英特尔资深技术专家陈小波解读傲腾数据中心级持久内存

内存技术在不停地发展，应用在追求更大的容量和带宽，数据在不断增长，内存更要跟得上增长。近日，英特尔资深技术专家陈小波在2019中国数据与存储峰会上以“英特尔傲腾数据中心级持久内存”为主题展开主题探讨。当前内存技术的扩展趋势有哪些？内存随着数据的激增在快速增长，傲腾如何突破内存瓶颈？傲腾技术有哪些应用场景？

陈小波：我大概是2012年去的英特尔，2012年第一次来到这个论坛。当时可以看到外面大部分是传统的存储厂商，现在大家再出去看，绝大部分外面的厂家变成了分布式存储。给我最震撼的两点，差不多在2010年的时候，当时我还在EMC。2010年ORACLE第一次宣布了软件定义存储和分布式存储到来，2012年微软就出来了，到2015年NUTANIX VSAN超融合的形态也出来了。这些所有软件的形态要依赖于一个基本的硬件形态，就是SSD闪存。传统的介质存储设计，软件和硬件的匹配，基本上已经做到了相对的极限或极致，很难有人在这上面再超过他们。为什么现在有了这么多分布式存储，有了这么多软件定义存储？就是因为有了闪存，给了软件更大的想象空间。和传统的机械硬盘相比，闪存这个东西，提供的性能，尤其是RANDOM性能是百倍级、千倍级的增长。应用对存储的需求的第一瓶颈点，一般是在IOPS上，解决这个问题，才谈得上下面新的瓶颈点CPU、内存等等。

内存技术的扩展趋势

闪存、闪存发展出来的各种新的硬件技术，类似于内功，软件只是招式，招式再好，没有内功，也就是三岁小孩打太极拳，没有任何用。如果说你有强劲的内力，剩下的问题只是怎么样用好的软件，把内力发挥出来，提供给上面的应用。

今天我讲傲腾的持久内存。大家可以看到，刚才讲了传统的机械硬盘、磁带容量很大，现在机械硬盘最少是10TB，磁带的容量更大，但是慢。1块NVME的盘大概可以提供到，比如说傲腾55万4KB的读，和55万的写是一样的性能。内存肯定是比NVME的盘再快3个数量级，延迟更低，吞吐更大。在这两个之间，传统的内存DD24，主屏越来越高。去年还在用2666的内存，今年2999都不够了，都得用到3200档次的内存上去，主屏越高，吞吐性能越快，在不断地进步。这两个之间有没有一个用于更加持久化的，把更多的数据可以Load进内存的，传统的内存增长也很快，但是所有物理的东西，在传统架构上增长都是有一定极限的，不管是性能的极限，还是容量的极限。

大概1993年，我买第一台386的时候，第一次配了4兆的内存，当时觉得好多了，快毕业的时候，1997年换了主板486，变成16兆B的内存，那个时候觉得太大了，快2GB的硬盘，觉得不需要更大的了，可以存很多东西了。到现在只能当做一个古董放到书柜里。从内存和硬盘的容量上讲，人们对于美好生活的追求，总是无限的。我们要存很多东西，有视频音频。以前很多不存的东西，也会存下来，比如说以前工厂的一条生产线，需要靠工人师傅，或者是比较有经验的工程师判断这批产品有什么问题，现在直接架上高清摄像头拍照、录象，根据抓出来的视频文件或者图片里面，用AI来算，可能这批生产有什么问题。能给制造业的业主，或者是工厂的所有者带来极大的利益，提高了交货时间。问题是拍的照、录的像，以前是从来不存的东西，但是在新的计算的引领下，计算突破了，带动着存储和网络跟着要突破。以前这些不存的，要把它存下来，存下来的时候，还是海量的数据，都不是我们以前讲的GB、TB，要奔向EB级。比如说国内某个汽车厂家打算搞自动驾驶，一谈就是50个PB，如果是10KB SATA盘存下来，当时算出来是18000块机械硬盘，是一个很大的量。增长得很快，这属于它的黄金时代，几年就翻一番。大概两年前最常用的还是8G左右的内存，现在是16G，从今年开始，逐渐会进入32G。内存容量越来越大，既是好事，也是麻烦事。

第二，这么大的内存，从性能的角度讲，以前对很多应用的认知，是需要更大的内存，但实际上要跑满一个CPU，或者跑出一个高分，大家可能认为内存平淡无奇，就这么一根小条子，内存的技术不停地发展，应用在追求更大的容量和带宽。未来，16G、32G继续发展之后，一个CPU要插满这么多Channel才能保证容量的话有点难度，需要更新的技术解决这些问题，要保证数据在增长的时候，内存要跟得上增长。

傲腾突破内存瓶颈

以前的翻倍速度没有这么快，但是数据在拼命增长，内存一定要增长，很多情况下，这是核心瓶颈点。怎么办？英特尔用OPTANE的技术，提供了PERSISTENT MEMORY，这个概念前年开始就比较火了。为了满足更大的容量，英特尔紧跟潮流，推出了傲腾持久化内存。第一个容量更大，内存条大概16G、32G。不是说32G比16G翻一番，还略低，是更贵，64G也是。跟它的生产工艺有关，生产工艺没有到的时候，当现在最适应的，或者说市场上最主流的，一定是它的生产线上，它的工艺决定了这是一个性价比最好的产品。如果要追求更大容量，没有办法，只能付更多的钱，不是根据容量翻上去了。但是OPTANE是不同于传统的技术，不同于传统的3D NAND，它的容量很大，128GB起配。容量不再是问题，并且高性能、高可靠，插在内存条上，既可以作为内存用，也可以作为磁盘用，或者是磁盘类型的内存来用。

所谓内存模式，插在内存槽上，就可以把它当内存来用，性能还不错。第一，它还是要插传统的DD24，不是原来的就不插了，插上之后，DD24在操作系统层面看不到这个内存容量。大家就把这个东西当做内存，插在服务器上，系统就看到了，可以直接访问和使用，没有任何问题。

 第二，应用直接访问模式，是业界真正的发展方向和追求的目标。很多应用中，如果应用持久化内存，可以达到一些新的数据的安全级别和保证，可以保证数据还在，掉电不怕，下次开机数据还在，加载非常快。如果内存都达到1.5TB级别，数据传输是非常繁忙的过程，追求一定的性能的。它插在内存上，操作系统可以把它看成是盘，但是访问不了它。应用可以很精确地定位，这个时候你看到的就是两块内存，一块是DD24的内存，比如说有192G，是更快一点的内存。另外是1.5T的傲腾数据中心级持久化内存，是4块内存，这个时候可以决定哪些数据放在DD24，哪些数据放在傲腾，是可以由应用通过PMDK这样的API去控制和定义的。

傲腾完整的模块系统：从理论上来看，控制器、芯片、信号的校验，这些全部存在。最关键的，它是直接插在内存条上。傲腾的盘是一样的介质，同样的介质放在不同的数据总线上，CPU访问的时间是不一样的。接口的类型有时也是控制性能的要素之一。NVME的协议和接口打破了SATA的限制，OPTANE的接口和协议是走的内存的通道，不需要再通过PCIe的通道转过去，这就使得它的性能很好。

大家就记住两点，它就是内存，完全可以当做内存用。同时，它也可以比内存干更多的活。它可以当做一块盘，也可以通过操作系统看是盘，但是应用部分，把它当成内存。

持久性对硬件的影响

CPU是有缓冲的，内存本质上讲是起到磁盘上海量数据和计算的CPU之间的一个中介和桥梁，缓存，临时存放数据的空间，内存不够了怎么办，把它重新刷回硬盘。有了持久内存，通过采用PMDK API的方式，CPU可以识别很多数据，决定它是在易失性DD24还是非易失性。近20年的磁盘的发展，容量越来越大，磁密度越来越高，单位时间内转过的磁密度提升了， 磁盘顺序读取的性能会提升，但RANDOM性能始终不会提升。大致是2005年左右做到了15000转之后，已经到物理极限。它的角速度是一样的，线速度不一样，15000转的时候，一个磁盘最外延的线速度，已经接近物理极限了，转不动了，所以说15000转出来之后，大概有10年的时间就没有了。它将来还会发展，我相信将来会有16TB、20TB、40TB，一直到100TB都有可能。这个时候， 磁盘顺序读取的性能提升，7200转决定了它的性能始终是在200 IOPS左右，因为前面加了64兆B的缓存，存储厂家屏蔽了这个缓存。持久性内存加入进去之后，传统的文件系统要改造，工作量也很大。改造的时候，跳开传统的限制，用持久性保证数据更快、更方便地被访问，这就是持久性对硬件的影响，还有一个对软件的影响，怎么样更好地调动数据持久也不怕丢的理念。

内存级别的介质寿命

大家家最关心的，SSD有一个可插储寿命的概念，OPTANE不怕这点，OPTANE这一点特别好，做成傲腾持久化内存更好。我讲到一个它和传统的SSD技术上的小区别，传统的SSD是用配置进行数据插储，改一个字节，也得插一遍，要改A，就改A，要改B，就改B，不会大面积地影响它的寿命。有些磁盘卖得贵，贵在什么地方？除了贵在它的性能上，也贵在寿命上。首先大家都不愿意换盘，必须要承认商业的硬件一定有坏的可能。硬件厂商是尽量保证它不坏，或者告诉用户说，我有不同档次的产品，你愿意花多少价钱，来换取什么样的档次。软件厂商用各种分布式、各种技术来保证当盘坏了的时候，不影响系统情况下，尽量快地恢复。对于SSD这种介质来说，都有一个类似的指标，拿到一块硬盘，就把它插上去，开足了马力不停地插和写，它多久会坏？这个地方，就是我们的一个叫Petabytes Written指标，24小时，365天这么写，英特尔保证是5年的质保。从技术上讲，以及上面预留的空间，可以保证你不停地写，写不坏它，写坏了，英特尔一定负责。

说了半天硬件有多好，红花也要绿叶配，英特尔就是绿叶。绿叶要来配各朵大红花，这么快的硬件，光说它快，没有用，用户看的是我在我的应用里面，我用ORACLE、SPARK等等各种东西情况下，你比我原来快多少，你的性价比是不是满足我的需求。因为它快，大家想到的在数据库领域里面打转转，大家的追求不一样了，国内国外的软件，我们都在进行大量的适配和应用，性能都有大量的提升。

其他的厂家，国内的厂家生态，从基础架构的操作系统级面的，主要的数据库，大数据应用软件的，国内的CSP，基本上各种互联网的提供厂商，包括公有云的，手机或者是电脑用的软件，以及OEM这些厂家，保证从硬件到基础件，到软件，再到主流的CSP都能提供这种访问服务。

讲到Redis，Redis提升的性能很大。最近5、6年，短视频的互联网行业发展非常快。快手、抖音，这些都是其中的优秀代表。快手就用了，还有很多企业级的用户也用了。短视频挑战就是数据量太大，数据量大到一定级别，就会由量变引起质变，传统的架构上是企业级来设计的，撑不住海量数据的飞速爆炸。快手用Redis提升了性能，整体的TCO降了30%，因为不再需要这么多台机器。原来要满足它的业务，假设说得用10台，现在用更少的机器，虽然说更贵了，把机器的内存加上傲腾去，虽然单机更贵了，但是整体服务器数量可以更少。腾讯云 Redis 云数据库也是加上了傲腾，性能提升了30%多。