เข้าถึงข้อมูลได้มากขึ้นเร็วขึ้น

การสำรวจในเชิงลึกเพื่อลดความหน่วงแฝงของข้อมูลในระดับหน่วยความจำ อุปกรณ์ และระบบประมวลผลลงอย่างมาก

ซีรีส์ทางเทคนิคของหน่วยความจำและอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล

  • การติดต่อโดยตรงกับ Intel Fellow และ Principal Engineer

  • งานวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งในซีรีส์ที่ออกแบบมาเพื่อช่วยสถาปนิกระบบ วิศวกร และผู้ดูแลระบบ IT ให้เข้าใจข้อจำกัดของหน่วยความจำและอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบเดิม และเข้าใจว่าข้อจำกัดเหล่านั้นนำไปสู่ช่องว่างด้านประสิทธิภาพการทำงานและความจุในศูนย์ข้อมูลอย่างไร และเทคโนโลยี Intel® Optane™ จะช่วยเติมเต็มช่องว่างเหล่านั้นด้วยสถาปัตยกรรมที่จะพลิกโฉมหน้าอุตสาหกรรมอย่างไร

  • ซีรีส์หน่วยความจำและอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลตรวจสอบหลายหัวข้อที่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและความจุของหน่วยความจำและอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล รวมถึงแบนด์วิดธ์ ความหน่วง ความยาวคิว คุณภาพบริการ (QoS) และความน่าเชื่อถือ

BUILT IN - ARTICLE INTRO SECOND COMPONENT

เทคโนโลยี Intel® Optane™ ช่วยลดความหน่วงแฝงของข้อมูลในระดับหน่วยความจำ อุปกรณ์ และระบบประมวลผลลงอย่างมาก

ระบบประมวลผลนับตั้งแต่ในยุคเริ่มแรกได้ใช้ประโยชน์จากแนวโน้มของอัลกอรึธึมเพื่อเข้าถึงข้อมูลบางอย่างที่มากกว่าข้อมูลอื่น ๆ (ข้อมูลชั่วคราวในอุปกรณ์) และเพื่อเข้าถึงข้อมูลที่จัดเก็บไว้ชิดกัน (ข้อมูลเชิงพื้นที่ในอุปกรณ์) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดต้นทุน ข้อมูลที่มีการเข้าถึงบ่อยจะได้รับการดำเนินการในหน่วยความจำที่มีขนาดเล็กกว่าและรวดเร็วกว่า ในขณะที่ข้อมูลจำนวนมากที่มีการเข้าถึงไม่บ่อยจะได้รับการดำเนินการในหน่วยเก็บข้อมูล ซึ่งมีค่าใช้จ่ายต่อบิตน้อยกว่ามาก การทำงานร่วมกันระหว่างหน่วยความจำภายในระบบประมวลผล และซอฟต์แวร์ที่ทำงานอยู่ในระบบดังกล่าวมักมีชื่อเรียกโดยทั่วไปว่าลำดับชั้นของหน่วยความจำ และหน่วยเก็บข้อมูล

แบนด์วิดธ์และความหน่วงแฝงของการเข้าถึงข้อมูลเป็นสิ่งสำคัญในลำดับชั้นเหล่านี้อย่างมาก การปรับปรุงเทคโนโลยีหน่วยความจำและอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลในตลอดหลายปีที่ผ่านมาได้เพิ่มแบนด์วิดธ์ให้มากขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่ความหน่วงแฝงกลับไม่ค่อยได้มีการเปลี่ยนแปลงไปเท่าไรนัก แต่การเปิดตัวของเทคโนโลยี Intel® Optane™ ในฐานะที่เป็นทั้งหน่วยความจำและอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลได้ทำการยกระดับลำดับชั้นนี้ขึ้นอย่างมากตั้งแต่มีการเปิดตัว NAND SSD หรือตั้งแต่การของ DRAM เองด้วยซ้ำ งานวิจัยนี้จะสำรวจศักยภาพของ Intel® Optane™ SSD ที่มีความหน่วงแฝงต่ำที่สุดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน แล้วจึงจะไปต่อด้วยความได้เปรียบในระดับระบบของหน่วยความจำ Intel® Optane™ DC Persistent Memory ซึ่งทำงานในรูปแบบเดียวกันกับมีเดีย Intel® Optane™ ในฐานะหน่วยความจำของระบบ

Intel® Optane™ DC SSD ช่วยลดความหน่วงแฝงของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลลงอย่างมาก
เทคโนโลยี Intel® Optane™ ได้ส่งมอบศักยภาพในการลดความหน่วงแฝงของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลลงอย่างที่ไม่มีมาก่อน และไม่เพียงแต่จะลดความหน่วงแฝงเฉลี่ยในการดูแอปพลิเคชันเท่านั้น แต่ยังลดความหน่วงแฝงที่ยาวนานที่เกิดขึ้นไม่บ่อยในขณะที่ระบบมีภาระงานมากอีกด้วย

รูปที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบระหว่าง SSD 2 ตัว NAND-based Intel® SSD DCP4610 ระดับชั้นนำ และ Intel® Optane™ DC SSD P4800X 1 จำเป็นต้องมีคำอธิบายความหน่วงแฝงที่ซับซ้อนกับแผนภูมิภาระงาน

รูปที่ 1 Intel® Optane™ SSD ให้ความหน่วงแฝงที่ระดับภาระงานเดียวกันต่ำกว่า NAND-based SSD มาก

ความหน่วงแฝงในการอ่านมักจะเป็นสิ่งที่กำหนดศักยภาพของระบบ
แกน x เป็น IOPs อ่าน/เขียนทั้งหมดที่อ่านค่าได้ในขณะที่ทำการทดสอบ SSD ความหน่วงแฝงของการอ่าน I/O สำหรับแต่ละภาระงาน (ส่งมอบที่ระดับ IOP) จะได้รับการวัดผลโดยเครื่องมือ I/O ที่ยืดหยุ่น (FIO) เพื่อคืนค่าข้อมูล และสร้างแผนภูมิโดยใช้แกน y เราเลือกที่จะวัดค่าความหน่วงแฝงของการอ่าน เพราะซอฟต์แวร์มักต้องการข้อมูลที่ร้องขอเพื่อใช้ในการดำเนินการ และนั่นคือเหตุผลระบบจะต้องอ่านข้อมูลเป็นอันดับแรก ในส่วนของการเขียนนั้น SSD ส่วนใหญ่มักจะรับประกันความเร็วในการเขียนอยู่แล้ว ซึ่งจะมีการดำเนินการใน SRAM และล้างไปที่หน่วยความจำถาวร แม้ในกรณีที่จะเกิดเหตุไฟฟ้าขัดข้องก็ตาม ด้วยเหตุนี้เอง ความหน่วงแฝงในการอ่านจึงมักจะเป็นสิ่งที่กำหนดศักยภาพของระบบ

ประสิทธิภาพของ SSD แต่ละตัวจะถูกนำไปวาดในแผนภูมิเส้น (เส้นทึบสีน้ำเงินคือ Intel® Optane™ SSD และเส้นประสีเขียวคือ NAND SSD) เส้นเหล่านี้แสดงถึงความหน่วงแฝงโดยเฉลี่ยที่วัดได้ และความหน่วงแฝงในการอ่านที่ยาวนานซึ่งเกิดขึ้นไม่บ่อย (เรามักจะเรียกสิ่งนี้ว่าหาง เนื่องจากเส้นกราฟที่เกิดขึ้นด้านขวาของฮิสโตแกรมของความหน่วงแฝงมีลักษณะเหมือนหาง) เวลาการอ่านอาจขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง (เทคโนโลยีหน่วยความจำ ภาระงานของ SSD ฯลฯ) และมีปรวนแปรอย่างมาก นี่จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะทำความเข้าใจเกี่ยวกับความหน่วงแฝงเฉลี่ย และการกระจายตัวของความหน่วงแฝง โดยเส้นที่อยู่ล่างสุดของ SSD แต่ละตัวก็คือความหน่วงแฝงเฉลี่ย หรือความหน่วงแฝงที่ 50 เปอร์เซ็นไทล์

เส้นที่อยู่ถัดมาคือความหน่วงแฝงที่ 99 เปอร์เซ็นไทล์ และถัดขึ้นไปเรื่อย ๆ จนถึงเส้นบนสุดที่ความหน่วงแฝงที่ 99.999 เปอร์เซ็นไทล์ ความหน่วงแฝงที่ 99.999 เปอร์เซ็นไทล์มีความสอดคล้องกับการอ่านครั้งต่อไปที่ช้าที่สุดที่การอ่าน 100,000 ครั้ง ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนักสำหรับบางแอพพลิเคชั่น

สุดท้ายนี้ อย่าลืมดูตัวเลขที่ระบุไว้บนแกน y ซึ่งเป็นกราฟเซมิ – ล็อกที่เส้นกริดแต่ละเส้นแสดงค่า 10 เท่าจากค่าก่อนหน้า ในตอนนี้เราได้เข้าใจเกี่ยวกับรูปที่ 1 กันแล้ว และเราสามารถใช้รูปนี้เพื่อสรุปข้อมูลสำคัญบางประการได้

เทคโนโลยี Intel® Optane™ ก้าวข้ามขีดความสามารถของ NAND ไปได้
เทคโนโลยี Intel® Optane™ สร้างขึ้นบนมีเดียหน่วยความจำใหม่เอี่ยมที่รองรับการเขียน และระบุไบต์ได้เหมือน DRAM มีการจัดเก็บข้อมูลถาวรเหมือน NAND และความหน่วงแฝงของการอ่าน/เขียนระหว่างทั้งสอง เทคโนโลยี Intel® Optane™ ผนวกมีเดียหน่วยความจำ Intel® Optane™ ไว้ด้วยตัวควบคุม Intel, ซอฟต์แวร์, และตัวเชื่อมระหว่างระบบที่สามารถจัดใช้เป็นหน่วยความจำหรืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลได้

มีเดียหน่วยความจำ Intel® Optane™ ส่งมอบการเข้าถึงที่รวดเร็วกว่าเดิม
มีเดียหน่วยความจำ Intel® Optane™ ส่งมอบข้อมูลได้รวดเร็วกว่ามีเดีย NAND อีกทั้ง Intel® Optane™ SSD ยังได้รับการออกแบบมาเพื่อเสริมสมรรถนะให้กับระบบประมวลผลทั้งหมดผ่านเส้นทางอ่าน/เขียนของ SSD สำหรับฮาร์ดแวร์ผ่านตัวควบคุม SSD ซึ่งต่างจากเส้นทางที่เกี่ยวข้องกับเฟิร์มแวร์ที่พบได้ในตัวควบคุม NAND SSD

เส้นความหน่วงแฝงเฉลี่ยของ SSD แต่ละตัว (เส้นล่างสุดในรูปที่ 1) แสดงให้เห็นว่า Intel® Optane™ SSD ได้ส่งมอบความได้เปรียบด้านความหน่วงแฝงที่สูงกว่า 10 เท่า (วัดค่าโดยใช้เครื่องมือ I/O ที่ยืดหยุ่น หรือ FIO) ในทุกระดับการอ่าน/เขียน IOP ที่ 70/30 ดังที่แสดง ซึ่งหมายความว่ามีการคืนค่าข้อมูลโดยเฉลี่ยในเวลาเพียง 1 ใน 10 ของเวลาที่ใช้เท่านั้น เทคโนโลยีหน่วยความจำ Intel® Optane™ สามารถระบุไบต์ได้ และทำการเขียนได้อย่างรวดเร็ว NAND จำเป็นต้องอ่านบล๊อกขนาดใหญ่ และลบขนาดใหญ่มากก่อนที่จะสามารถเริ่มเขียนไปอย่างช้า ๆ ได้ การส่งคืนข้อมูลที่รวดเร็วหมายถึง เวลาในการรอคอยที่น้อยลง และเวลาในการใช้งานแอปพลิเคชันที่รวดเร็วยิ่งขึ้น

เอกสารข้อมูลจำเพาะของ SSD มักจะระบุความหน่วงแฝงขั้นต่ำ หรือความหน่วงแฝงในขณะที่ไม่ได้ใช้งาน รูปที่ 1 แสดงความหน่วงแฝงดังกล่าวเป็นจุดที่อยู่ทางด้านซ้ายสุดของเส้นความหน่วงแฝงเฉลี่ย ซึ่งเป็นจุดในเส้นกราฟที่ความยาวคิวมีค่าเท่ากับหนึ่ง (QD=1) ในขณะที่วัดค่าจุดนี้ FIO จะร้องขอไบต์การเขียนหรือการอ่านขนาด 4 KB และรอจนกว่าจะถ่ายโอนข้อมูลเสร็จก่อนที่จะขอไบต์ต่อไป โดยใช้เธรดเพียงเธรดเดียวเท่านั้น เราจะพบได้ว่าที่ QD=1 Intel® Optane™ SSD นั้นส่งมอบ IOP ที่สูงกว่า NAND SSD และยังให้ความหน่วงแฝงที่ต่ำกว่าอีกด้วย ซึ่งแท้จริงแล้ว สิ่งนี้เป็นผลกระทบที่เกิดจากความหน่วงแฝงต่ำที่มีต่อปริมาณงาน นี่ยังหมายความว่า QD=1 หรือค่า QD คงที่ใด ๆ ไม่ได้เป็นจุดเปรียบเทียบที่เป็นธรรมสักเท่าไร เนื่องจาก Optane SSD ทำงานได้เยอะกว่า (IOPS มากกว่า) NAND SSD มาก และความหน่วงแฝงของ SSD ควรได้รับการเปรียบเทียบภายใต้ภาระงานเดียวกันเหมือนในรูปที่ 1

การใช้ข้อได้เปรียบด้านมีเดียนี้ ทำให้ Intel® Optane™ SSD สามารถประหยัดเวลาในการรอเขียน และรอกำจัดข้อมูลขยะใน NAND SSD ได้อย่างมาก ซึ่งยังหมายความว่า Intel® Optane™ SSD จะไม่ต้องเผชิญกับการเขียนในพื้นหลัง และเวลาหน่วงในการอ่านที่พบได้ใน NAND SSD ข้อได้เปรียบเหล่านี้ได้กลับกลายเป็นข้อได้เปรียบด้านคุณภาพของบริการ (QoS) ที่ยอดเยี่ยม ซึ่งระบุไว้ที่ด้านบน คุณสามารถเห็น QoS ได้อย่างชัดเจนจากแผนภูมิผ่านความสูงและรูปร่างของชุดเส้นที่ทอดผ่านเส้นความหน่วงแฝงเฉลี่ยของ SSD แต่ละตัว NAND SSD มีความหน่วงแฝงเฉลี่ยอยู่ที่ 99.999 เปอร์เซ็นไทล์ ซึ่งมีค่าสูงกว่าเวลาเฉลี่ยกว่า 10 เท่า ในขณะที่การกระจายตัวของความหน่วงแฝงของ Intel® Optane™ SSD อยู่ภายในช่วง 10 เท่าดังกล่าว แต่ที่สำคัญกว่านั้น เส้นกราฟของ Intel® Optane™ SSD ในทุกเปอร์เซ็นไทล์มีความแบนมากกว่า NAND SSD มาก เส้นโค้งในอุดมคตินี้ได้แสดงให้เห็นว่า Intel® Optane™ SSD ได้ส่งมอบประสิทธิภาพการทำงานที่สม่ำเสมอในทุกภาระงาน

หลายแอปพลิเคชันมองว่าความหน่วงแฝง SSD ต่ำ และ SSD QoS ที่ดีกว่าหมายถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมกว่า แต่สำหรับบางแอปพลิเคชัน เราเห็นว่าความหน่วงแฝงเฉลี่ยที่น้อยลงจะช่วยลดเวลาการทำงานของแอปพลิเคชัน และลดเวลารอการส่งคืนข้อมูลจากการเข้าถึงที่เก็บข้อมูล ซึ่ง Intel® Optane™ SSD ได้ส่งมอบประสบการณ์ผู้ใช้ที่ยอดเยี่ยมกว่ามากในกรณีนี้ และสำหรับแอปพลิเคชันอื่น ๆ ที่มีข้อกำหนดการตอบสนองของผู้ใช้ และในแอปพลิเคชันที่ผู้ใช้แต่ละคนต้องมีการเข้าถึงหลายครั้ง เรายังเห็นผลลัพธ์ของ QoS ที่ดียิ่งขึ้นด้านความสามารถในการสนับสนุนผู้ใช้ได้มากขึ้นก่อนที่จะเกินข้อกำหนดการตอบสนอง และในกรณีนี้ Intel® Optane™ SSD ได้ช่วยให้ระบบสามารถสนับสนุนผู้ใช้ได้หลายคนมากขึ้นเพื่อเพิ่มความได้เปรียบในด้านต้นทุน

ความหน่วงแฝงของซอฟต์แวร์: ขีดจำกัดใหม่
ในขณะที่เข้าถึงข้อมูลที่อยู่ภายใน SSD แม้ว่า Intel® Optane™ DC SSD ที่ทันสมัยก็ยังมีชั้นของซอฟต์แวร์หลายชั้นอยู่ในระบบปฏิบัติการ ในระหว่างไดร์ฟและแอปพลิเคชัน ซึ่งทำให้เกิดความหน่วงแฝงขึ้น (ดูรูปที่ 2) และซอฟต์แวร์นี้มักจะถูกเรียกว่า "สแตกจัดเก็บข้อมูล"

รูปที่ 2: สแตกจัดเก็บข้อมูลเป็นส่วนที่มีความสำคัญต่อความหน่วงแฝงของ Intel® Optane™ SSD อย่างมาก

ในขณะที่แอปพลิเคชันเริ่มการเขียนหรือการอ่าน คำขอดังกล่าวจะถูกส่งไปยังระบบปฏิบัติการ คำสั่งจะได้รับการดำเนินการร่วมกันในสแตกจัดเก็บข้อมูล ซึ่ง CPU อาจใช้เวลาทำงานสูงสุด 4 - 10 ไมโครวินาที (μs) หรือนานกว่านั้น ช่วงเวลานี้อาจยาวนานเทียบเท่ากับ หรือยาวกว่าเวลาที่จำเป็นต้องใช้เพื่อเคลื่อนย้ายข้อมูลไปยังบัส PCIe* อินพุท/เอาท์พุท (I/O) โดยใช้โปรโตคอล NVMe* รวมไปถึงเวลาที่ SSD จำเป็นต้องใช้เพื่ออ่านข้อมูลจากมีเดียจัดเก็บข้อมูล

เวลาที่ระบบปฏิบัติการใช้ไม่ได้มีเพียงเวลาที่ใช้ในการรอเท่านั้น แต่ยังรวมเวลาที่ CPU ทำงานอีกด้วย ลองจินตนาการดูว่าคุณทำงานกับระบบที่มี CPU 3 GHz และในตัวอย่างนี้ 1 ไมโครวินาทีเทียบเท่ากับ 3,000 clock นั่นหมายความว่าความหน่วงแฝง 10 ไมโครวินาทีของซอฟต์แวร์เทียบเท่ากับ 30,000 clock ที่ใช้ไปโดยไม่มีการดำเนินการกับแอพพลิเคชั่นของผู้ใช้ และไม่ว่าฮาร์ดแวร์จะเร็วแค่ไหน ค่าโอเวอร์เฮดของซอฟต์แวร์ก็ยังมีค่าเท่าเดิม ด้วยเหตุนี้เอง เราจึงจำเป็นต้องมีแนวทางใหม่เพื่อหลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายนี้

หลีกเลี่ยงค่าโอเวอร์เฮดของซอฟต์แวร์ด้วยหน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC
การปรับใช้งานเทคโนโลยี Intel® Optane™ ในฐานะหน่วยความจำถาวรแทนการใช้งาน SSD จะช่วยให้คุณลดค่าโอเวอร์เฮดของซอฟต์แวร์ลงได้อย่างมาก (ดูรูปที่ 3) หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC จะได้รับการติดตั้งเข้าไปในช่องหน่วยความจำโดยตรงแทนที่จะติดตั้งเข้าไปในบัส PCIe หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC เป็นหน่วยความทรงจำรุ่นใหม่ที่ติดตั้งได้บนบัสที่เร็วกว่า ในโมดูลฟอร์มแฟคเตอร์ แต่มีความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลบางส่วน (ถาวร)

รูปที่ 3 เปรียบเทียบความหน่วงแฝงในการอ่านระหว่าง NAND SSDs, Intel® Optane™ DC SSD และหน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC

หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC ช่วยลดค่าโอเวอร์เฮดของซอฟต์แวร์ได้โดยการเปิดใช้การแม็ปข้อมูลถาวรสำหรับการเข้าถึงโดยตรงจาก CPU เข้ากับโหลดความจำและคำสั่งการจัดเก็บ พร้อมกับบายพาสสแตกจัดเก็บข้อมูลของระบบปฏิบัติการในขณะที่ดำเนินการอ่านและเขียนข้อมูล ระบบปฏิบัติการจะมีความเกี่ยวข้องโดยตรงในการตั้งค่าการเข้าถึง ให้ตัวชี้ตำแหน่งของข้อมูล แต่ไม่จำเป็นต้องดำเนินการอ่านและเขียนเป็นประจำ ซึ่งส่งผลให้โหลด/อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลโดยตรงสามารถเข้าถึงข้อมูลการทำงานที่อยู่ภายในพื้นที่ความจุขนาดใหญ่ที่ระบุไบต์ได้รวดเร็วขึ้น

สถาปัตยกรรมประสิทธิภาพสูงของโมดูลหน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC จะช่วยลดความหน่วงแฝงลงได้อย่างมาก โมดูลนี้ประกอบด้วยตัวควบคุมหน่วยความจำที่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะ ซึ่งมาพร้อมกับเส้นทางการอ่าน/เขียนที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับฮาร์ดแวร์ และความสามารถในการเชื่อมต่อเข้ากับตัวควบคุมหน่วยความจำของลูกค้าใน CPU

Media ใหม่และการออกแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ได้ลดความหน่วงแฝงเฉลี่ยในขณะที่ไม่ทำงานลงเหลือน้อยกว่า 100 นาโนวินาที หากพบข้อมูลใน DRAM และสูงสุด 340 นาโนวินาที หากพบข้อมูลในหน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC (ในโหมด Application Direct) 1 ความหน่วงแฝงได้รับการระบุในรูปแบบของช่วงเนื่องจากหน่วยความจำสองประเภทนี้ทำงานร่วมกันเป็นลำดับชั้น (ดูรูปที่ 4)

รูปที่ 4 หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC กำจัดความหน่วงแฝงของซอฟต์แวร์ส่วนใหญ่ออกไป

นอกจากนี้ เนื่องจากระบบถือว่าหน่วยความจำถาวรเป็นหน่วยความจำแทนที่จำเป็นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล การร้องขอข้อมูลจึงได้รับการดำเนินการด้วยการเข้าถึงแบบ 64 ไบต์ที่มีขนาดเล็กกว่า และมีประสิทธิภาพมากกว่า โหลดหรือคำสั่งจัดเก็บแต่ละรายการจะนำแคชแถว 64 ไบต์ที่มีความหน่วงแฝงต่ำมาใช้งาน โมดูลหน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC มีการเข้าถึงข้อมูลผ่านการอ่านหรือการเขียนในขนาดเพียง 256 ไบต์ ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าการเข้าถึงใน Intel® Optane™ DC SSD ที่มีขนาด 4 กิกะไบต์ 2 [f:คุณลักษณะและคุณประโยชน์ของเทคโนโลยี Intel® จะขึ้นอยู่กับการปรับตั้งค่าระบบ และอาจจำเป็นต้องเปิดใช้งานฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ หรือบริการบางอย่าง ประสิทธิภาพอาจแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของระบบ ไม่มีผลิตภัณฑ์หรือส่วนประกอบใดที่จะปลอดภัยอย่างสมบูรณ์แบบ โปรดตรวจสอบกับผู้ผลิตระบบหรือผู้ค้าปลีก หรืออ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่ intel.com สถานการณ์ลดต้นทุนที่กล่าวถึงนั้นมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นตัวอย่างว่าผลิตภัณฑ์ๆ หนึ่งของ Intel® อาจส่งผลต่อต้นทุนในอนาคตและช่วยประหยัดค่าใช้จ่าย ในสถานการณ์และการกำหนดค่าต่างๆ สถานการณ์อาจต่างกันออกไป Intel ไม่รับประกันค่าใช้จ่ายหรือการลดต้นทุนใด Intel, โลโก้ Intel, Intel Optane และ Xeon เป็นเครื่องหมายการค้าของ Intel Corporation หรือบริษัทสาขาในประเทศสหรัฐอเมริกาและ/หรือประเทศอื่นๆ * ชื่อและยี่ห้ออื่นเป็นสิทธิของเจ้าของชื่อนั้นๆ นี่หมายความว่าคุณสามารถเข้าถึงข้อมูลได้โดยใช้ส่วนประกอบที่เล็กลงพร้อมกับลดค่าโอเวอร์เฮดไปด้วย อีกทั้งยังช่วยให้นักพัฒนาซอฟต์แวร์สามารถทำงานกับโครงสร้างที่มีขนาดเล็กลงเพื่อปรับปรุงแอพพลิเคชั่นของพวกเขาได้อีกด้วย

เทคโนโลยี Intel® Optane™ ที่ทรงประสิทธิภาพเพื่อการใช้งานกับภาระงานสูง
ในขณะที่เทคโนโลยี Intel® Optane™ มีข้อได้เปรียบด้านความหน่วงแฝงเฉลี่ยในขณะที่ไม่ทำงานที่ยอดเยี่ยม แต่การใช้งานจริงกลับมีการเข้าถึงข้อมูลในอัตราสูงโดยมีการอ่านและเขียนเกิดขึ้นพร้อมกัน ด้วยเหตุนี้เอง แอพพลิเคชั่นเหล่านี้จึงต้องการการเข้าถึงที่มีความหน่วงแฝงต่ำในขณะที่อยู่ท่ามกลางการรับส่งข้อมูลในปริมาณมากแบบนี้ เราจะย้อนกลับไปยังแผนภูมิความหน่วงแฝงต่อโหลดที่ใช้เพื่อวิเคราะห์ความแตกต่างระหว่าง SSD เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของหน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC โดยเราจะมุ่งเน้นไปที่ความหน่วงแฝงเฉลี่ยเท่านั้นเพื่อที่เราจะอธิบายกันได้ง่ายขึ้น รูปที่ 5 แสดงความหน่วงแฝงเฉลี่ยสำหรับปริมาณงานระบบที่แตกต่างบน SSD หรือโมดูลหน่วยความจำ โดยมาพร้อมกับภาพประกอบสำหรับเทคโนโลยีทั้งสาม และจะเห็นได้ว่าความหน่วงแฝงจะลดลงอย่างต่อเนื่องทีละ 10 เท่า หรือมากกว่านั้น ณ ปริมาณงานใด ๆ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงลำดับชั้นการจัดเก็บข้อมูลที่น่าสนใจที่แอพพลิเคชั่นจะสามารถทำงานได้อย่างยอดเยี่ยม

รูปที่ 5 เปรียบเทียบความหน่วงแฝงของโหลดระหว่าง Intel® 3D NAND SSDs, Intel® Optane™ DC SSDs และหน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC

หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC ส่งมอบความหน่วงแฝงต่ำสุดในทุกแบนด์วิดธ์เพื่อให้ประสิทธิภาพสุดโดดเด่น พร้อมกับรองรับข้อมูลแบบถาวร 1 2 3 ความหน่วงแฝงเฉลี่ยที่มีค่าต่ำมาก (เส้นสีน้ำเงิน) ได้ทำให้หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC ก้าวขึ้นเป็นตัวแทนของหน่วยความจำระดับใหม่อย่างแท้จริง โดยความหน่วงแฝงจะมีค่าอยู่ระหว่าง 100 นาโนวินาที และ 340 นาโนวินาที โดยขึ้นอยู่กับการเข้าถึงในอุปกรณ์ ซึ่งแผนภูมิได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าค่าความหน่วงแฝงได้นั้นจะอยู่ในส่วนล่างของช่วงดังกล่าว นั่นเป็นเพราะเราได้วัดค่าการเข้าถึงขนาด 256 ไบต์ที่ประกอบด้วยแคชแถว 4 แถว ดังนั้นในขณะที่ระบบไม่พบข้อมูลในแคชแถว 1 แถว ระบบก็จะพบข้อมูลในแคชแถวที่เหลือทั้ง 3 แถว โดยมีความหน่วงแฝงเฉลี่ยดังที่ระบุไว้ในส่วนล่างของช่วง และยังสังเกตเห็นได้อีกว่าค่าความหน่วงแฝงต่ำนี้จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงไป แม้ว่าปริมาณงานจะเพิ่มขึ้นอย่างมากก็ตาม ด้วยเหตุนี้เอง โมดูลหน่วยความจำเดียวจึงสามารถรองรับปริมาณงานได้มากกว่า SSD ทั้งสองที่นำมาทดสอบ

การนำหน่วยความจำถาวรไปในใช้งานในศูนย์ข้อมูล
หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC สามารถทำงานร่วมกับแอพพลิเคชั่นได้มากมาย เนื่องจากมีความหน่วงแฝงต่ำ มีการจัดเก็บข้อมูลแบบถาวร และมีความจุสูง ซึ่งนับว่าเป็นตัวเลือกในอุดมคติสำหรับแอพพลิเคชั่นฐานข้อมูลในหน่วยความจำที่ต้องการประสิทธิภาพระดับ Mission Critical เพื่อจัดการกับข้อมูลปริมาณมาก ตัวอย่างเช่น สถาบันบริการทางการเงินจำเป็นต้องพึ่งพาข้อมูลการซื้อขายที่มีการเปลี่ยนแปลงไปตลอดเวลาซึ่งมีความสัมพันธ์กับข้อมูลปริมาณมหาศาลในอดีต เพื่อคงไว้ซึ่งความสามารถในการแข่งขัน ด้วยเหตุนี้เอง ธุรกิจเหล่านี้จึงมักจะใช้งานฐานข้อมูลในหน่วยความจำเพื่อประมวลผลข้อมูลอย่างรวดเร็ว โดยใช้ DRAM เพื่อส่งมอบข้อมูลเชิงลึกแบบเรียลไทม์ แต่การใช้ DRAM กลับมีข้อเสียหลายประการ โดยรวมถึง:

  • ต้นทุนต่อกิกะไบต์ที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับหน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC
  • ความจุต่อ DIMM ที่จำกัด
  • หน่วยความจำชั่วคราว ซึ่งทำให้ระบบต้องโหลดข้อมูลปริมาณมหาศาลเข้าไปในหน่วยความจำหลังจากการรีสตาร์ท หรือไฟฟ้าขัดข้องทุกครั้งก่อนที่ระบบจะกลับมาทำงานใหม่ได้

ในทางกลับกัน หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC ได้ส่งมอบ:

  • ต้นทุนต่อกิกะไบต์ที่ต่ำกว่า ซึ่งช่วยให้สามารถขยายขนาดข้อมูลได้โดยใช้งบประมาณเท่าเดิม หรือทำงานกับแอพพลิเคชันที่ต้องใช้ประสิทธิภาพเท่ากันโดยมีต้นทุนที่ต่ำกว่า
  • ความจุหน่วยความจำที่สูงกว่ามาก โดยมี DRAM สูงสุดถึง 512 GB ต่อโมดูล
  • หน่วยความจำถาวรที่จะช่วยกู้คืนระบบได้อย่างรวดเร็วหลังจากเกิดเหตุไฟฟ้าขัดข้อง หรือมีการรีเซ็ตระบบ

หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC มาพร้อมกับปริมาณความจุที่สูงกว่า และสามารถพลิกโฉมภูมิทัศน์ของการจัดระดับชั้นข้อมูลได้อย่างน่าทึ่ง และได้รับความไว้วางใจจากสถาบันบริการทางการเงินและองค์กรธุรกิจขนาดใหญ่มากมาย ซึ่งช่วยให้องค์กรสามารถสร้างชั้นข้อมูลถาวรที่มีการเข้าถึงบ่อยในหน่วยความจำ แทนการโอนย้ายข้อมูลที่มีการเข้าถึงปานกลางจาก NAND SSD ที่มีต้นทุนต่ำกว่าไปยัง DRAM ตามความจำเป็น เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์ข้อมูลและนักวิเคราะห์สามารถเข้าถึงข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญภายในชุดข้อมูลที่ใหญ่ขึ้นได้แบบเรียลไทม์หรือกึ่งเรียลไทม์

สรุป
เทคโนโลยี Intel® Optane™ เป็นเทคโนโลยีหน่วยความจำแรกที่ได้รับการผลิตในปริมาณมากในรอบหลายศตวรรษ ซึ่งได้เปิดตัวในฐานะไดรฟ์แบบโซลิดสเตท และเข้าถึงได้ผ่านทางสเตกจัดเก็บข้อมูล OS มาตรฐานและ API Intel® Optane™ SSD ส่งมอบความหน่วงแฝงในระดับที่ต่ำกว่า NAND SSD และยังมีข้อได้เปรียบด้านคุณภาพของบริการที่ยอดเยี่ยมกว่าอีกด้วย เทคโนโลยีนี้ยังพร้อมใช้งานในฐานะหน่วยความจำของระบบโดยเป็นส่วนหนึ่งของระบบที่ได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพ และจับคู่เข้ากับโปรเซสเซอร์ Intel® Xeon® Scalable เจนเนอเรชั่น 2 ซึ่งเข้าถึงได้โดยตรงจากแอพพลิเคชั่นโดยปราศจากค่าโอเวอร์เฮดของระบบปฏิบัติการ หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC ส่งมอบปริมาณความจุที่เหนือกว่า DRAM และมีการจดจำข้อมูลแบบถาวรโดยมีความหน่วงแฝงที่ต่ำมาก เทคโนโลยีเหล่านี้ยังมาพร้อมกับความหน่วงแฝงที่จะลดลงอย่างต่อเนื่องทีละ 10 เท่า หรือมากกว่านั้น ณ ปริมาณงานใด ๆ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงลำดับชั้นการจัดเก็บข้อมูลที่น่าสนใจที่แอพพลิเคชั่นจะสามารถทำงานได้อย่างยอดเยี่ยม การใช้งาน NAND SSDs, Intel® Optane™ SSDs, และหน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ ร่วมกันจะช่วยเติมเต็มลำดับชั้นหน่วยความจำและอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลเพื่อช่วยให้สามารถวางข้อมูลลงไปในระดับชั้นที่ถูกต้อง ซึ่งจะช่วยให้มีการเข้าถึงได้อย่างรวดเร็วพร้อมกับส่งมอบประสิทธิภาพระบบที่ยอดเยี่ยม

ข้อมูลผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพ

1แหล่งที่มา – ผลลัพธ์ของประสิทธิภาพอ้างอิงจากการทดสอบของ Intel ณ วันที่ 15 พฤศจิกายน 2018 ทำการวัดโดยใช้ FIO 3.1 การปรับตั้งค่าทั่วไป - ระบบเซิร์ฟเวอร์ Intel 2U, ระบบปฏิบัติการ CentOS 7.5, kernel 4.17.6-1.el7.x86_64, CPU 2 x โปรเซสเซอร์ Intel® Xeon® Gold 6154 @ 3.0GHz (18 คอร์), RAM 256GB DDR4 @ 2666MHz การปรับค่า – Intel® Optane™ SSD DC P4800X 375GB และ Intel® SSD ซีรีส์ DC P4610 3.2TB ไมโครโค้ดของ Intel: 0x2000043; BIOS ระบบ: 00.01.0013; เฟิร์มแวร์ ME: 04.00.04.294; เฟิร์มแวร์ BMC: 1.43.91f76955; FRUSDR: 1.43 ผลการวัดประสิทธิภาพอาจต้องได้รับการแก้ไขเมื่อมีการทดสอบเพิ่มเติม
2แหล่งที่มา – ผลลัพธ์ของประสิทธิภาพอ้างอิงจากการทดสอบของ Intel ณ วันที่ 20 กุมภาพันธ์ 2019 การกำหนดค่า: ชิปเซ็ต Intel® ซีรีส์ C620, โปรเซสเซอร์ Intel® Xeon® Scalable 28 คอร์ (QDF QQYZ), 2,666 Megatransfers ต่อวินาที (MT/s), 256 GB, 18 W, 32 GB DDR4 DRAM (ต่อซ็อกเก็ต), หน่วยความจำถาวร Intel® Optane™ DC 128 GB (ต่อซ็อกเก็ต),เฟิร์มแวร์: 5336, BIOS: 573.D10, WW08 BKC, ใช้งาน Linux* OS 4.20.4-200. fc29* ปิดใช้งานการปรับแต่งประสิทธิภาพของคุณภาพของบริการ (QoS) IODC=5(AD) ผลลัพธ์ประสิทธิภาพอ้างอิงตามการทดสอบในวันที่ที่กำหนดไว้ในการกำหนดค่า และอาจจะไม่เป็นการแสดงถึงอัพเดทความปลอดภัยที่เผยแพร่ต่อสาธารณะ ดูการเปิดเผยเรื่องการกำหนดค่าสำหรับรายละเอียด ไม่มีผลิตภัณฑ์หรือส่วนประกอบใดที่จะปลอดภัยอย่างสมบูรณ์แบบ ซอฟต์แวร์และปริมาณงานที่ใช้ในการทดสอบประสิทธิภาพจะได้รับการปรับให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดเฉพาะสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ Intel® เท่านั้น การทดสอบประสิทธิภาพ เช่น SYSmark* และ MobileMark* ประเมินโดยใช้ระบบคอมพิวเตอร์ ส่วนประกอบ ซอฟต์แวร์ การทำงาน และฟังก์ชันที่กำหนด การเปลี่ยนแปลงปัจจัยอันใดอันหนึ่ง อาจส่งผลให้เกิดผลลัพธ์แตกต่างกัน คุณควรศึกษาข้อมูลอื่นๆ ร่วมกับการทดสอบประสิทธิภาพ เพื่อช่วยให้คุณประเมินผลประกอบการตัดสินใจซื้อได้อย่างรอบคอบ รวมถึงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ดังกล่าวเมื่อทำงานร่วมกับผลิตภัณฑ์อื่น ดูข้อมูลทั้งหมดได้ที่ intel.com/benchmarks.
3คุณลักษณะและคุณประโยชน์ของเทคโนโลยี Intel® จะขึ้นอยู่กับการปรับตั้งค่าระบบ และอาจจำเป็นต้องเปิดใช้งานฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ หรือบริการบางอย่าง ประสิทธิภาพอาจแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของระบบ ไม่มีผลิตภัณฑ์หรือส่วนประกอบใดที่จะปลอดภัยอย่างสมบูรณ์แบบ โปรดตรวจสอบกับผู้ผลิตระบบหรือผู้ค้าปลีก หรืออ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่ intel.com สถานการณ์ลดต้นทุนที่กล่าวถึงนั้นมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นตัวอย่างว่าผลิตภัณฑ์ๆ หนึ่งของ Intel® อาจส่งผลต่อต้นทุนในอนาคตและช่วยประหยัดค่าใช้จ่าย ในสถานการณ์และการกำหนดค่าต่างๆ สถานการณ์อาจต่างกันออกไป Intel ไม่รับประกันค่าใช้จ่ายหรือการลดต้นทุนใด Intel, โลโก้ Intel, Intel Optane และ Xeon เป็นเครื่องหมายการค้าของ Intel Corporation หรือบริษัทสาขาในประเทศสหรัฐอเมริกาและ/หรือประเทศอื่นๆ * ชื่อและยี่ห้ออื่นเป็นสิทธิของเจ้าของชื่อนั้นๆ