Chi tiết hơn về bộ nhớ liên tục: Intel Optane DC Persistent Memory

Intel đã luôn nhắc về Optane DC Persistent Memory Modules (PMM) trong hơn một năm nay, mang lợi ích của một tầng kiến trúc dữ liệu mới nằm giữa DRAM và SSD Optane DC, với SSD và HDD nằm ở các tầng cuối trong kim tự tháp lưu trữ . Mục tiêu của PMM là di chuyển nhiều dữ liệu đến gần CPU hơn, mang lại độ trễ giống như DRAM, dung lượng và bền bỉ dữ liệu giống như một lưu trữ. Sau một năm lắng nghe các đối tác phần cứng và phần mềmvề lợi ích của bộ nhớ liên tục trong phòng thí nghiệm, với việc phát hành Bộ xử lý mở rộng Intel Xeon thế hệ thứ hai, Optane DC PMEM hiện có sẵn trên nhiều giải pháp máy chủ.

Tổng quan về phần cứng của Intel Optane DC Persistent Memory

Intel Optane DC PMM có dung lượng cao hơn nhiều so với DRAM truyền thống. Các mô-đun có các mức dung lượng 128GB, 256GB và 512GB, lớn hơn nhiều so với các thanh DRAM thường có dung lượng từ 4GB đến 32GB. Mặc dù có dung lượng lớn hơn nhưng các PMM nằm trên cùng một kênh với DRAM và phải được đặt trên khe gần CPU nhất trên mỗi kênh. Một cấu hình phổ biến mà Intel khuyến nghị là tỷ lệ 4:1, với DCPMM 128 GB và DRAM 32 GB , như hình bên dưới.

Mỗi CPU có thể hỗ trợ tối đa 6 mô-đun bộ nhớ liên tục. Trong một máy chủ điển hình hỗ trợ hai Bộ xử lý Intel Xeon Salable, có nghĩa là 12 mô-đun bộ nhớ liên tục trên mỗi hệ thống, hoặc tối đa 6TB trong tổng dung lượng PMEM (3TB mỗi bộ xử lý). Các máy chủ có hỗ trợ bộ nhớ liên tục cũng sẽ hiển thị nhận diện về các mô-đun trong BIOS hệ thống, nơi có thể đặt chế độ cho bộ nhớ liên tục, tạo không gian tên và “Pool” có thể được định cấu hình, và một số cài đặt khác. Mức độ hiển thị và cấu hình tương tự này cũng có thể được thực hiện thông qua HĐH.

Bộ nhớ liên tục Intel Optane DC sử dụng giao thức DDR-T. Điều này cho phép thời gian lệnh/dữ liệu không đồng bộ. Bộ điều khiển mô-đun sử dụng sơ đồ yêu cầu/cấp để giao tiếp với bộ điều khiển máy chủ. Hướng và thời gian dữ liệu được kiểm soát bởi máy chủ. Một gói lệnh cho mỗi yêu cầu được gửi từ máy chủ đến bộ điều khiển bộ nhớ liên tục. Việc trao đổi dữ liệu có thể được yêu cầu lại trong bộ điều khiển bộ nhớ liên tục Intel Optane DC nếu cần. Các mô-đun sử dụng bộ đệm 64B tương tự như DDR4.

Từ góc độ phần cứng, bộ nhớ liên tục Optane DC là một hệ thống hoàn chỉnh trên một mô-đun với một số thành phần chính:

The power management integrated circuit (PMIC) tạo ra tất cả các đường ray cho phương tiện và bộ điều khiển.
SPI Flash lưu firmware của mô-đun.
Intel Optane Media tạo nên không gian lưu trữ bao gồm 11 thiết bị song song cho dữ liệu, ECC và dự phòng.
Bộ đệm DQ cho tính toàn vẹn tín hiệu bit tốc độ cao.
AIT DRAM giữ bảng chỉ dẫn địa chỉ.
Energy Store Caps đảm bảo xả tất cả các mô-đun hàng đợi trong trường hợp mất điện.
Trọng tâm của mọi mô-đun bộ nhớ liên tục nằm trong bộ điều khiển bộ nhớ liên tục DC Optane DC xử lý việc truyền dữ liệu cũng như quản lý các thành phần phụ trên bo mạch.

Sau chi phí và hiệu suất, có lẽ độ bền là mối quan tâm lớn nhất. Giống như các phương tiện lưu trữ khác, bộ nhớ liên tục Intel Optane DC được đo bằng Petabyte Write (PBW). PBW được ước tính dựa trên các cân nhắc về độ bền của băng thông và phương tiện trong suốt 5 năm với giả định băng thông tối đa ở mức sử dụng năng lượng mục tiêu trong 24/7, 365 ngày mỗi năm. Trong trường hợp 100% ghi 15W, các mô-đun bộ nhớ liên tục hỗ trợ trên 350PBW, như được thấy trong biểu đồ bên dưới.

Một lưu ý nữa về cài đặt, các mô-đun Optane DC có thể lập trình cho các giới hạn công suất khác nhau cho phép thực hiện một loạt tối ưu hóa. Các mô-đun bộ nhớ liên tục hỗ trợ đường bao công suất 12W – 18W và có thể được điều chỉnh ở mức độ chi tiết 0,25 watt. Các cài đặt năng lượng cao hơn cho hiệu suất tốt nhất, mặc dù chi phí liên quan đến việc tiêu thụ điện toàn bộ máy chủ cao hơn. Trong một số trường hợp, đó có thể không phải là vấn đề và các tổ chức có thể chọn tối đa hóa đường bao điện dựa trên sự hỗ trợ của máy chủ.

Các chế độ hoạt động của bộ nhớ liên tục Intel Optane DC

Sau khi được triển khai trên máy chủ, các PMM có thể được cấu hình thêm ở nhiều chế độ hoạt động bao gồm chế độ Memory và chế độ App Direct , cùng với tỷ lệ phân bổ trượt ở giữa.

Bộ nhớ liên tục DC Optane – Chế độ Memory

Trong chế độ bộ nhớ, PMM được sử dụng rất giống với DRAM. Không cần phần mềm cụ thể hoặc thay đổi cho các ứng dụng, bộ nhớ liên tục bắt chước DRAM giữ dữ liệu “không ổn định”, mặc dù khóa không ổn định bị xóa sau mỗi chu kỳ nguồn. Trong chế độ bộ nhớ, bộ nhớ liên tục được sử dụng như một phần mở rộng của DRAM và được quản lý bởi bộ điều khiển bộ nhớ máy chủ. Không có tỷ lệ thiết lập cho bộ nhớ liên tục thành DRAM, hỗn hợp có thể phụ thuộc vào nhu cầu ứng dụng. Về mặt cấu hình độ trễ, tất cả mọi thứ chạm vào bộ đệm DRAM (bộ nhớ gần) tất nhiên sẽ cung cấp độ trễ <100 nano giây. Bất kỳ lỗi bộ nhớ cache nào sẽ chảy vào bộ nhớ liên tục (bộ nhớ xa) sẽ cung cấp độ trễ trong phạm vi micro giây.

Bộ nhớ liên tục DC Optane – Chế độ App Direct

Bộ nhớ liên tục Optane DC cũng có chế độ App Direct. Chế độ này cần phần mềm/ứng dụng nhận biết bộ nhớ liên tục cụ thể. Chế độ này làm cho bộ nhớ liên tục ở vị trí liên tục nhưng vẫn có địa chỉ byte tương tự như bộ nhớ thường. Trong chế độ App Direct, bộ nhớ liên tục vẫn giữ bộ nhớ cache kết hợp và cung cấp khả năng thực hiện DMA và RDMA.

Ngoài ra còn có khả năng định cấu hình bộ nhớ liên tục dưới dạng lưu trữ trên App Direct. Ở đây, bộ nhớ liên tục hoạt động theo các khối theo cách SSD, với các hướng dẫn đọc ghi truyền thống. Điều này hoạt động với các hệ thống tệp hiện có, cung cấp tính nguyên tử ở cấp độ khối và có thể định cấu hình kích thước khối (4K, 512B). Để sử dụng bộ nhớ qua ứng dụng trực tiếp, người dùng chỉ cần một trình điều khiển NVDIMM.Chế độ này cho phép mở rộng dung lượng và hiệu suất tốt hơn, độ trễ thấp hơn và độ bền cao hơn so với SSD cấp doanh nghiệp truyền thống.

Lợi ích của bộ nhớ liên tục Intel Optane DC

Các mô-đun bộ nhớ liên tục Intel Optane DC cung cấp nhiều lợi ích cho người dùng cuối. Trước hết, các mô-đun cung cấp một cách để mở rộng khối DRAM của máy chủ theo cách hiệu quả hơn về mặt chi phí. Bởi vì bộ nhớ liên tục có thể được chia lưới với lớp DRAM, khối DRAM có thể sử dụng hiệu quả sẽ tăng nhanh hơn với bộ nhớ liên tục cải thiện TCO tổng thể của khoản đầu tư máy chủ của tổ chức. Hơn nữa, với các máy chủ có thể xử lý nhiều dữ liệu nhanh hơn, một số người có thể tận dụng các cơ hội mới để củng cố khối lượng công việc. Ngoài ra còn có một đối số thứ hai có thể được đưa ra khi nói về giá trị. Đối với các khối lượng công việc có thể không cần nhiều cung cấp DRAM độ trễ nano giây, các tổ chức có thể chọn xây dựng máy chủ của họ với ít DRAM hơn nhưng bộ nhớ liên tục Optane DC vẫn giữ được dung lượng bộ nhớ hợp lý hoặc lớn hơn, nhưng hiệu quả hơn về chi phí mô-đun bộ nhớ liên tục chứ không phải DRAM.

Các mô-đun bộ nhớ liên tục, như tên công khai trạng thái, là liên tục. Điều này có nghĩa là các PMM không cần phải được làm mới với dữ liệu, điều này dẫn đến việc khởi động lại máy chủ nhanh hơn. Điều này là rất quan trọng khi nói đến cơ sở dữ liệu cư trú bộ nhớ. Sau khi khởi động lại máy chủ, thời gian để khôi phục tất cả những thứ đó trong dữ liệu bộ nhớ có thể mất một thời gian rất dài. Các nhà cung cấp phần mềm độc lập (ISV) tập trung vào cơ sở dữ liệu hiệu năng cao đã nhận thấy những lợi ích to lớn từ bộ nhớ liên tục trong các tình huống này, trong đó việc vận hành nhanh chóng là một khái niệm quan trọng. Trên thực tế, Intel đã cho thấy dữ liệu về hiệu ứng này. Một cột lưu trữ toàn bộ tải lại vào DRAM cho bộ dữ liệu 1,3TB mà họ thấy là 20 phút trong máy chủ chỉ DRAM. Toàn bộ hệ thống khởi động lại trong máy chủ đó trước khi bộ nhớ liên tục là 32 phút; 12 phút cho HĐH, 20 phút cho dữ liệu. Cùng một máy chủ với bộ nhớ liên tục Optane DC mất 13,5 phút. Mặc dù trên bề mặt trông có vẻ ấn tượng, nó thậm chí còn ấn tượng hơn khi xem xét thành phần dữ liệu chỉ là một phút rưỡi, tương đương với mức tăng 13X.

Các mô-đun bộ nhớ liên tục Intel Optane DC cũng cung cấp mã hóa trên mô-đun, làm cho đây là bộ nhớ được mã hóa phần cứng đầu tiên. Các mô-đun sử dụng dữ liệu bảo vệ phần còn lại bằng công cụ mã hóa AES-XTP 256 bit. Trong chế độ Memory nếu bộ đệm DRAM mất dữ liệu, khóa mã hóa sẽ bị mất và được tạo lại ở mỗi lần khởi động. Trong Chế độ App Direct, phương tiện liên tục được mã hóa bằng khóa được lưu trữ trong vùng siêu dữ liệu bảo mật trên mô-đun mà bộ điều khiển Intel Optane DC chỉ có thể truy cập được. Bộ nhớ liên tục Intel Optane DC bị khóa trong sự kiện mất điện và cần cụm mật khẩu để mở khóa. Các mô-đun cũng hỗ trợ xóa mã hóa an toàn và ghi đè DIMM, để tái sử dụng an toàn hoặc loại bỏ vào cuối. Cuối cùng, các phiên bản đã ký của phần sụn được cho phép, các tùy chọn kiểm soát sửa đổi có sẵn.

Phần mềm bộ nhớ liên tục DC Optane DC

Mặc dù sự nhấn mạnh rõ ràng xoay quanh lợi ích của phần cứng bộ nhớ liên tục, Intel có một bộ công cụ phần mềm cũng quan trọng. Các công cụ sau đây sẽ là cách chính để quản lý bộ nhớ liên tục thông qua hệ điều hành, thay vì cấp nguồn cho máy chủ và thực hiện những thay đổi đó trong BIOS hệ thống. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và ngăn chặn thời gian chết để thay đổi nhanh chóng.

IPMCTL- Tiện ích để quản lý các mô-đun bộ nhớ liên tục Intel Optane DC

Hỗ trợ chức năng để:

Khám phá các mô-đun bộ nhớ liên tục trong nền tảng.
Cung cấp cấu hình bộ nhớ nền tảng.
Xem và cập nhật firmware trên PMM.
Định cấu hình bảo mật dữ liệu tại phần còn lại trên PMM.
Theo dõi sức khỏe PMM.
Theo dõi hiệu suất của PMM.
Gỡ lỗi và khắc phục sự cố PMM.

NDCTL- Tiện ích để quản lý các thiết bị hệ thống con “libnvdimm” (Bộ nhớ không bay hơi)

ndctl là tiện ích để quản lý hệ thống con kernel “libnvdimm”. Hệ thống con “libnvdimm” xác định mô hình thiết bị hạt nhân và giao diện thông báo điều khiển cho các tài nguyên NVDIMM của nền tảng giống như các tài nguyên được xác định bởi ACPI 6.0 NFIT (Bảng giao diện phần mềm NVDIMM). Các hoạt động được công cụ hỗ trợ bao gồm, khả năng cung cấp (không gian tên), cũng như liệt kê/kích hoạt /vô hiệu hóa các thiết bị (dimms, vùng, không gian tên) được liên kết với bus NVDIMM.

____
Bài viết liên quan