데이터 센터에서는 프로세서와 스토리지 사이에 끝없는 경쟁이 있습니다. 지난 8년 동안 프로세서는 포함된 코어의 수를 16개 또는 32개에서 64개, XNUMX개, XNUMX개 또는 XNUMX개로 늘렸습니다. 이 기간 동안 스토리지 기술은 대기 시간을 크게 줄이고 데이터 처리량을 늘렸습니다. 그러나 현실은 PCIe 장치나 네트워크 스토리지에 있는 데이터를 기다리면서 너무 많은 CPU 주기가 낭비되고 있다는 것입니다. 우리는 새로운 유형의 스토리지 하드웨어인 SCM(Storage Class Memory)의 등장으로 변곡점에 도달하고 있습니다. SCM은 대기 시간 및 주변 저장소의 데이터 대역폭 제한으로 인해 방해받지 않는 메모리 채널에 상주합니다. 메모리 채널에 있는 SCM은 CPU에 훨씬 더 가깝습니다. 즉, 최신 CPU로 데이터를 이동하기 위한 동시 "수영 레인"이 더 많습니다. 이는 프로세서가 데이터에 액세스할 수 있는 속도를 크게 향상시킵니다.
SCM은 일반적인 데이터 센터 스토리지 솔루션보다 훨씬 빠르기 때문에 스토리지 사용 방식을 재구성할 수 있습니다. SCM은 스토리지를 데이터 센터 기술 경쟁의 선두에 놓을 수 있는 잠재력을 가지고 있지만 SCM의 데이터 스토리지 기능을 효과적으로 활용하기 위해 고안된 기능을 통해 전적으로 가능합니다. 이 기사에서는 SCM이 무엇인지 설명하고 SCM을 혁신적으로 만드는 요소, 즉 이 기술의 약속, 테스트 프로세스, 데이터 센터에서 혁신적일 수 있다고 생각하는 이유에 대해 논의합니다.
새로운 하드웨어 기술의 문제점 중 하나는 해당 기술의 기능을 활용하기 위해 애플리케이션이나 서비스를 재작성하거나 아키텍처를 재설계해야 하는 경우가 많다는 것입니다. 대표적인 예로 멀티코어 프로세서가 처음 출시되었을 때 멀티스레드 코드를 작성해야 했던 사례를 들 수 있습니다. SCM(Storage Control Module) 역시 비슷한 상황이었지만, 포뮬러 스 블랙(Formulus Black) 이라는 회사가 기존의 수정되지 않은 애플리케이션도 SCM을 활용하여 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했습니다. 포뮬러스 블랙은 애플리케이션이 아무런 수정 없이 SCM을 활용할 수 있도록 표준 POSIX 호환 블록 장치를 제공하는 메모리 관리 소프트웨어를 개발했습니다. 포뮬러스 블랙의 초기 테스트 결과에 따르면 SCM 기반 스토리지를 사용하는 애플리케이션은 상당한 성능 향상을 보였습니다. StorageReview.com 연구실에서는 이러한 성능 향상을 검증하고 정량화할 예정입니다.
Formulus Black의 세부 사항을 파헤치기 전에 SCM과 그 배경에 대해 간략히 살펴보겠습니다. SCM은 프로세서가 주변 장치 버스(NVMe 및 SSD/HDD의 경우처럼)가 아니라 DIMM 슬롯을 통해 메모리 버스를 통해 액세스한다는 점에서 우리가 본 다른 서버 스토리지와 크게 다릅니다. 액세스는 대기 시간의 상당한 감소로 해석됩니다. DRAM(영구적이지 않음)과 달리 SCM은 정전 또는 재부팅 후에도 정보를 유지합니다. SCM에는 SSD/HDD 기술에 대한 다른 기능이 있지만 액세스할 수 있는 속도와 지속성이 가장 중요한 것입니다.
SCM(스펙트럼 메모리)을 현실로 구현하는 기술은 개발에 오랜 시간이 걸렸습니다. 현재 SSD에 사용되는 NAND 플래시 메모리를 DIMM 슬롯에 단순히 꽂는다고 해서 제대로 작동하는 것이 아니기 때문에 새로운 형태의 반도체 개발이 필요했습니다. 인텔은 옵테인 DC 영구 메모리 제품군에 사용되는 3D XPoint 칩을 통해 SCM 기술 개발을 선도했습니다.
Intel의 초기 테스트에서 3D XPoint는 NAND보다 100배 빠르지만 DRAM보다 10배 느립니다. DRAM보다 훨씬 느리지만 3D XPoint는 용량이 더 크고 비용이 적게 드는 장치를 지원하며 언급한 바와 같이 DRAM에는 없는 데이터 지속성을 제공합니다. 시장에는 다양한 SCM PMEM 제품이 있지만 단순함을 위해 Intel이 현재 이 분야의 선두주자인 것처럼 보이므로 이 기사에서는 SCM 제품에 중점을 둘 것입니다.
SCM 제품이 출시되면서 기업들은 이 기술을 최대한 활용할 방법을 찾아야 했고, 포뮬러스 블랙은 Forsa를 통해 바로 그 해법을 찾았습니다 . Forsa는 SCM 또는 DRAM을 물리적 메모리 매체로 사용하여 논리 확장 메모리(LEM)라고 하는 블록 수준 장치를 생성하고 관리할 수 있는 소프트웨어 스택입니다. LEM은 POSIX 표준을 준수하므로 애플리케이션에서 직접 사용할 수 있으며, 표준 파일 시스템을 마운트하거나 가상 머신(VM)에서 사용할 수 있습니다. 참고로 Forsa는 DRAM과도 함께 사용할 수 있지만, StorageReview.com 연구실에서는 Optane DC Persistent Memory(DCPMM)를 사용하여 테스트를 진행할 예정입니다.
DCPMM용 다른 블록 수준 장치 드라이버가 있지만 다른 블록 수준 장치와 달리 Formulus Black은 LEM에 데이터 무결성, 실시간 데이터 축소, 복제, 스냅샷, 고가용성 등과 같은 엔터프라이즈 스토리지 기능을 부여했습니다. (LEM이 VM에서 사용되고 있는지 여부에 관계없이) 파일 시스템으로 활용되거나 애플리케이션에서 직접 활용될 수 있습니다. 또한 FORSA는 스톡 DCPMM이 NUMA를 인식하지 않는 반면 FORSA LEM은 NURA 아키텍처로 인해 NUMA를 인식하는 등 메모리 채널 사용에 고유한 복잡성을 처리합니다. 예를 들어 테스트 랩의 Lenovo SR950 서버에서 XNUMX개의 개별 SCM 스토리지 영역을 프로비저닝하고 관리하는 대신 Forsa는 멀티 소켓 서버의 모든 NUMA 노드에 걸쳐 모든 SCM 메모리 영역을 매핑하고 SCM을 프로비저닝하고 관리할 수 있도록 합니다. 모두의 총 SCM 용량을 사용하는 기반 LEM.
위에서 언급한 엔터프라이즈 기능으로 LEM을 생성하고 활성화하는 것은 Forsa가 매끄러운 웹 기반 사용자 인터페이스를 가지고 있기 때문에 매우 간단합니다. 그러나 Formulus Black은 API 우선 사고방식을 가지고 있으므로 모든 LEM 관리 기능은 RESTful API를 통해 액세스할 수 있습니다.
데이터 무결성을 보장하기 위해 Forsa에는 메모리 오류 검사 및 불량 블록 교체(BBR)를 수행하는 CFTM(Central Fault Tolerance Manager)이 있습니다.
데이터 효율성을 향상시키는 Formulus Black은 중복 데이터를 줄이기 위해 독점적인 FbM(Formulus Bit Marker) 기술을 사용하는 실시간 인라인 알고리즘인 데이터 축소 기능도 제공합니다. Formulus Black의 초기 테스트에 따르면 FbM은 동일한 물리적 메모리 미디어에 저장할 수 있는 원시 데이터의 양을 늘리고 메모리를 빠른 스토리지 계층으로 사용하는 GB당 유효 비용을 줄일 수 있습니다. 그러나 많은 RHEL VM 인스턴스를 배포한 틈새 사례 테스트에서 FbM이 메모리의 유효 스토리지 용량을 20배 이상 늘렸다고 주장합니다. 이는 RHEL의 골든 이미지 인스턴스와 같은 데이터 패턴과 여러 가상 머신 인스턴스에서 실행되는 기타 애플리케이션 데이터를 감지하는 FbM의 기능 때문입니다.
데이터 보호를 위해 Forsa는 두 번째 노드에서 보호하려는 LEM의 미러 이미지를 생성하는 고가용성(HA) 모드에서 사용할 수 있습니다. HA 모드는 가치가 높은 LEM에 매우 유용하거나 DRAM을 스토리지 백업으로 사용할 때 비영구적이므로 매우 유용합니다.
SSD 저장 장치에 백업하여 LEM을 보호할 수도 있습니다. Forsa의 백업 기능인 BLINK는 시스템의 LEM 전체 또는 일부에서 사용할 수 있는 기능입니다. HA 모드와 마찬가지로 BLINK는 가치가 높은 LEM에서 또는 DRAM을 비영구적 스토리지 백업으로 사용할 때 매우 유용합니다.
생성하려는 LEM이 단일 서버의 DRAM 또는 SCM 용량을 초과하는 경우가 있을 수 있습니다. 이러한 상황을 수용하기 위해 Forsa를 사용하여 Forsa를 실행하는 두 서버에 걸쳐 있는 LEM을 생성할 수 있습니다.
Forsa 실행 요구 사항은 비교적 까다롭지 않으며, 자세한 내용은 Formulus Black 웹사이트에서 확인할 수 있습니다. Intel Optane DC Persistent Memory의 요구 사항은 특정 마더보드와 최신 프로세서의 특정 모델에서만 지원되므로 더 엄격합니다. 본 테스트에서는 사양이 우수한 Lenovo SR950 서버를 사용할 예정입니다. 테스트에 사용할 SR950은 768GB RAM, 4개의 8280M CPU, 부팅용으로 사용될 온보드 SATA m.2 SSD, 그리고 12개의 1.6TB Intel P4610 NVMe SSD를 갖추고 있습니다. 이전 테스트에서 인상적인 성능을 확인했습니다. VDBench 워크로드에서 4K 읽기에서 5만 IOPS 이상, 4K 쓰기에서 3.2만 IOPS 이상을 달성했습니다. 이 시스템은 CPU 성능 병목 현상 없이 Forsa를 테스트하기에 완벽한 환경입니다. SR950에 대한 자세한 리뷰는 여기에서 확인할 수 있습니다.
SAP HANA와 같은 일부 애플리케이션은 DCPMM 기술을 활용하기 위해 재작성되거나 수정되었지만 대다수는 그렇지 않습니다. 이 초고속 스토리지를 사용할 수 있는 잠재력 외에도 Forsa는 HA, 백업 및 FbM을 통한 데이터 감소와 같이 엔터프라이즈 고객이 요구하는 기능을 지원하므로 DCPMM의 기능을 확장합니다. Formulus Black Forsa는 많은 가능성을 가지고 있으며 우리 연구실에서 함께 일하기를 고대하고 있습니다. 애플리케이션을 재작성하거나 재설계하지 않고 SCM 기술을 활용할 수 있는 기능은 Forsa를 DCPMM의 킬러 애플리케이션으로 만들 수 있습니다.
Formulus Black은 Forsa가 시장에서 영구 메모리를 위한 가장 빠른 블록 스토리지 인터페이스라는 대담한 주장을 했으며 Forsa LEM이 영구 메모리 네이티브 파일 시스템보다 성능이 뛰어나다고 주장합니다. StorageReview에서는 연구실에서 이를 사용하고 이러한 주장을 테스트할 수 있기를 기대합니다.
포뮬러스 블랙 제품 개요 (PDF)
이 보고서는 Formulus Black이 후원합니다. 이 보고서에 표현된 모든 견해와 의견은 고려 중인 제품에 대한 우리의 공정한 견해를 기반으로 합니다.
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