOPS بسیار بیشتری را نسبت به ماژول SCM فراهم می کند. امتیاز کارایی DRAM منجر خواهد شد که ماژول SCM کمتر به عنوان جایگزینی بالقوه برای DRAM ها مورد توجه قرار گیرد.
• سرعت نوشتن و خواندن در ماژول SCM ده برابر بیشتر از flash است و از IOPS بیشتری پشتیبانی می کند، ضمن اینکه توان عملیاتی قابل مقایسه ای را نیز ارائه می دهد. همچنین، دسترسی به داده در تکنولوژی flash در سطوحِ block و page صورت می گیرد اما SCM دسترسی در سطح بایت را نیز فراهم می کند. این سطح از آدرس دهی در SCM ، در صورت تغییر چند بایت نیاز به حذف کل بلاک را از بین می برد، همچنین دسترسی تصادفی را تسهیل می کند. SCM می تواند جایگزینی برای flash در ذخیره سازهای enterprise بشمار آید.

NVMe SCM در HPE 3PAR و HPE Nimble

محصولات SCM همچون تکنولوژی Optane برای دیتاسنتر (که حافظه جدیدی به نام 3D XPoint را به کار می برد) می توانند تاخیرات کمتری را نسبت به NAND flash SSD با ظرفیت ذخیره سازی مشابه ارائه دهند. علاوه بر آن قابلیت پیش بینی پذیری بیشتری را تحت بار فراهم می نمایند.

HPE Memory Driven Flash از تکنولوژی Intel Optane به عنوان caching tier در کنترلرهای shared storage استفاده می کند که به طور بالقوه می تواند به تمامی بارهای کاری اجرایی بر روی آن پلتفرم سرعت بخشد. اخیرا شرکت HPE ذخیره ساز 3PAR خود را به گونه ای طراحی نموده است که تکنولوژی Optane را بر مبنای expansion card بپذیرد.

کارت های Intel Optane از طریق اسلات های PCIe بر روی سرورهای X86 استفاده می شوند. HPE این اسلات های PCIe را درون کنترلرهای ذخیره ساز خود تعبیه کرده است، بنابراین تنها کافی است که پس از تهیه، آن را درون کنترلر ذخیره ساز نصب نمود. در نتیجه به عنوان کش بر روی ذخیره ساز عمل می کند.

این آغاز راه است

شرکت HPE همراه با محصولات Nimble و 3PAR بیش از بیست سال تجربه ی بهینه سازی محیط های ذخیره سازیِ tier شده را از طریق نرم فزارهای هوشمند مبتنی بر تسریع در اختیار دارد.

در نوامبر سال 2018 از این قابلیت بر روی HPE 3PAR رونمایی شد. 3PAR اولین پلتفرم موجود است که از تکنولوژی SCM و NVMe در آن استفاده می شود. این، شروعِ تغییر به سمت ذخیره سازهای memory-driven است. وعده ارائه نهایی آن بر روی HPE Nimble نیز در سال 2019 داده شده است. حتی سازمان هایی که پیش از این 3PAR و Nimble را خریداری کرده اند نیز می توانند از طریق یک ارتقای ساده و غیرمخرب تنها با نصب یک ماژول SCM از امتیازات افزایش سرعت حافظه بهره مند شوند.