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    傲腾+QLC助力 英特尔将怎样革新内存和存储

      [  中关村在线 原创  ]   作者:陈杨

          从最初的内存加机械硬盘,到内存加SSD和HDD,数据中心的存储架构在不断更迭着,随着大数据、云计算和新型应用的兴起,传统DRAM+SSD+HDD架构也有了局限性。

          一方面,在DRAM方面,随着新型应用的产生,需要更大的内存容量去承载;而在SSD上,则需要更高的性能去支持一些热数据,同时利用闪存技术的优势实现大容量存储。

          另一方面,无论是传统的DRAM+HDD架构还是DRAM+SSD+HDD架构,内存和硬盘之间都存在着几个数量级别的差距:从容量来看,内存通常用GB衡量,硬盘则用TB衡量,中间相隔3个数量级;从时延来看,内存与NAND SSD可达到5-6个数量级。

          同时,根据统计,2021年整个内存、SSD及HDD市场规模将达到1400亿美元左右,如何开发出既能代替部分内存扩展需求,同时解决NAND SSD时延缺点的新型存储材料,成为众多存储厂商的发力点。另一方面,根据预测,该类产品的市场规模将于2021年达到400亿美元左右。

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    图片源自forbes

          而这也是以英特尔傲腾为代表的新型非NAND SSD和持久内存出现的意义。我们都知道,傲腾基于3D Xpoint材质,作为缓存使用,可以扩展系统内存容量;作为硬盘使用,傲腾SSD在延时上为100纳秒,相比普通NAND SSD,时延可提高3个数量级,这也是我们对傲腾的初步认识。

          自傲腾SSD上市以来,其价格问题一直被讨论较多,而通过与英特尔自家NAND SSD DC P4600对比,可以发现,同容量相比下,傲腾SSD确实在价格上高一些,但从总体性能来看,一分价钱一分货自然是有道理的。

          为了突出傲腾SSD的性能,英特尔不惜拿出自家基于NAND闪存的DC P4600 SSD做对比,而通过对比,可以发现基于傲腾的DC P4800X SSD主要存在三方面优势:

          1.低延时和高稳定性。根据测试,随着压力的不断上涨,P4600的延时在不断发生着变化,并成上升趋势,而基于傲腾的P4800X在整个过程中延时一直处于低位,并几乎无变化。随着写压力的不断增大,基于傲腾的P4800X相比基于NAND的P4600性能从最初的8倍提升到63倍。

          2.高耐用性。对SSD产品来说,DWPD是衡量其耐用程度的一个重要指标,P4600在预期寿命内每天可全盘擦写3次,实际应用中一般达不到,而基于傲腾的P4800X在DWPD指标上提升不是百分之多少,而是直接提升60倍,这使得傲腾SSD在耐用性上比传统NAND SSD提高许多。

          3.更高效率。当将SSD用作缓存盘时,在相同存储容量下,基于NAND的P4600需要用到2T容量,而使用基于傲腾的P4800X则仅需375GB容量即可,并且性能还高于P4600。

    傲腾+QLC助力 英特尔将怎样革新内存和存储

          同时,SSD取代HDD又是时代的必然,但受成本和容量的限制,SLC NAND SSD到TLC NAND SSD并未大规模取代HDD,直到英特尔等厂商研发出的最新QLC NAND SSD的出现,则为SSD大规模取代HDD提供了可能。

          QLC SSD在每单元实现了4比特数据存储,相比TLC SSD,每单元存储容量提升33%。得益于每单元存储容量的增加,QLC颗粒实现了单块SSD容量的提高,如英特尔面向数据中心应用的DC P4500系列,最大容量可实现32TB。

          除容量的提升外,每单元存储容量的增加也使得QLC SSD成本更低,这也意味着消费者能以更低的价格使用同容量的SSD产品,以消费级660p系列为例,512GB容量的660p售价为99美元,而同容量基于TLC颗粒的760p售价则为199美元,QLC SSD的价格优势很明显。

          不管是QLC还是TLC,闪存颗粒均是通过内部绝缘层完成数据存储的,当写入数据时,需要施加电压并形成电场,这样电子便可以通过绝缘层进入到存储单元,完成写入,而从TLC到QLC,电压状态从8个增长到16个,数据在颗粒中的访问时间也随之增长,进而降低SSD的读写性能和稳定性能,也就是说,QLC SSD的性能理论上是不如TLC SSD的。

          英特尔方面也承认了这一事实,但得益于深厚的技术积淀,为了提高自家QLC SSD产品的性能,英特尔在该类型SSD中增加了一个SLC缓存架构,并且缓存的容量是可以变化的,可以将一部分QLC动态配置成SLC扩展,随着QLC使用量的增大,SLC缓存随着减小,反之亦然,以实现QLC SSD性能的动态调节。

    傲腾+QLC助力 英特尔将怎样革新内存和存储

          对整个数据中心来说,硬盘成本只是整个TCO组成中很小的一部分,占地、功耗、散热及维护这些方面才是真正的重头戏。单纯从硬盘成本考虑,QLC SSD取代HDD做存储使用不是太有利,但从整个TCO来看,用QLC SSD取代HDD还是划算的。

          在传统HDD阵列中,单盘4TB已经是不错的容量了,而这样的HDD要想实现1PB存储,需要256块,对整个机柜而言,需要20U单元。而QLC的出现,使得SSD单盘已经可以实现32TB,仅需一台1U服务器便可实现这一目标,在空间上可减少20倍。

          而这样带来的好处,首先自然是功耗的降低,根据英特尔的描述,功耗方面可降低64%;其次是在散热性能上,这样的替换可带来2.8倍的提高;而在维护方面,硬盘的更换可能性则降低到1/36。这样算下来,QLC SSD的替换,带给整个数据中心的则是整个运营成本的降低。

    傲腾+QLC助力 英特尔将怎样革新内存和存储

    结语:

          从傲腾内存、傲腾SSD,再到QLC SSD,以存储器起家,却以处理器闻名的英特尔并没有忘记自己的老本行。在整个数据中心架构中,既可以在普通NAND SSD与DRAM层通过放置傲腾内存或傲腾SSD,以扩充DRAM的容量,或改善NAND SSD的时延,而在存储端,又可以通过QLC SSD大规模替换HDD,将闪存优势用于大容量存储,并降低数据中心的TCO,而这,也是英特尔傲腾+QLC的意义和愿景。

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