Auf einen Blick
- Die Lücke zwischen leistungsstarkem flüchtigem DRAM und weniger leistungsfähigem, aber erschwinglichem NAND hemmt die Transformation des Rechenzentrums.
- Die Intel® Optane™ Technologie ist eine neue, nicht auf NAND-Technik basierende Klasse von nichtflüchtigem Speicher, die die Lücke im Bereich Kosten und Kapazität mit einer neuen Ebene in der Speicherhierarchie schließt.
- Persistenter Intel® Optane™ Speicher, Intel® Optane™ SSDs und Intel® QLC-3D-NAND-SSDs ermöglichen eine neue Ebene in der Datenhierarchie.
- Die Kombination aus Intel® QLC-3D-NAND-SSDs und Intel® Optane™ Technologie bietet Flexibilität für zahlreiche Aufgaben.
- Intels 3D-NAND-„Lineal“-Format verbindet effiziente Wärmeableitung, hohe Kapazität und einfachere Verwaltbarkeit.
Für Rechenzentren steht viel auf dem Spiel
In Unternehmen, die ihre Systemarchitektur überdenken, verheißen riesige Datenmengen den Gewinn wertvoller Erkenntnisse und Innovationen. Aber Unternehmen, die ihre Architektur nicht umgestalten, werden alle Mühe haben, um nicht unter einer Lawine von Daten begraben zu werden.
Dieses Problem ist jedoch nicht auf die Speicherung von Rohdaten beschränkt. Damit Unternehmen wettbewerbsfähig bleiben, müssen sie all diese Daten schnell und kosteneffizient abrufen und verarbeiten, um geschäftliche Erkenntnisse zu gewinnen und um für Forschungszwecke, künstliche Intelligenz (KI) und andere Verwendungszwecke gerüstet zu sein. Um diesen Verarbeitungsgrad zu erreichen, sind sowohl Arbeits- als auch Massenspeicher nötig und Unternehmen haben Mühe damit, ihre hohen Kosten mit eingeschränkter Kapazität und Leistungseinschränkungen in Einklang zu bringen.
Wenn man bedenkt, dass unterschiedliche Aufgaben zudem unterschiedliche Typen von Arbeits- und Massenspeicher erfordern, wirkt die Herausforderung sogar noch entmutigender. Darüber hinaus werden eventuell mehrere Techniken gemeinsam eingesetzt, um den optimalen Kompromiss zwischen Kosten und Leistung zu erzielen.
Intel begegnet diesen Herausforderungen mit neuer Arbeits- und Massenspeichertechnik, die Unternehmen weitreichende Möglichkeiten für die Umgestaltung ihrer Rechenzentrumsarchitektur verschafft.
Lücken in der Arbeits-/Massenspeicherhierarchie
Traditionell gesehen unterliegen Arbeits- und Massenspeicherlösungen Einschränkungen im Bereich der Dichte, Leistung und Kosten. Diese Einschränkungen sind in den verschiedensten Organisationen – vom Einzelhandel über die öffentliche Hand bis zum Gesundheitswesen und dem Finanzsektor – eindeutig spürbar. So kommt es zum Beispiel vor, dass Cloud-Service-Provider (CSPs) bei wachsenden Datenmengen mit der Einhaltung von Service-Level-Agreements (SLAs) kämpfen. Finanzdienstleister können bei der schnellen Verarbeitung hoher Transaktionsvolumen in puncto Kapazität und Leistung an ihre Grenzen stoßen. Und große Unternehmen können mit den In-Memory-Analyseanforderungen aus Kunden-, Lager-, Social-Media- und Internet-of-Things(IoT)-Daten nicht mithalten – in erster Linie aufgrund der hohen Kosten und eingeschränkten Kapazität von dynamischem RAM (DRAM).
Um Daten effizient und effektiv zu verwalten, müssen Unternehmen die Infrastrukturkomponenten ermitteln, die am besten zu ihren Bedürfnissen und finanziellen Mitteln passen. Allerdings ist dies keine leichte Aufgabe, denn hat jede Technik in der Hierarchie ihre Stärken und Schwächen:
- DRAM spielt im Leistungsbereiche seine Trümpfe aus, ist aber teuer, flüchtig und nur bedingt skalierbar.
- Flash-Speicher (NAND) ist zwar nichtflüchtig und günstiger als DRAM, kann aber in puncto Leistung mit DRAM nicht mithalten.
- Rotierende Festplatten bieten enorme Speicherkapazität zu den geringsten Kosten, aber physische Platten verursachen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Platzbedarf und Kühl- und Energieanforderungen weithin bekannte Probleme bei den Gesamtbetriebskosten (TCO).
Insgesamt gehen diese traditionellen Speicherlösungen mit deutlichen Lücken im Arbeits- und Massenspeicherkontinuum des Rechenzentrums einher und hemmen die Leistung von Anwendungen. Kontinuierlich wachsende Datenmengen und die Notwendigkeit, mehr Daten schneller abzurufen, haben das Problem zusätzlich verstärkt.
Für Organisationen, die ihre Rechenzentren transformieren wollen, sind vor allem zwei Arbeitsspeicher- und Massenspeicherlücken vorherrschend:
- Zwischen kostspieligem DRAM mit geringer Kapazität und erschwinglicheren NAND-basierten Solid-State-Laufwerken (SSDs)
- Zwischen langsameren NAND-SSDs und kostengünstigeren, aber weniger zuverlässigen Festplatten
Organisationen haben keine brauchbaren Alternativen, die ein Gleichgewicht zwischen Kosten, Kapazität und Leistung bieten und diese Lücken schließen – bislang (siehe Abb. 1).
Mit Intel® Technik die Lücken schließen
Mit Lösungen, die für hohe Leistung, Kapazität und Zuverlässigkeit ausgelegt sind, beseitigt Intel die Arbeits- und Massenspeicherlücken im Rechenzentrum. Diese Lösungen überzeugen mit geringer Latenz und einem größeren operativen Nutzen als herkömmliche Alternativen. Insbesondere drei Produktfamilien sind speziell dafür ausgelegt, im Rechenzentrum die Lücken zwischen Kosten und Leistung mit Flexibilität für neue Datenebenen zu schließen:
- Persistenter Intel® Optane™ Speicher stellt eine eine neue Klasse von Arbeits- und Datenspeichertechnik dar, die mit hoher Kapazität, tragbaren Kosten und nichtflüchtiger Speicherung punktet. Indem größere Datenmengen näher zum Prozessor verschoben und dort bereitgehalten werden, können Aufgaben und Dienste durch geringere Latenzen und höhere Leistung optimiert werden.
- Intel® Optane™ SSDs kombinieren Eigenschaften von Arbeits- und Massenspeicher mit hohem Datendurchsatz, geringer Latenz, hoher Dienstgüte (Quality of Service, QoS) und Langlebigkeit.
- Intel® QLC-3D-NAND-SSDs, wie das Intel® SSD D5-P4320, bieten die zurzeit höchste Datendichte über Peripheral Component Interconnect Express* (PCIe*). Zudem macht ihr Preis diese SSDs zum idealen Ersatz für Festplatten, auf denen weniger häufig abgerufene Daten gespeichert werden.
Mit diesen innovativen Produkten können Organisationen ihre Rechenzentrumskonfiguration umgestalten, um moderne Aufgaben zu bewältigen und wettbewerbsfähig zu bleiben. Jedes Produkt wird unten ausführlich beschrieben, mit Praxisbeispielen der Leistungs-, Kapazitäts- und Kostenvorteile, die es bereitstellt.
Intel® Optane™ Technologie: Eine neue Ebene in der Datenhierarchie
Unternehmen müssen Lösungen in bislang unvorstellbarem Ausmaß überdenken, sich an neue Technik anpassen und ihren Betrieb weiterentwickeln, um die Bedürfnisse ihrer Kunden zu erfüllen. Die Intel® Optane™ Technologie ist eine neue, nichtflüchtige Speicherklasse, die auf der Intel® 3D XPoint™ Technik basiert. Sie modernisiert die bestehende Rechenzentrumsarchitektur durch eine neue Ebene in der Arbeits- und Massenspeicherhierarchie und schließt damit die Lücke zwischen leistungsstarkem flüchtigem Arbeitsspeicher und weniger leistungsfähigem, aber erschwinglichem NAND-Massenspeicher. Die Intel® Optane™ Technologie kombiniert auf einzigartige Weise geringe Latenz, hohe Dienstgüte (QoS), Langlebigkeit und hohen Datendurchsatz.
Die Intel® Optane™ Technologie eignet sich ideal für „Arbeitsdaten“, die nahe an der CPU bereitstehen müssen, um schnell verfügbar zu sein. Bei Arbeitsdaten dreht sich alles um einen deutlich schnelleren Zugriff auf deutlich mehr Daten für Echtzeitanalysen, Finanztransaktionen, Flugreservierungen und andere Nutzungsszenarien, die vorhersehbar schnelle Reaktionszeiten benötigen – wenn die durchschnittliche Reaktionszeit nicht ausreicht. Vorhersehbare und gleichmäßige Leistungseigenschaften sind bei Arbeitsdaten schon ab den ersten Abfragen von Bedeutung.
Sowohl persistenter Intel® Optane™ Speicher als auch Intel® Optane™ SSDs basieren auf der Intel® Optane™ Technologie. Aber wie unten beschrieben haben sie ein unterschiedliches Format und können einzeln oder gemeinsam in Rechenzentren eingesetzt werden, um Unternehmen innovative neue Arbeits- und Massenspeicheroptionen bereitzustellen.
Persistenter Intel® Optane™ Speicher als Erweiterung oder Ersatz für kostspieliges DRAM
Persistenter Intel® Optane™ Speicher ist ein bahnbrechendes Produkt, das die Lücke zwischen DRAM und Intel® Optane™ SSDs schließt. Unternehmen, deren Systeme In-Memory-Daten verarbeiten, ebnet persistenter Intel® Optane™ Speicher den Weg für den Zugriff auf deutlich größere Mengen an „heißen“ Daten für KI, Analysen, High-Performance-Computing (HPC) und andere Anwendungen.
Im Unterschied zu DRAM vereint persistenter Intel® Optane™ Speicher hohe Dichte, erschwingliche Kosten und nichtflüchtige Speicherung. Durch finanziell tragbare Erweiterungen der Arbeitsspeicherkapazität (mehr als 3 TB pro CPU) können Unternehmen ihre Rechenzentrumsaufgaben besser optimieren, indem sie größere Datenmengen näher zum Prozessor verschieben und die hohe Latenz, die beim Datenzugriff auf herkömmliche nichtflüchtige Massenspeicherprodukte auftritt, auf ein Mindestmaß senken.
Persistenter Intel® Optane™ Speicher wird 2019 weithin verfügbar sein – gemeinsam mit der Einführung der skalierbaren Intel® Xeon® Plattform der nächsten Generation.
Intel® Optane™ SSD P4800X: Die Lösung für Arbeitsdaten im Rechenzentrum
Intel® Optane™ SSDs der Produktreihe P4800X sehen aus wie Standard-SSDs, weil sie jedoch auf der Intel® Optane™ Technologie basieren, liegt ihnen nicht die NAND-Technik zugrunde. Die einzigartige Architektur von Intel® Optane™ SSDs der Produktreihe P4800X liefert bahnbrechende Leistungseigenschaften, die schneller und auch konsistenter sind als bei NAND-basierten SSDs. NAND-SSDs haben im Allgemeinen hohe Lesegeschwindigkeiten, aber geringe Schreibgeschwindigkeiten, die bei Operationen mit hoher Frequenz sogar noch weiter sinken. Im Gegensatz dazu ist die Architektur von Intel® Optane™ SSDs dafür ausgelegt, Schreibvorgänge auf Byte- oder Seitenebene durchzuführen, wodurch die Geschwindigkeit steigt und die Leistung besser vorhersehbar ist – mit einem ausgewogeneren Verhältnis zwischen der Lese- und Schreibleistung. Zudem besteht kein Bedarf an automatischer Speicherbereinigung.
Das Intel® Optane™ SSD P4800X weist bei Schreibvorgängen unabhängig vom Schreibdurchsatz konsistente Reaktionszeiten auf. Das Diagramm in Abb. 4 zeigt, um wie viel geringer die Latenz eines Intel® Optane™ SSDs im Vergleich zu einem Intel® 3D-NAND-SSD der aktuellen Generation ist, besonders unter der Last ansteigender Schreibvorgänge mit wahlfreiem Zugriff (random-write). Anders als bei NAND-basierten SSDs bleibt die Latenz der Intel® Optane™ SSDs für alle Schreibanforderungen konstant niedrig.1
Durch die Kombination von niedriger, gleichbleibender Latenz mit hoher Langlebigkeit lassen sich Intel® Optane™ SSDs im Vergleich zu NAND-basierten Lösungen wesentlich effizienter als Cache einsetzen.
Eine Untersuchung der Evaluator Group zeigte, welche Auswirkungen es hat, wenn auf Cache-Ebene eine rein auf NAND-Flash-Technik basierende Write-Cache- und Massenspeicherlösung durch Intel® Optane™ SSDs ersetzt wird. Bei Tests mit dem IOmark-VM*-Benchmark konnte gezeigt werden, dass das Preis-Leistungs-Verhältnis eines Systems mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren und Intel® Optane™ SSDs der Produktreihe P4800X als Cache zum Einsatz kommen, bis zu 3-mal besser ist als bei Systemen und Massenspeichermedien der vorherigen Generation.2
Auch die Lebensdauer eines Intel® Optane™ SSDs P4800X ist deutlich länger als bei NAND-basierten Datenträgern. So zeigt zum Beispiel ein Vergleich von zwei aktuellen SSDs bis zu 60 DWPD (Drive Writes per Day) für das Intel® Optane™ SSD P4800X und gerade einmal 3 DWPD für das NAND-basierte Intel® SSD P4600.3 Demzufolge sind Intel® Optane™ SSDs in Cache-Umgebungen mit hohem Datenverkehr deutlich langlebiger.
Persistenter Intel® Optane™ Speicher kann auch mit Intel® Optane™ SSDs kombiniert werden, um eine gänzlich neue und flexible Speicherebene zu schaffen, die dem Arbeitsspeicher ähnlich ist (siehe Abb. 5). Wertvolle Daten, die sich bei herkömmlichen Ansätzen auf langsamerem NAND-Massenspeicher befinden, können schnell abgerufen und genutzt werden.
Mit optimierter Software alle Leistungsvorteile der Intel® Optane™ Technologie nutzen
Durch die zusätzliche Verwendung von Intel® Optane™ SSDs in einer bestehenden Rechenzentrumsinfrastruktur ergeben sich bereits deutliche Leistungsverbesserungen, doch Softwareoptimierungen können bei Anwendungen, bei denen die Intel® Optane™ Technologie genutzt wird, noch bessere Ergebnisse erzielen. Insbesondere Open-Source-Software harmoniert gut mit Intel® Optane™ SSDs, da Entwickler Anwendungen anpassen können, damit diese die Vorteile von Intel® Optane™ SSDs der Produktreihe P4800X nutzen.
So optimierte zum Beispiel ein Performance-Architekt bei Oracle MySQL* für das Intel® Optane™ SSD P4800X, was bei intensiven Input/Output-Aufgaben (I/O) eine 5-fache Leistungssteigerung zur Folge hatte. Darüber hinaus erzielte der Oracle-Architekt 1 Million Lesezugriffe pro Sekunde bei einem einzelnen Intel® Optane™ SSD.4
Ein anderes Beispiel zeigte, dass Direct-I/O*-Optimierungen im Vergleich zu gepuffertem I/O bei Java 10* bis zu 48 Prozent mehr Effizienz bewirken.5 Diese Optimierungen haben bedeutsame Auswirkungen auf Organisationen, die Java-basierte KI-Aufgaben oder Datenbanken ausführen, zum Beispiel Cassandra* oder Apache HBase*.
Software-Architekten können bestehende Tools und Entwicklungskits verwenden, um die Leistung für die Intel® Optane™ Technologie zu optimieren. Die folgenden Ressourcen von Intel ermöglichen Ihnen einen guten Einstieg:
- Storage Performance Development Kit (SPDK): https://spdk.io/
- Persistent Memory Development Kit (PMDK): https://pmem.io/pmdk/
- Zugriff auf Bare-Metal-Server mit Intel® Optane™ SSDs: acceleratewithoptane.com
Speichererweiterung mit Intel® Memory-Drive-Technik
Intel® Optane™ SSDs lassen sich mithilfe der Intel® Memory-Drive-Technik auch als Speichererweiterung konfigurieren. Die Intel® Memory-Drive-Technik integriert ein SSD auf transparente Weise in das Arbeitsspeichersubsystem und lässt es wie DRAM erscheinen, ohne dass Änderungen am Betriebssystem oder den Anwendungen erforderlich sind. Die Intel® Memory-Drive-Technik kann eingesetzt werden, um einen Teil des DRAM zu ersetzen und die Gesamtspeicherkosten zu senken, oder um den Arbeitsspeicherbereich bei Bedarf über die DRAM-Kapazität hinaus zu vergrößern.
So steigt zum Beispiel die Leistung von Apache Spark* durch die zusätzliche Intel® Memory-Drive-Technik-Software mit einem Intel® Optane™ SSD P4800X auf das 5-Fache.4
Mit Intel® QLC-3D-NAND-SSDs die Lücke bei der Massenspeicherkapazität verkleinern
Da die Effizienz der NAND-Technik steigt und ihr Preis fällt, sinkt der Bedarf an mechanischen Laufwerken kontinuierlich. Der neueste Durchbruch – Intel® QLC-3D-NAND-SSDs – könnte dazu führen, dass rotierende Festplattenlaufwerke schon bald nur mehr für die kältesten Massenspeicherszenarien zum Einsatz kommen.
Intel® QLC-3D-NAND-SSDs sind dafür ausgelegt, die Zuverlässigkeit von Flash-Speicher mit höherer Dichte zu einem erschwinglichen Preis bereitzustellen. Diese Vorteile tragen dazu bei, die Hürden für den Austausch herkömmlicher Festplatten, die im Vergleich zu Flash-Laufwerken für gewöhnlich langsamer und weniger zuverlässiger sind, einen höheren Energieverbrauch und höhere Anforderungen an die Kühlung haben sowie mehr Platz benötigen, zu beseitigen.
Intel® QLC-3D-NAND-SSDs lassen sich in Verbindung mit der Intel® Optane™ Technologie einsetzen, um die Geschwindigkeit häufig abgerufener Daten zu steigern und gleichzeitig die Kosten- und Kapazitätsvorteile der Flash-Technik im Vergleich zu Festplatten bei riesiger Massenspeicherkapazität zu nutzen. So können Unternehmen die Lücke im Kosten/Kapazität-Verhältnis von Massenspeichern zwischen Intel® Optane™ SSDs und Festplatten schließen. Und da Intel® QLC-3D-NAND-SSDs hohe Zuverlässigkeit mit erschwinglichen Kosten kombinieren, können viele Organisationen dieses SSDs als Ersatz für Festplatten nutzen.
Datenkonsolidierung mit innovativen neuen Formfaktoren von Intel
Intel schließt die Lücke im Bereich der Kosten und Kapazität von Massenspeicher auch mit innovativen neuen Formfaktoren. Das Siegerprodukt eines „Gold International Design Excellence Award“ 2018, Intels 3D-NAND-Linealformat („Ruler“) für SSDs, verbessert die Dichte, Verwaltbarkeit und Wartbarkeit in Verbindung mit einer effizienten Wärmeableitung, die die Serverarchitektur revolutioniert.
Aufgrund der einzigartigen Form und Eigenschaften des EDSFF-basierten Laufwerks sind Anbieter wie Supermicro* in der Lage, 32 Intel® „Lineal“-Laufwerke mit je 32 TB in einem einzelnen 1-HE-Server einzusetzen und damit pro Server bis zu 1 Petabyte an Datenkapazität bereitzustellen.8
Massenspeicher für Rechenzentren neu überdacht
Intel® Technik schließt die Lücken im Bereich des Arbeits- und Massenspeichers mit einer ganzen Reihe von Produkten – von persistentem Intel® Optane™ Speicher und dem Intel® Optane™ SSD P4800X bis zu Intel® QLC-3D-NAND-SSDs und Datenspeichern im linealartigen Format („Ruler“) mit hoher Kapazität. Mit diesem Produktportfolio verfügen Unternehmen über die nötigen Voraussetzungen, um riesige Datenmengen für Analyse-, KI-, HPC- und andere Aufgaben schnell und flexibel speichern, verarbeiten und verwalten zu können.
Intel® Massenspeicherprodukte verschaffen gemeinsam mit der entsprechenden Technik Rechenzentrumsarchitekten ausreichend Flexibilität, um die Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten auf ihre geschäftlichen Anwendungen und Aufgaben abzustimmen. Die Zeit ist reif für einen neuen Denkansatz bei Arbeits- und Massenspeicher: mit Intel® Optane™ Technologie und Intel® QLC-3D-NAND-Technik.
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