Intel parle publiquement des modules de mémoire persistante (PMM) Optane DC depuis plus d'un an maintenant, épousant les avantages d'un nouveau niveau d'architecture centrée sur les données qui se situe entre la DRAM et les SSD Optane DC, avec des supports SSD et HDD séquentiellement plus lents en cascade dans la pyramide. sur bande au niveau de l'archive. L'objectif de la mémoire persistante a toujours été de rapprocher davantage de données du processeur, offrant une latence de type DRAM avec une persistance et des capacités de stockage. Après un an passé à écouter les partenaires matériels et logiciels parler des avantages de la mémoire persistante en laboratoire, avec la sortie des processeurs évolutifs Intel Xeon de deuxième génération, Optane DC PMEM est désormais disponible sur une grande variété de solutions de serveur.
Intel parle publiquement des modules de mémoire persistante (PMM) Optane DC depuis plus d'un an maintenant, épousant les avantages d'un nouveau niveau d'architecture centrée sur les données qui se situe entre la DRAM et les SSD Optane DC, avec des supports SSD et HDD séquentiellement plus lents en cascade dans la pyramide. sur bande au niveau de l'archive. L'objectif de la mémoire persistante a toujours été de rapprocher davantage de données du processeur, offrant une latence de type DRAM avec une persistance et des capacités de stockage. Après un an passé à écouter les partenaires matériels et logiciels parler des avantages de la mémoire persistante en laboratoire, avec la sortie des processeurs évolutifs Intel Xeon de deuxième génération, Optane DC PMEM est désormais disponible sur une grande variété de solutions de serveur.
Module de mémoire persistante Intel Optane DC
Présentation du matériel de la mémoire persistante Intel Optane DC
Les PMM Intel Optane DC ont des capacités beaucoup plus élevées que les DRAM traditionnelles. Les modules de mémoire persistante Intel Optane DC sont disponibles en capacités de 128 Go, 256 Go et 512 Go, bien plus grandes que les clés DRAM qui vont généralement de 4 Go à 32 Go, bien que des capacités plus importantes existent. Les PMM sont sur le même canal que la DRAM et doivent être remplis sur l'emplacement le plus proche du CPU sur chaque canal. Une configuration populaire recommandée par Intel est un rapport 4: 1, avec 32 Go de DRAM pour 128 Go de DCPMM, que vous pouvez voir ci-dessous.
Chaque processeur peut prendre en charge jusqu'à 6 modules de mémoire persistante. Dans un serveur typique prenant en charge deux processeurs Intel Xeon Salable, cela signifie 12 modules de mémoire persistante par système, ou jusqu'à 6 To de capacité PMEM totale (3 To par socket). Les serveurs qui sont capables de mémoire persistante montreront également la connaissance des modules dans leur BIOS système où les modes de mémoire persistante peuvent être définis, les espaces de noms créés et les pools peuvent être configurés, entre autres paramètres. Ce même niveau de visibilité et de configuration peut également être effectué via le système d'exploitation.
Pour voir comment elle communique, la mémoire persistante Intel Optane DC utilise le protocole DDR-T. Cela permet une synchronisation asynchrone des commandes/données. Le contrôleur de module utilise le schéma de demande/octroi pour communiquer avec le contrôleur hôte. La direction et la synchronisation du bus de données sont contrôlées par l'hôte. Un paquet de commande par demande est envoyé de l'hôte au contrôleur de mémoire persistante. La transaction peut être réordonnée dans le contrôleur de mémoire persistante Intel Optane DC si nécessaire. Les modules utilisent une granularité d'accès à la ligne de cache 64B similaire à la DDR4.
D'un point de vue matériel, la mémoire persistante Optane DC est un système complet sur un module avec plusieurs composants clés :
- Le circuit intégré de gestion de l'alimentation (PMIC) génère tous les rails pour les médias et le contrôleur
- SPI Flash stocke le firmware du module
- Intel Optane Media constitue l'espace de stockage lui-même, composé de 11 périphériques parallèles pour les données, l'ECC et les pièces de rechange.
- Tampons DQ pour l'intégrité du signal à haut débit
- AIT DRAM contient la table d'indirection d'adresse
- Energy Store Caps assure le vidage de toutes les files d'attente de modules en cas de panne de courant
- Au cœur de chaque module de mémoire persistante se trouve le contrôleur de mémoire persistante Intel Optane DC qui gère les transferts de données ainsi que la gestion des sous-composants sur la carte.
Bien sûr, si l'on considère les modules eux-mêmes, après le coût et les performances, l'endurance est peut-être la plus grande préoccupation. Comme les autres supports de stockage, la mémoire persistante Intel Optane DC est mesurée en pétaoctets écrits (PBW). Le PBW est estimé sur la base de considérations de bande passante et d'endurance des supports sur une durée de vie de 5 ans en supposant une bande passante maximale à la consommation d'énergie cible 24h/7, 365j/100, 15 jours par an. Dans le cas d'une écriture à 350 % de XNUMX W, les modules de mémoire persistante prennent en charge plus de XNUMX PBW, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.
Une autre note sur les paramètres, les modules Optane DC sont programmables pour différentes limites de puissance permettant une large gamme d'optimisation. Les modules de mémoire persistante prennent en charge une enveloppe de puissance de 12 W à 18 W et peuvent être réglés avec une granularité de 0.25 watt. Les paramètres de puissance plus élevés offrent les meilleures performances, mais avec le coût associé à une consommation électrique globale plus élevée du serveur. Dans certains cas, cela peut ne pas être un problème et les organisations peuvent choisir de maximiser l'enveloppe de puissance en fonction de la prise en charge du serveur.
Modes de fonctionnement de la mémoire persistante Intel Optane DC
Une fois déployés dans un serveur, les PMM peuvent être configurés dans une variété de modes de fonctionnement qui incluent le mode mémoire et le mode App Direct, ainsi qu'une échelle mobile d'allocations entre les deux.
Mémoire persistante Optane DC - Mode mémoire
En mode mémoire, les PMM sont utilisés de manière très similaire à la DRAM. Il n'y a pas besoin de logiciel spécifique ou de modifications des applications, la mémoire persistante imite la DRAM en gardant les données «volatiles», bien que la clé volatile soit effacée à chaque cycle d'alimentation. En mode mémoire, la mémoire persistante est utilisée comme une extension de la DRAM et est gérée par le contrôleur de mémoire hôte. Il n'y a pas de rapport défini entre la mémoire persistante et la DRAM, le mélange peut dépendre des besoins de l'application. En termes de profil de latence, tout ce qui touche le cache DRAM (près de la mémoire) fournira bien sûr une latence <100 nanosecondes. Tout échec de cache sera acheminé vers la mémoire persistante (mémoire lointaine) qui fournira une latence de l'ordre de la microseconde.
Mémoire persistante Optane DC - Mode App Direct
La mémoire persistante Optane DC dispose également d'un mode App Direct. Ce mode nécessite des logiciels/applications spécifiques prenant en charge la mémoire persistante. Ce mode rend la mémoire persistante en place persistante mais toujours adressable en octets comme la mémoire. En mode App Direct, la mémoire persistante reste cohérente avec le cache et offre la possibilité de faire du DMA et du RDMA.
Il est également possible de configurer la mémoire persistante comme stockage via App Direct. Ici, la mémoire persistante agit par blocs à la manière des SSD, avec des instructions de lecture/écriture traditionnelles. Cela fonctionne avec les systèmes de fichiers existants, offre l'atomicité au niveau du bloc et la taille du bloc est configurable (4K, 512B). Pour utiliser le stockage via l'application directe, les utilisateurs ont simplement besoin d'un pilote NVDIMM. Ce mode permet une mise à l'échelle de la capacité et de meilleures performances, une latence plus faible et une endurance plus élevée que les SSD traditionnels de classe entreprise.
Avantages de la mémoire persistante Intel Optane DC
Les modules de mémoire persistante Intel Optane DC offrent une grande variété d'avantages aux utilisateurs finaux. Tout d'abord, les modules offrent un moyen de faire évoluer efficacement l'empreinte DRAM d'un serveur de manière beaucoup plus rentable. Étant donné que la mémoire persistante peut être maillée avec la couche DRAM, l'empreinte DRAM utilisable effective évolue plus rapidement, la mémoire persistante améliorant le TCO global de l'investissement serveur d'une organisation. De plus, les serveurs étant capables de traiter plus de données plus rapidement, il peut être possible pour certains de profiter de nouvelles opportunités pour consolider les charges de travail. Il y a aussi un deuxième argument qui peut être avancé en ce qui concerne la valeur. Pour les charges de travail qui n'ont peut-être pas besoin d'autant d'offres de DRAM à latence nanoseconde, les organisations pourraient choisir de construire leurs serveurs avec moins de DRAM mais plus de mémoire persistante Optane DC pour conserver une empreinte mémoire raisonnable ou plus importante, mais avec le plus rentable modules de mémoire persistante plutôt que DRAM.
Les modules de mémoire persistante, comme leur nom l'indique ouvertement, sont persistants. Cela signifie que les PMM n'ont pas besoin d'être actualisés avec des données, ce qui entraîne des redémarrages plus rapides du serveur. Ceci est extrêmement important lorsqu'il s'agit de bases de données résidentes en mémoire. Après un redémarrage du serveur, le temps de restauration de toutes ces données en mémoire peut prendre beaucoup de temps. Les éditeurs de logiciels indépendants (ISV) qui se concentrent sur les bases de données hautes performances ont constaté des gains considérables grâce à la mémoire persistante dans ces scénarios, où la mise en service rapide est une notion essentielle. En fait, Intel a montré des données à cet effet. Un rechargement complet du magasin en colonnes dans la DRAM pour un ensemble de données de 1.3 To qu'ils ont trouvé à 20 minutes dans un serveur DRAM uniquement. Un redémarrage complet du système sur ce serveur avant la mémoire persistante était de 32 minutes ; 12 minutes pour le système d'exploitation, 20 minutes pour les données. Le même serveur avec la mémoire persistante Optane DC a pris 13.5 minutes. Bien qu'en surface, cela semble impressionnant, c'est encore plus impressionnant si l'on considère que la composante de données n'était qu'une minute et demie, ce qui équivaut à un gain de 13X.
Les modules de mémoire persistante Intel Optane DC offrent également un chiffrement sur module, ce qui en fait la toute première mémoire chiffrée matérielle. Les modules utilisent la protection des données au repos à l'aide d'un moteur de chiffrement AES-XTP 256 bits. En mode mémoire, si le cache DRAM perd ses données, la clé de chiffrement est perdue et se régénère à chaque démarrage. En mode App Direct, les supports persistants sont chiffrés à l'aide d'une clé stockée dans une région de métadonnées de sécurité sur un module accessible uniquement par le contrôleur Intel Optane DC. La mémoire persistante Intel Optane DC est verrouillée lors d'un événement de coupure de courant et nécessite une phrase de passe pour se déverrouiller. Les modules prennent également en charge l'effacement cryptographique sécurisé et l'écrasement DIMM, pour une réutilisation sécurisée ou une mise au rebut en fin de vie. Enfin, les versions signées du firmware sont autorisées, des options de contrôle de révision sont disponibles.
Logiciel de mémoire persistante Intel Optane DC
Alors que l'accent est clairement mis sur les avantages du matériel de mémoire persistante, Intel dispose d'un ensemble d'outils logiciels qui sont également importants. Les outils suivants seraient le principal moyen de gérer la mémoire persistante via le système d'exploitation, plutôt que de redémarrer le serveur et d'effectuer ces modifications dans le BIOS du système. Cela permet de gagner du temps et d'éviter les temps d'arrêt pour apporter des modifications à la volée.
IPMCTL- Utilitaire de gestion des modules de mémoire persistante Intel Optane DC
Prend en charge les fonctionnalités pour :
- Découvrez les modules de mémoire persistante dans la plate-forme.
- Provisionnez la configuration de la mémoire de la plate-forme.
- Affichez et mettez à jour le micrologiciel sur les PMM.
- Configurez la sécurité des données au repos sur les PMM.
- Surveillez la santé du PMM.
- Suivre les performances des PMM.
- Déboguer et dépanner les PMM.
NDCTL- Utilitaire pour gérer les périphériques du sous-système "libnvdimm" (mémoire non volatile)
ndctl est un utilitaire de gestion du sous-système de noyau « libnvdimm ». Le sous-système « libnvdimm » définit un modèle de périphérique de noyau et une interface de message de contrôle pour les ressources NVDIMM de la plate-forme telles que celles définies par l'ACPI 6.0 NFIT (NVDIMM Firmware Interface Table). Les opérations prises en charge par l'outil incluent la capacité de provisionnement (espaces de noms), ainsi que l'énumération/l'activation/la désactivation des périphériques (dimms, régions, espaces de noms) associés à un bus NVDIMM.
Disponibilité du module de mémoire persistante Intel Optane DC
Les modules de mémoire persistante sont désormais disponibles, et de nombreux fournisseurs de serveurs annoncent la disponibilité du système :
Les fournisseurs de systèmes de stockage envisagent également la mémoire persistante comme un moyen d'accélérer leurs solutions :
Prise en charge cloud pour PMEM :
Les principaux fournisseurs de stations de travail adoptent également la mémoire persistante Intel Optane DC, en particulier pour les charges de travail de science des données.
Revues et points de repère de la mémoire persistante Intel Optane DC
